凈水廠(chǎng)水泵機組變頻調速設計運行總結

以3#水泵為例，一拖一包括高壓變頻器U、3 個(gè)真空接觸器KM31、KM32、KM33以及2個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS31、QS32，其中KM31、KM32、KM33為高壓真空接觸器，用于變頻和工頻的電動(dòng)切換。QS31和QS32為高壓隔離開(kāi)關(guān)，一般情況下處于合閘狀態(tài)，僅在變頻器檢修時(shí)拉開(kāi)，用于電機工頻運行情況下對變頻器進(jìn)行安全檢修。

這種控制方式具有以下特點(diǎn)。

1)可以實(shí)現工頻/ 變頻自動(dòng)切換功能在變頻器出現嚴重故障時(shí)，系統能夠自動(dòng)切入工頻電網(wǎng)中，斷開(kāi)變頻器時(shí)，負載不用停機，滿(mǎn)足現場(chǎng)不能停機要求;

2)易實(shí)現四運兩備運行方式即一臺變頻運行，三臺工頻運行，兩臺工頻備用;或者是四臺工頻運行，一臺工頻備用，一臺變頻備用。

3.2 三水廠(chǎng)的取水廠(chǎng)

選用HARSVERT-A 型高壓變頻器一拖一的方案，如圖6所示，與凈水廠(chǎng)的方案基本相同只是根據水泵的臺數不同，采用了三運一備運行方式，即一臺變頻運行，二臺工頻運行，一臺工頻備用;或者是三臺工頻運行，一臺變頻備用。

4 變頻調速設備

HARSVERT-A 高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平電壓源型拓撲，具有如下特點(diǎn)：采用輸入多重化設計，高次諧波含量非常小，輸出采用單元模塊串聯(lián)，使得諧波含量極低，在無(wú)輸出濾波器的情況下，可使

THD3豫，堪稱(chēng)“完美無(wú)諧波”高壓變頻器;極低的轉矩紋波和電機噪聲;功率因數可達0.95;對電機絕緣無(wú)損害，電纜長(cháng)度無(wú)限制;便于冗余設計;中文操作界面便于維修。

4.1 系統結構

HARSVERT-A 系列高壓變頻調速系統的結構如圖7所示。由移相變壓器、功率單元和控制器組成。10 000 V系列有24 個(gè)功率單元，每8個(gè)功率單元串聯(lián)構成一相。

4.2 功率單元結構

每個(gè)功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構如圖8所示。為基本的交-直-交單相逆變電路，即三相輸入經(jīng)三相二極管整流橋輸出直流后，再經(jīng)SPWM控制的單相IGBT逆變橋輸出單相交流電。

當某一個(gè)單元出現故障時(shí)，通過(guò)使繼電器K閉合，可將此單元旁路出系統而不影響其他單元的運行，變頻器可持續降額運行;如此可減少很多場(chǎng)合下停機造成的損失。

4.3 控制器

控制器核心由高速DSP和工控PC 協(xié)同運算來(lái)實(shí)現，精心設計的算法可以保證電機達到最優(yōu)的運行性能。工控PC 提供友好的全中文Windows監控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現遠程監控和網(wǎng)絡(luò )化控制?？刂破鬟€包括一臺內置的PLC，用于柜體內開(kāi)關(guān)信號的邏輯處理，以及與現場(chǎng)各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調，增強了系統的靈活性。

控制器結構上采用VME標準箱體結構，各控制單元采用FPGA、CPLD 等大規模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統具有極高的可靠性。

另外，控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。

5 軟件設計及自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )設計

5.1 軟件設計

上位機系統選用亞控公司的組態(tài)王軟件。該軟件具有友好的人機界面，支持以太網(wǎng)絡(luò )，可以很方便地實(shí)現遠程監視等功能，報表、報警功能強大，支持OPC，支持多種型號的PLC通訊。

軟件設計過(guò)程中，由于上位機的程序組態(tài)王不直接支持西門(mén)子的以太網(wǎng)通訊協(xié)議，因此需要利用OPC Server來(lái)作為過(guò)渡。這樣也使得局域網(wǎng)上的機器可以方便調用該機的參數，便于遠程監視。

兩臺上位機同時(shí)監控整個(gè)系統，當主上位機A故障退出時(shí)，從上位機B仍然能實(shí)時(shí)監控系統，這樣保證系統的安全性、可靠性。

5.2 自動(dòng)化網(wǎng)路設計

控制系統由主控PLC、旁路柜控制PLC、高壓變頻器、上位機組成。其中主控系統采用西門(mén)子S7-300 PLC、旁路柜內置西門(mén)子S7-200-PLC、上位機監控選用組態(tài)王軟件。通訊網(wǎng)路在底層采用ProfibusDP總線(xiàn)，主控PLC 和上位機監控系統采用以太網(wǎng)通訊。西門(mén)子S7-300 PLC作為整個(gè)系統的控制核心，處理人機界面對系統的各種請求，對整個(gè)系統的參數進(jìn)行監控，實(shí)現對集氣管壓力的PID調節，維持管網(wǎng)的壓力恒定。自動(dòng)旁路柜集成有S7-200 PLC，完成變頻工頻切換功能。上位機系統采用用戶(hù)熟悉的組態(tài)王監控軟件，與PLC 的連接采用以太網(wǎng)方式?？紤]現場(chǎng)工況，對安全性、可靠性、穩定性要求都很高，我們現場(chǎng)控制級采用Profibus DP總線(xiàn)連接，監控操作級采用Ethernet方案，接入焦化廠(chǎng)局域網(wǎng)主服務(wù)器系統，實(shí)現遠程監視。系統中西門(mén)子S7-200 配置EM277 Profibus 總線(xiàn)模塊，S7-300 選用315-2 DP，并配置CP341-1T 以太網(wǎng)模塊，PLC集成的DP 接口用于連接S7-200，以太網(wǎng)模塊CP343-1T 用于和上位機的以太網(wǎng)連接。

控制網(wǎng)絡(luò )具有良好的穩定性、擴展性、軟硬件的開(kāi)放性以及友好的人機界面，上位機按冗余控制配置等優(yōu)點(diǎn)。

6 結語(yǔ)

用高壓變頻器控制水泵機組，大大改善了供水、凈水生產(chǎn)及現場(chǎng)環(huán)境，完全達到了生產(chǎn)工藝要求。PLC 控制技術(shù)、Profibus 總線(xiàn)技術(shù)和高壓變頻技術(shù)的完美結合，使得水泵機組集成自動(dòng)化程度高，具有運行穩，操作簡(jiǎn)單，節能高效明顯等優(yōu)點(diǎn)。

吉林市三水廠(chǎng)高壓變頻器控制系統的成功應用，對于節約電能、減員增效、技術(shù)創(chuàng )新，具有很強的通用性，值得推廣。

要想送水泵站每臺泵實(shí)現優(yōu)化運行，就要研究其定性與定量的運行規律。我們根據吉林市區用水曲線(xiàn)、出廠(chǎng)壓力與管網(wǎng)壓力控制點(diǎn)，清水池水位等參數，正在建立優(yōu)化控制數學(xué)模型。在此基礎上，下一步我們將定量控制凈水廠(chǎng)泵站定速與變頻調速機組優(yōu)化運行時(shí)的流量、揚程、效率。這樣可以根據用戶(hù)對用水量與揚程要求，實(shí)現最優(yōu)化控制。這種方式實(shí)現之時(shí)，既可以滿(mǎn)足用戶(hù)對水量、水壓的需要，又可以明顯降低電耗。這是我們面臨的一個(gè)艱巨的、必須攻克的難題。

吉林市凈水廠(chǎng)送水泵房水泵機組調速的經(jīng)濟效果很明顯，比不調速節能30豫左右，而且設備運行可靠，操作維護方便，由計算機控制，實(shí)現了吉林市第三凈水廠(chǎng)優(yōu)化控制，現代化管理。我們將繼續努力，力爭將吉林三水廠(chǎng)建成國內先進(jìn)水平的水廠(chǎng)。