DANFOSS軟啟動(dòng)器在低壓大功率水庫(kù)泵站中的應(yīng)用

The Application of DANFOSS Soft Starter in High Power Low VoltageReservoir Pump Work

上海市自來(lái)水市北有限公司泵站管理所

上海津信變頻器有限公司

摘要： 本文介紹了軟啟動(dòng)器在低壓大功率水庫(kù)泵站中的應(yīng)用，給出了系統(tǒng)電氣原理圖，軟啟動(dòng)器主要參數(shù)設(shè)定值，一臺(tái)軟啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)軟起軟停的解決辦法及調(diào)試中要注意的主要問(wèn)題。

Abstract: The paper discusses the application of soft starter inhigh power low voltage reservoir pump station, draw the systemelectric schematic, list the main setting value of Soft Starter'sparameter. It also explores the method of multi-motors driving, andgeneral information about debug.

關(guān)鍵詞： 城市供水 水泵 軟啟動(dòng)器 軟啟動(dòng) 軟停止

一、 引言：

城市供水系統(tǒng)的水庫(kù)泵站一般都配備大功率水庫(kù)泵及增壓泵若干臺(tái)，其良好穩(wěn)定運(yùn)行為城市居民的生活用水和社會(huì)主義工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)可靠的保證。目前，很多現(xiàn)有設(shè)備已經(jīng)趨于老化，日常維修工作量大，控制原理也較為落后。如何在不增加大量投資的前提下對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行合理改造，以發(fā)揮高的工作效能，是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

    上海自來(lái)水公司市北泵站管理所下屬真北泵站共有三臺(tái)280kW增壓泵和三臺(tái)280kW水庫(kù)泵。均采用自耦啟動(dòng)柜進(jìn)行啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，并且隨著設(shè)備的長(zhǎng)期使用，開(kāi)關(guān)元件及出水閥門(mén)的損耗比較嚴(yán)重。為了降低運(yùn)行成本，減少設(shè)備損耗，提高管理水平，決定采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)和電機(jī)軟啟動(dòng)器對(duì)原設(shè)備進(jìn)行改造。

二、 工作原理及改造方案：

1. 控制原理

　 電機(jī)啟動(dòng)器決定使用軟啟動(dòng)器。軟啟動(dòng)器的基本原理如圖1所示，通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制輸出電壓。因此，軟啟動(dòng)器從本質(zhì)上是一種能夠自動(dòng)控制的降壓?jiǎn)?dòng)器，由于能夠任意調(diào)節(jié)輸出電壓，作電流閉環(huán)控制，因而比傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式（如串電阻啟動(dòng)，自耦變壓器啟動(dòng)等）有更多優(yōu)點(diǎn)。例如滿載啟動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵等變轉(zhuǎn)矩負(fù)載、實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟停止、應(yīng)用于水泵能完全消除水錘效應(yīng)等。　　

    目前，國(guó)內(nèi)外的電機(jī)軟啟動(dòng)器控制系統(tǒng)一般都采用1臺(tái)軟啟動(dòng)器配1臺(tái)電機(jī)的控制方案，為了節(jié)省投資，經(jīng)過(guò)多方論證，并且與上海津信變頻器有限公司的技術(shù)專(zhuān)家一起進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，終決定采用1臺(tái)軟啟動(dòng)器帶多臺(tái)電機(jī)的方案。同時(shí)，也為了大限度地保障設(shè)備無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行，對(duì)原自耦啟動(dòng)柜進(jìn)行了改造，保留原來(lái)自耦啟動(dòng)的全部功能，并且利用原自耦柜中的運(yùn)行接觸器，作為軟啟動(dòng)器的旁路接觸器，在軟啟動(dòng)器啟動(dòng)完畢后將其旁路，以便軟啟動(dòng)器可以繼續(xù)控制其他的電機(jī)。軟停止控制策略則正好相反，首先要將原自耦柜中的運(yùn)行接觸器斷開(kāi)，電機(jī)切換到由軟啟動(dòng)器控制，然后啟動(dòng)軟啟動(dòng)器的軟停止功能，逐漸減小輸出電壓，將電機(jī)慢慢停下來(lái)，后軟啟動(dòng)器退出，等待接受下一個(gè)啟動(dòng)或停止操作。

2. 系統(tǒng)組成框圖：

　圖2為單路進(jìn)線的主回路接線圖

圖2

3. 主要設(shè)備選型：

　　供水系統(tǒng)關(guān)系到千家萬(wàn)戶，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備的選型要考慮其可靠性以及產(chǎn)品制造商的資信，使系統(tǒng)在正常工作條件下，盡可能做到萬(wàn)無(wú)一失。但同時(shí)又要兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，因此在設(shè)備的配備上對(duì)主要關(guān)鍵性設(shè)備盡可能選用國(guó)內(nèi)外上等產(chǎn)品，對(duì)一些不影響系統(tǒng)性能及可靠性的輔助設(shè)備，可選用價(jià)廉物美的產(chǎn)品，以提高整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比。

3.1 可編程序控制器（PLC）選型

　　PLC是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，選型的時(shí)候除了要滿足以上要求之外，還要考慮到今后的維護(hù)和擴(kuò)展以及與其他泵站保持統(tǒng)一的通訊接口，為今后連接上位機(jī)監(jiān)控做好準(zhǔn)備等。綜合考慮之后，決定采用ROCKWELL的SLC500系列PLC。

3.2 軟啟動(dòng)器選型：

選用丹麥丹佛斯工業(yè)有限公司生產(chǎn)的MCD3000型工業(yè)軟啟動(dòng)器，該產(chǎn)品具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1. 有專(zhuān)用的旁路接線端子，在旁路時(shí)還有電流監(jiān)控，能作過(guò)載保護(hù)；

2. 丹佛斯軟啟動(dòng)器有1帶多的專(zhuān)有功能，特別適用于此次改造；

3. 丹佛斯軟啟動(dòng)器有內(nèi)置的軟停止功能；

4. 丹佛斯軟啟動(dòng)器是真正的恒電流閉環(huán)控制，能以設(shè)定的啟動(dòng)電流值作快速的啟動(dòng)，啟動(dòng)完成的邏輯判別也更合理。

    水泵電機(jī)型號(hào)為JS137-6，280kW，493A，983rpm。泵站由兩路高壓進(jìn)線供電，每路帶3臺(tái)電機(jī)。因此決定采用2臺(tái)300 kW軟啟動(dòng)器（型號(hào)為MCD3300），每路電源接1臺(tái)軟啟動(dòng)器，每臺(tái)軟啟動(dòng)器負(fù)責(zé)3臺(tái)電機(jī)的軟啟動(dòng)和軟停止。其啟動(dòng)控制原理請(qǐng)見(jiàn)圖3，啟動(dòng)時(shí)完全為電流閉環(huán)控制，等到電機(jī)加速至額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電流也降至額定電流，可控硅完全開(kāi)足，后軟啟動(dòng)器發(fā)出運(yùn)行信號(hào)。

圖3

三、參數(shù)設(shè)置

四、程序設(shè)計(jì)
　　采用ROCKWELL公司的RSLOGIX500編程軟件，程序框圖如下：

圖4

五、安裝調(diào)試注意事項(xiàng)：

　　現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試是在不影響整個(gè)泵站正常供水的情況下進(jìn)行的，所以事前一定要制訂詳細(xì)的施工計(jì)劃，要求工程公司具備：　

－　有強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力

　　　－　有能力協(xié)調(diào)大量的材料，設(shè)備定貨，運(yùn)輸和進(jìn)貨等問(wèn)題

　　　－　有相應(yīng)工程的設(shè)計(jì)，施工經(jīng)驗(yàn)

　　　－　有良好的管理制度

這次施工就是在與調(diào)度充分協(xié)調(diào)之后，逐泵進(jìn)行的。調(diào)試時(shí)也是如此，先選在某一路電源上的3臺(tái)泵都不用的時(shí)候，對(duì)這一路的軟啟動(dòng)器進(jìn)行調(diào)試；再選擇被控制的水泵，將被選中的水泵的出水閥完全關(guān)閉，以勉調(diào)試工作影響管網(wǎng)；然后開(kāi)始正式調(diào)試動(dòng)作，注意這時(shí)水泵是在打悶水，運(yùn)行時(shí)間好不要超過(guò)1分鐘；等這些調(diào)試工作都順利通過(guò)之后，就可以打開(kāi)出水閥，作滿載軟啟動(dòng)軟停止試驗(yàn)了，這時(shí)因?yàn)槭菨M載所以軟啟動(dòng)的時(shí)間會(huì)比空載時(shí)的長(zhǎng)，因此軟啟動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置要有一定的余量；后通過(guò)試驗(yàn)，總結(jié)數(shù)據(jù)，得出佳的控制方式和控制參數(shù)，就可以投入試運(yùn)營(yíng)了。

另外低壓大功率電機(jī)的配電較為緊湊，因此多數(shù)調(diào)試要盡量在模擬條件下完成，以減少正式調(diào)試時(shí)的故障機(jī)會(huì)。

六、運(yùn)行效果及意義：

此套控制系統(tǒng)目前已經(jīng)在真北泵站正式投入運(yùn)行。六臺(tái)水泵的出水閥門(mén)完全打開(kāi)，通常情況下對(duì)他們不再進(jìn)行操作。軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電流設(shè)為330%，啟動(dòng)時(shí)間約為5-6秒，供電系統(tǒng)承受的啟動(dòng)沖擊電流與用自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)的相仿；軟停止時(shí)電流大不超過(guò)170%，軟停止時(shí)間約7秒，對(duì)止回閥沒(méi)有任何沖擊。系統(tǒng)從投入使用至今運(yùn)行正常。

此系統(tǒng)的成功應(yīng)用，將對(duì)今后城市供水系統(tǒng)的增壓泵站和水庫(kù)泵站設(shè)計(jì)和改造帶來(lái)非常深遠(yuǎn)的意義：

1.      由于使用軟啟動(dòng)器已能實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的滿載啟動(dòng)和軟停止，水泵的出水閥門(mén)可以完全取消；

2.      大功率軟啟動(dòng)器"一帶多"取得成功應(yīng)用，使得今后多泵泵站電機(jī)啟動(dòng)控制系統(tǒng)的成本大幅度下降；

3.      軟啟動(dòng)器本身具有電壓及電流保護(hù)功能，并有內(nèi)在的零電流開(kāi)關(guān)特性，使得電動(dòng)機(jī)的保護(hù)得到了加強(qiáng)，同時(shí)大大減少了接觸器的損耗；

4.      此類(lèi)系統(tǒng)因?yàn)橛?span lang="EN-US">PLC作為主控制器，以后可以進(jìn)一步擴(kuò)展功能。

七、結(jié)束語(yǔ)：

由于采用了先進(jìn)的PLC和電機(jī)軟啟動(dòng)器，使得原先的電氣控制得到了成功改造，整個(gè)泵站的電氣控制和管理水平上了一個(gè)新的臺(tái)階。隨著國(guó)內(nèi)外電力電子技術(shù)的不斷更新和自動(dòng)化控制理論的不斷發(fā)展，相信今后將會(huì)有更多、更好的解決方案出現(xiàn)。

　　此文謹(jǐn)供同行參考，指正，如有不詳之處歡迎與我們接洽聯(lián)系。

八、參考文獻(xiàn)：

[1]. 《電氣自動(dòng)化原理》，陳伯時(shí)；

[2]. 《MCD3000用戶手冊(cè)》，丹麥丹佛斯有限公司；

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