变频器、PLC在自来水厂的应用探析

摘　要：为解决中马水厂二次加压泵房供水曲线与需水量曲线极不吻合的问题，通过认真观察、分析，提出用变频器加PLC联合工作进行解决的方案；经慎重考察，选用西门子Micromaster430系列变频器、日本三菱PLC，通过安装、调试、培训员工、试运行，锻炼和提高了员工素质，积累了丰富的经验，提升了公司科技进步水平，收到了良好的经济效益和社会效果。

关键词：供水量曲线与需水量曲线；变频器；PLC；联合试运行
　　焦作水务公司有限责任公司，拥有5座供水厂，日供水15万吨。中马水厂负责焦作市马村区的生产、生活用水，日供水0.4万吨，与其他水厂供水管道未连接，自成独立供水系统。在生产实践中，我们发现中马水厂加压泵运行方式不合理，在公司的大力支持下，经过慎重考察、选型，于2005年6月9日正式投运变频调速器；于10月6日正式投运PLC控制器，经多年实际运行，收到了良好的经济和社会效果，现将具体过程分述如下：
　　1.我厂对变频器的技术要求
　　（1）变频器安装在1#、2#、3#泵的任一台上。因1#泵出水闸门为水力闸门，开关方便，因此最终定在1#泵上安装变频器。
　　（2）变频器必须能根据用水量需求（即管网压力），很方便、迅速地对1#泵出水压力进行调节，使管网压力保持在合适的范围内。
　　（3）变频器的调速范围要宽，尽量减少调速盲区。
　　（4）变频器应能使水泵在工频、变频两种工作状态下很方便地进行切换。
　　（5）变频器要有各种保护，防止对水泵、电机、变频器造成损坏；但保护也不应过于灵敏，以免造成不必要的频繁停机。
　　（6）变频器对并联在一起其它水泵的开、停造成的冲击，要有极强的耐受性。
　　（7）选配压力表、转速表、电流表等辅助仪表。
　　2.变频器安装、调试
　　1）一次回路中去掉空开、交流接触器，只留隔离开关，变频器内部可切断电源。
　　2）因变频器安装尺寸太大，挤掉了2#加压泵的交流接触器位置。因此，目前2#泵无法再开启。
　　3）通过电位器，手动调节转速，从而调节出厂压力，实行开环控制。
　　4）通过基本操作面板BOP-2，进行基本参数的输入设置，可以开停泵，设置正、反转；在变频器运行中，可以修改一些参数。
　　5）变频器由于外部变化出现故障时，BOP-2上显示相应故障代码；大的故障可能导致水泵停机。
　　6）故障不排除，故障代码不会自动消失，无法重新开机运行。
　　7）故障码复位的三种方法：
　　（1）重新给变频器上电源电压。（2）按下BOP-2上的“Fn”键。（3）通过数字输入“3”。
　　8）变频器使全厂功率因素极高（达97%以上），不需要再投运电容器补偿。
　　3.变频器试运行
　　1）变频器自2005年6月9日安装、调试完毕，开始试运行。
　　2）经过约两个月的详细记录、观察。
　　（1）变频器运行非常稳定，未出任何故障。
　　（2）通过手动调节压力，节电由原先的电单耗145kw.h/km3降为120kw.h/km3。
　　3）试运行中的不良影响。
　　（1）机泵运行工为了节约用电，尽量将出厂压力保持在0.26MPa，导致在高峰期管网最不利点的用户吃不上水，近期用户投诉水压不足现象明显增多。因是手动调节压力，厂里又对各机泵组进行电量考核，因此厂里无法做到每天、每小时保持合适出厂压力。
　　（2）变频器的运行对一定距离内的数码相机、电磁炉产生严重影响，使之无法正常。在降低变频器P1800项脉冲频率后，降低了变频器损耗和降低射频干扰发射的强度，电磁炉也更换了耐射频干扰的主板后，才能正常工作。
　　的安装、调试
　　选用日本三菱PLC（内置时钟功能，可外接电脑。）
　　1）设八个时间段，开通“七”个，一个未开通。
　　2）目前“七”个时间段、压力值可用。
　　3）历经几次周折，实现“开环、闭环”的平滑切换。
　　4）设定的压力值与实际值较接近，仍有一定偏差。
　　5）厂方技术人员给出说明书、电气接线原理图、简明操作规程、注意事项，并对我厂维修工进行培训。
　　6）我厂结合供水实际，重新制定《操作规程》、《注意事项》、《全天不同时段压力设定值》。
　　7）“PLC+变频器”联合试运行
　　从10月6日基本调试结束，经约两年的试运行：
　　1）运行非常稳定，设备质量很好。
　　2）时间段偏少，建议设8～12个时间段，更精细地对全天不同时间段进行调节。
　　3）调节的压力反应是否迅速。
　　（1）压力调升太快，导致：开泵时压力从0迅速上升到设定值，对变频器冲击太大，产生过电压而跳闸。
　　（2）压力调低太快，导致：夜间压力由0.29MPa突降至0.23MPa时，管网压力对水泵进行反冲击，产生过电压而跳闸。
　　（3）压力调节太慢，很长时间看不到压力变化，与设定压力值相错太多，不能满足用户用水需求。
　　（4）通过设置：P2280、P2285、P2293等项，使压力调节的速度处于一个较合适的状态：尽量压力变化要快，但不能使1#泵在开泵时跳闸或在夜间23：00压力突降时跳闸，找到一个平衡点。
　　4）PLC内部有开关
　　（1）处于“ON”时，PLC运行，手持编码器可以测试读数，不能进行设置、修改。（RVN）
　　（2）处于“OFF”时，PLC退出运行，手持编码器可以进行设置、修改。（STOP）
　　5）PLC内部可储存2000条命令。
　　6）PLC内置时钟支持时间：通电30分钟可用10日。
　　7）变频器有自动调整正、反转功能，（不论三相电如何调相序）。
　　4.结论
　　1）“PLC+变频器”运行稳定，设备性能可靠。
　　2）节电效果明显。
　　3）用户设诉明显减少。
　　4）我厂工人增长了见识，提高了操作技能和业务水平。
　　5）预留今后计算机控制、自动化操作的升级空间。
　　6）为我公司今后设备更新做了摸索和尝试。
　　9.经验
　　1）今后厂家调试时，要提高成功率，我厂调试变频顺时1#泵开、停达数十次；在大型水厂是不允许的。
　　2）时间段太少，建议留8～12个。
　　3）建议变频器容量要适当大于电机容量，要有富余，对压力迅速调节有利，例如：PLC+变频器控制喷泉，余量很大，耐冲击量较大。
参考文献：
[1]许朝山,龚仲华.现代变频器的技术特点与发展方向[J].制造技术与机床,2010(1).
[2]满益明,翟涌.基于单片机与变频器的感应电动机调速系统设计与实现[J].微电机,2009(7).