雙變頻帶多泵在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】介紹多泵恒壓供水常用的幾種方案，并比較各種方案的優(yōu)劣。重點(diǎn)介紹雙變頻帶多泵恒壓供水系統(tǒng)，分析該系統(tǒng)的組成，控制，切換過程及注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】雙變頻器；多泵；恒壓供水

1.前言

糖廠的供水系統(tǒng)一般由若干臺(tái)揚(yáng)程相近的水泵組成，調(diào)節(jié)流量和水壓的傳統(tǒng)方法是，按需求的水壓和流量用人工控制水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)去控制。如壓榨量為7000噸/日的糖廠，水泵的配置方案有多種，其中一種可行的方案是三臺(tái)160kW和一臺(tái)90kKW的水泵組成。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，傳統(tǒng)的方法是，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水壓和流量情況由工人來決定投入水泵的數(shù)量和功率。若用水量大，水壓低時(shí)，則增加投入運(yùn)行的水泵；用水量少，水壓高時(shí)，則切除投入運(yùn)行的水泵。

2.變頻恒壓供水的控制方案選擇

由于用水量隨生產(chǎn)過程不同而變化，采用手動(dòng)控制已很難滿足生產(chǎn)要求，為使供水的水壓恒定，最常見的辦法是采用變頻恒壓供水系統(tǒng)，即通過管網(wǎng)上的壓力變送器，將壓力信號(hào)送到變頻或PLC，構(gòu)成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，管網(wǎng)水壓由變頻器調(diào)節(jié)控制。

對(duì)于多泵情況，有不同的控制方案，一種是“單變頻帶多泵”，該方案的特點(diǎn)是一個(gè)變頻控制回路加四個(gè)電機(jī)直接起動(dòng)回路共同控制四臺(tái)水泵的投切，四臺(tái)水泵中的任一臺(tái)都可變頻控制啟動(dòng)，保證永遠(yuǎn)有一臺(tái)水泵在變頻運(yùn)行，這樣不論用水量如何改變都可保持水壓基本恒定。該方案初期設(shè)備投資較小，性價(jià)比高，但不足之處在于無備用系統(tǒng)，對(duì)變頻的可靠性依賴過高，變頻故障時(shí)只能停產(chǎn)維修，且變頻器運(yùn)行并切換到工頻的過程中會(huì)造成管網(wǎng)短時(shí)失壓。

另有一種控制方案，是“變頻加軟起帶多泵”，該方案的特點(diǎn)是一臺(tái)水泵一直連接在變頻器上，其它水泵連接在軟啟動(dòng)器上，水泵不需要在變頻與工頻之間切換，沒有切換過程中的失壓現(xiàn)象。軟起回路由變頻器輸出信號(hào)控制啟停。當(dāng)變頻器故障時(shí)，可用軟起動(dòng)器手動(dòng)控制水泵的啟停，保證供水不致中斷。由于每臺(tái)電機(jī)都有起動(dòng)器，所以不需要再做備用系統(tǒng)，但初期投資較大，性價(jià)比低，且變頻器故障時(shí)，只能通過軟啟動(dòng)手動(dòng)控制水泵的投切來調(diào)節(jié)水壓，水泵只能運(yùn)行在工頻狀態(tài)，無法達(dá)到水壓調(diào)節(jié)的要求。

鑒于以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本文提出了一種基于PLC的雙變頻帶多泵的供水系統(tǒng)，既滿足了供水穩(wěn)定的需要，又可減少設(shè)備初期投資，且維護(hù)和檢修相對(duì)方便。

3.雙變頻帶多泵具體方案分析

3.1“雙變頻帶多泵”系統(tǒng)圖

3.2控制簡(jiǎn)介

該方案由兩個(gè)變頻控制回路加四個(gè)電機(jī)直接起動(dòng)回路共同控制四臺(tái)水泵的投切。系統(tǒng)設(shè)置轉(zhuǎn)換開關(guān)，可選擇任意一個(gè)變頻回路作為主用回路，另一變頻回路為備用回路。主用變頻回路連接到第一臺(tái)水泵，控制其啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)水壓不夠需要加泵時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，自由停車，并輸出信號(hào)到PLC，由PLC控制連接在第一臺(tái)水泵的直接啟動(dòng)回路，利用水泵的慣性將第一臺(tái)水泵切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)。切換后，變頻連接到第二臺(tái)泵，控制該泵起動(dòng)并運(yùn)行。照此方法，可用變頻起動(dòng)所有水泵。當(dāng)水壓過高，需要減泵時(shí)，由PLC發(fā)出信號(hào)切除工頻運(yùn)行狀態(tài)的水泵。如果主用變頻回路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自動(dòng)切除該回路，并將備用變頻回路投入運(yùn)行，保證系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

3.3切換過程

因變頻器的輸出端不能連接電源，也不能在運(yùn)行中帶載分?jǐn)?，切換過程應(yīng)按以下的程序進(jìn)行。供水系統(tǒng)投入運(yùn)行，當(dāng)變頻輸出頻率達(dá)到50Hz，并運(yùn)行60秒后管網(wǎng)水壓未達(dá)到給定值，此時(shí)，該臺(tái)水泵需切換到工頻運(yùn)行，首先關(guān)閉該臺(tái)水泵的電動(dòng)閥，然后變頻器自由停車，水泵電機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)?？紤]到電機(jī)中的殘留電壓，不能將電機(jī)立即切換到工頻，而是要延時(shí)一段時(shí)間，等到電機(jī)中的殘余電壓下降到較小值，與電源電壓不同相時(shí)造成的切換電流沖擊較小時(shí)，才可切換。延時(shí)時(shí)間具體要看電機(jī)參數(shù)，一般在1秒內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)試，160kW水泵電機(jī)的切換時(shí)間約為0.6秒。關(guān)閥停車后，水泵電機(jī)基本上處于空載運(yùn)轉(zhuǎn)，到0.6秒時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降不多，使切換時(shí)電流沖擊較小。切換完成后，再打開對(duì)應(yīng)電動(dòng)閥。此時(shí)已停車的變頻器切換到另外的水泵上起動(dòng)并運(yùn)行，再開該電機(jī)的電動(dòng)閥，切換過程完成。

3.4控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和注意事項(xiàng)

雙變頻帶多泵恒壓供水系統(tǒng)主要通過PLC控制實(shí)現(xiàn)，其輸入信號(hào)有：水壓模擬量反饋信號(hào)，各控制回路故障信號(hào)，電動(dòng)閥開關(guān)信號(hào)及1KM1、1KM2、2KM1、2KM2、3KM1、3KM2、4KM1、4KM2、5KM、6KM狀態(tài)信號(hào)。根據(jù)供水壓力的要求，系統(tǒng)順序控制各臺(tái)水泵的運(yùn)行狀況，通過調(diào)節(jié)變頻回路水泵的水量，達(dá)到恒壓供水的要求。

變頻器的輸出端不能連接電源，且電機(jī)同時(shí)只能有一路控制，因此1KM1和1KM2、2KM1和2KM2、3KM1和3KM2、4KM1和4KM2、5KM和6KM之間要加聯(lián)鎖，這樣才能保證系統(tǒng)安全可靠的工作。

采用變頻供水方式要注意諧波的影響，過熱保護(hù)整定值要根據(jù)實(shí)際情況整定，確保水泵安全可靠運(yùn)行。變頻自由停車時(shí)，電機(jī)殘余電壓的衰減時(shí)間一般為1～2秒，切換延時(shí)不是越長(zhǎng)越好，延時(shí)短，殘余電壓高，速度降落少；延時(shí)長(zhǎng)，殘余電壓低，速度降落大。選擇延時(shí)需二者兼顧，以求得最小的沖擊電流。如果要使切換過程無電流沖擊，需采用同步切換方式，加入一些控制手段和控制元件即可實(shí)現(xiàn)，但要考慮經(jīng)濟(jì)上是否合算。

由于水泵的流量較大，為避免“水錘”效應(yīng)，投入水泵應(yīng)遵循“先開機(jī)，后開閥”；切除水泵應(yīng)遵循“先關(guān)閥，后停機(jī)”的操作程序。若是小功率的水泵，因水泵的出水側(cè)裝有普通止回閥，其本上能自動(dòng)保證以上的操作程序。

4.結(jié)束語

采用改進(jìn)型雙變頻帶多泵恒壓供水系統(tǒng)，可以提高供水的穩(wěn)定性和可靠性，值班人員只需定期巡視一下設(shè)備運(yùn)行狀況即可，不需要再實(shí)時(shí)盯著出口壓力去人工判斷啟停泵，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力、物力消耗。該系統(tǒng)具有初期投資少、性價(jià)比高、運(yùn)行方式靈活、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于多泵組成的恒壓供水系統(tǒng)中。