雙控二用一備變頻控制系統(tǒng)

姜信建 姜上川

(1.中國(guó)洛陽(yáng)浮法玻璃集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南471009；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京100193)

恒壓供水系統(tǒng)常采用備用泵的方案，例如，制造1個(gè)由3臺(tái)160 kW水泵組成的二用一備恒壓供水閉環(huán)變頻控制系統(tǒng)，按現(xiàn)有技術(shù)方案無(wú)外乎兩種：其一，控制器選用3個(gè)同功率(160 kW)的變頻器，分別對(duì)3臺(tái)水泵電機(jī)實(shí)施控制，1/3的控制系統(tǒng)處于閑置備用狀態(tài)；其二，用1個(gè)兩倍功率(320 kW)變頻器分別對(duì)兩臺(tái)160 kW水泵電機(jī)實(shí)施一拖二控制，再用1個(gè)同功率(160 kW)變頻器對(duì)1臺(tái)160 kW水泵電機(jī)實(shí)施控制。以上方案的思維核心是控制器與控制對(duì)象的功率為1:1匹配。在上例系統(tǒng)中，不管控制對(duì)象是否處于備用狀態(tài)，都要為其配置變頻控制器(容量)，即變頻控制器(容量)不是按照正常工作設(shè)備配置的，而是按照工作和備用的設(shè)備總量配置的，造成控制器硬件投資上的某種閑置浪費(fèi)。

本文提出一種雙控二用一備恒壓供水閉環(huán)變頻控制系統(tǒng)，使其只對(duì)處于工作狀態(tài)的控制對(duì)象配置控制器，從而最大限度地減少控制器的數(shù)量和容量，降低控制器硬件投資成本。

1 技術(shù)方案和特點(diǎn)

雙控二用一備恒壓供水閉環(huán)變頻控制系統(tǒng)由控制器1和控制器2構(gòu)成?？刂破?和控制器2各由主回路及控制電路組成。控制器1的主回路由VF1輸出，分別經(jīng)過(guò)交流接觸器KM1的主觸點(diǎn)連接電機(jī)M1，經(jīng)過(guò)交流接觸器KM13的主觸點(diǎn)連接電機(jī)M3?？刂破?的主回路由VF2輸出，分別經(jīng)過(guò)交流接觸器KM2的主觸點(diǎn)連接電機(jī)M2，經(jīng)過(guò)交流接觸器KM23的主觸點(diǎn)連接電機(jī)M3。

雙控二用一備恒壓供水閉環(huán)變頻控制系統(tǒng)旨在只給處于工作狀態(tài)的控制對(duì)象配置控制器，以最少的控制器用于工作的設(shè)備。對(duì)于二用一備恒壓供水閉環(huán)變頻控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中只需按正常工作的兩臺(tái)設(shè)備配置兩個(gè)同功率的變頻控制器，用兩個(gè)變頻控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)控制對(duì)象M1、M2、M3(1#、2#、3#泵電機(jī))任意組合成二用一備狀態(tài)的切換控制。實(shí)現(xiàn)任意組合的工作-備用狀態(tài)控制，每一臺(tái)設(shè)備都有可能成為工作和備用兩種狀態(tài)，任意兩個(gè)設(shè)備在工作時(shí)才能享用控制器，處于備用狀態(tài)時(shí)脫離控制器。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用N個(gè)控制器對(duì)N+1個(gè)以上控制對(duì)象的工作-備用狀態(tài)控制，從而最大限度地減少了控制器的數(shù)量和容量，杜絕控制器的閑置浪費(fèi)。

2 控制原理和實(shí)施方式

2.1 控制原理

控制器1和控制器2各由主回路及控制電路組成?？刂破?主回路設(shè)置1個(gè)變頻器VF1。控制器2主回路設(shè)置1個(gè)變頻器VF2。變頻器VF1的固定控制對(duì)象是M1(1#泵電機(jī))，VF2的固定控制對(duì)象是M2(2#泵電機(jī))，并且VF1和VF2共同擁有同一個(gè)控制對(duì)象M3(3#泵電機(jī))。由于VF1和VF2與控制對(duì)象同功率，即各自每次只能控制1臺(tái)同功率電機(jī)。當(dāng)VF1由控制對(duì)象M1切換為控制對(duì)象M3時(shí)，此時(shí)不允許VF2由控制對(duì)象M2切換為控制對(duì)象M3。同理，當(dāng)VF2由控制對(duì)象M2切換為控制對(duì)象M3時(shí)，不允許VF1由控制對(duì)象M1切換為控制對(duì)象M3。所以對(duì)控制器1和控制器2共同擁有的同一個(gè)控制對(duì)象M3的切換控制，以及兩個(gè)控制器之間的互鎖切換控制就是關(guān)鍵所在。以上互鎖切換控制是通過(guò)1SA1(控制器1的控制旋鈕)和2SA1(控制器2的控制旋鈕)的觸點(diǎn)接通位置來(lái)實(shí)現(xiàn)三種工作組合狀態(tài)切換控制的：

(1)1SA1(1通-3斷)和2SA1(2通-3斷)時(shí)，實(shí)現(xiàn)1-2組合：M1(VF1控制)和M2(VF2控制)工作狀態(tài)，M3備用(脫離VF1和VF2的控制)；

(2)1SA1(1通-3斷)和2SA1(2斷-3通)時(shí)，實(shí)現(xiàn)1-3組合：M1(VF1控制)和M3(VF2控制)工作狀態(tài)，M2備用(脫離VF2控制)；

(3)1SA1(1斷-3通)和2SA1(2通-3斷)時(shí)，實(shí)現(xiàn)2-3組合：M2(VF2控制)和M3(VF1控制)工作狀態(tài)，M1備用(脫離VF1控制)。

恒壓閉環(huán)變頻控制的主要原理是通過(guò)供水管道的壓力變送器YL測(cè)得的系統(tǒng)水壓力數(shù)值轉(zhuǎn)換成4 mA～20 mA的電信號(hào)，反饋到變頻器的模擬輸入兩端，并設(shè)定供水系統(tǒng)的壓力要求值，經(jīng)過(guò)變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)，即據(jù)檢測(cè)反饋增大或減少系統(tǒng)的供水量，使供水壓力最終達(dá)到設(shè)定壓力值的要求，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的閉環(huán)變頻控制。

2.2 實(shí)施方式

(1)控制系統(tǒng)控制器1

控制系統(tǒng)控制器1的電路原理如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)控制器1的電路原理圖Figure 1 Circuit schematic drawing of controller 1 in control system

控制器1由主回路和控制電路組成。其主回路變頻器VF1的輸入端有啟動(dòng)交流接觸器KM10的主觸點(diǎn)，VF1的輸出分別經(jīng)過(guò)交流接觸器KM1的主觸點(diǎn)連接1#控制對(duì)象(電機(jī)M1)、經(jīng)過(guò)交流接觸器KM13的主觸點(diǎn)連接3#控制對(duì)象(電機(jī)M3)。同時(shí)，還設(shè)置了工頻運(yùn)行回路：電機(jī)M1的工頻運(yùn)行回路是通過(guò)交流接觸器KM01的主觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)M3的工頻運(yùn)行回路是通過(guò)交流接觸器KM013的主觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。其控制電路中設(shè)置：

① 1#控制對(duì)象(電機(jī)M1)的變頻和工頻運(yùn)行： 在1#控制對(duì)象(電機(jī)M1)的交流接觸器KM1(M1的變頻運(yùn)行)控制邏輯條件中，將控制旋鈕1SA1(控制器1的M1-M3切換)的常閉觸點(diǎn)與控制旋鈕2SA1(控制器2的M2-M3切換)的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)成“或”邏輯關(guān)系，即當(dāng)控制器1處于M1工作(變頻器VF1沒(méi)有切換到M3)或控制器2切換為M3工作(變頻器VF2切換到M3)時(shí)，M1才能工作。交流接觸器KM1控制邏輯條件還串聯(lián)有KM01常閉觸點(diǎn)(M1的工頻運(yùn)行狀態(tài))和KM13常閉觸點(diǎn)(M3在VF1驅(qū)動(dòng)下的變頻運(yùn)行狀態(tài))的邏輯互鎖。即當(dāng)出現(xiàn)M1的工頻運(yùn)行狀態(tài)和M3在VF1驅(qū)動(dòng)下的變頻運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，不允許M1進(jìn)行變頻運(yùn)行。同理，只有當(dāng)控制旋鈕SA1(控制器1的變頻-工頻切換)切換到工頻，KM1常閉觸點(diǎn)閉合(M1關(guān)閉變頻運(yùn)行)時(shí)，才允許M1進(jìn)行工頻運(yùn)行。

② 3#控制對(duì)象(電機(jī)M3)的變頻和工頻運(yùn)行：在3#控制對(duì)象(電機(jī)M3)的交流接觸器KM13(M3在VF1驅(qū)動(dòng)下的變頻運(yùn)行)控制邏輯條件中，將控制旋鈕1SA1(控制器1的M1-M3切換)的常開(kāi)觸點(diǎn)與控制旋鈕2SA1(控制器2的M2-M3切換)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)成“與”邏輯關(guān)系，即當(dāng)控制器1切換為M1停止工作(變頻器VF1切換到M3)或控制器2處于為M2工作(變頻器VF2沒(méi)有切換到M3)時(shí)，M3才被允許在VF1驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行變頻運(yùn)行。交流接觸器KM13控制邏輯條件還串聯(lián)有KM013常閉觸點(diǎn)(M3的工頻運(yùn)行狀態(tài))和KM1常閉觸點(diǎn)(M1的變頻運(yùn)行狀態(tài))的邏輯互鎖。即當(dāng)出現(xiàn)M3的工頻運(yùn)行狀態(tài)和M1的變頻運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，不允許M3在VF1驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行變頻運(yùn)行。同理，只有當(dāng)控制旋鈕SA1(控制器1的變頻-工頻切換)切換到工頻，KM13常閉觸點(diǎn)閉合(M3關(guān)閉變頻運(yùn)行)時(shí)，才允許M3進(jìn)行工頻運(yùn)行。

(2)控制系統(tǒng)控制器2

控制系統(tǒng)控制器2的電路原理如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)控制器2的電路原理圖Figure 2 Circuit schematic drawing of controller 2 in control system

控制器2由主回路和控制電路組成。其主回路變頻器VF2的輸入端有啟動(dòng)交流接觸器KM20的主觸點(diǎn)，VF2的輸出分別經(jīng)過(guò)交流接觸器KM2的主觸點(diǎn)連接2#控制對(duì)象(電機(jī)M2)、經(jīng)過(guò)交流接觸器KM23的主觸點(diǎn)連接3#控制對(duì)象(電機(jī)M3)。同時(shí)，還設(shè)置了工頻運(yùn)行回路：電機(jī)M2的工頻運(yùn)行回路是通過(guò)交流接觸器KM02的主觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)M3的工頻運(yùn)行回路是通過(guò)交流接觸器KM023的主觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。其控制電路中設(shè)置：

① 2#控制對(duì)象(電機(jī)M2)的變頻和工頻運(yùn)行：在2#控制對(duì)象(電機(jī)M2)的交流接觸器KM2(M2的變頻運(yùn)行)控制邏輯條件中，將控制旋鈕2SA1(控制器2的M2-M3切換)的常閉觸點(diǎn)與控制旋鈕1SA1(控制器1的M1-M3切換)的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)成“或”邏輯關(guān)系，即當(dāng)控制器2處于M2工作(變頻器VF2沒(méi)有切換到M3)或控制器1切換為M3工作(變頻器VF1切換到M3)時(shí)，M2才能工作。交流接觸器KM2控制邏輯條件還串聯(lián)有KM02常閉觸點(diǎn)(M2的工頻運(yùn)行狀態(tài))和KM23常閉觸點(diǎn)(M3在VF2驅(qū)動(dòng)下的變頻運(yùn)行狀態(tài))的邏輯互鎖。即當(dāng)出現(xiàn)M2的工頻運(yùn)行狀態(tài)和M3在VF2驅(qū)動(dòng)下的變頻運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，不允許M2進(jìn)行變頻運(yùn)行。同理，只有當(dāng)控制旋鈕SA2(控制器2的變頻-工頻切換)切換到工頻，KM2常閉觸點(diǎn)閉合(M2關(guān)閉變頻運(yùn)行)時(shí)，才允許M2進(jìn)行工頻運(yùn)行。

② 3#控制對(duì)象(電機(jī)M3)的變頻和工頻運(yùn)行：在3#控制對(duì)象(電機(jī)M3)的交流接觸器KM23(M3在VF2驅(qū)動(dòng)下變頻運(yùn)行)控制邏輯條件中，將控制旋鈕2SA1(控制器2的M2-M3切換)的常開(kāi)觸點(diǎn)與控制旋鈕1SA1(控制器1的M1-M3切換)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)成“與”邏輯關(guān)系，即當(dāng)控制器2切換為M2停止工作(變頻器VF2切換到M3)或控制器1處于為M1工作(變頻器VF1沒(méi)有切換到M3)時(shí)，M3才被允許在VF2驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行變頻運(yùn)行。交流接觸器KM23控制邏輯條件還串聯(lián)有KM023常閉觸點(diǎn)(M3的工頻運(yùn)行狀態(tài))和KM2常閉觸點(diǎn)(M2的變頻運(yùn)行狀態(tài))的邏輯互鎖。即當(dāng)出現(xiàn)M3的工頻運(yùn)行狀態(tài)和M2的變頻運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，不允許M3在VF2驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行變頻運(yùn)行。同理，只有當(dāng)控制旋鈕SA2(控制器2的變頻-工頻切換)切換到工頻，KM23常閉觸點(diǎn)閉合(M3關(guān)閉變頻運(yùn)行)時(shí)，才允許M3進(jìn)行工頻運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

雙控二用一備恒壓供水閉環(huán)變頻控制系統(tǒng)，用兩個(gè)變頻控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)三個(gè)控制對(duì)象的二用一備狀態(tài)的切換控制，具有三種工作組合狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)了兩兩任意組合的工作-備用狀態(tài)控制。每一個(gè)水泵都有可能成為工作和備用兩種狀態(tài)。最大限度地減少了控制器硬件的投資成本。

[1] 中國(guó)洛陽(yáng)浮法玻璃集團(tuán)有限責(zé)任公司.恒壓供水閉環(huán)變頻控制器[P].中國(guó)，ZL.2008 2 0069974.5.2009.

[2] 中國(guó)洛陽(yáng)浮法玻璃集團(tuán)有限責(zé)任公司.組合型雙控-2用1備系統(tǒng)控制器[P].中國(guó)，ZL 2008 2 0069975.X.2009.