DANFOSS軟啟動(dòng)器在低壓大功率水庫泵站中的應(yīng)用
2008/4/7 14:40:00
一、 引言:
城市供水系統(tǒng)的水庫泵站一般都配備大功率水庫泵及增壓泵若干臺(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)揮最高的工作效能,是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問題。
上海自來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,開關(guān)元件及出水閥門的損耗比較嚴(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,通過控制可控硅的導(dǎo)通角來控制輸出電壓。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。
圖1 軟啟動(dòng)器主回路原理
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)過多方論證,并且與上海津信變頻器有限公司的技術(shù)專家一起進(jìn)行了模擬試驗(yàn),最終決定采用1臺(tái)軟啟動(dòng)器帶多臺(tái)電機(jī)的方案。同時(shí),也為了最大限度地保障設(shè)備無故障連續(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,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,最后軟啟動(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
3. 主要設(shè)備選型:
供水系統(tǒng)關(guān)系到千家萬戶,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,盡可能做到萬無一失。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)外優(yōu)質(zhì)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.有專用的旁路接線端子,在旁路時(shí)還有電流監(jiān)控,能作過載保護(hù);
2.丹佛斯軟啟動(dòng)器有1帶多的專有功能,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)電流值作最快速的啟動(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,可控硅完全開足,最后軟啟動(dòng)器發(fā)出運(yùn)行信號(hào)。
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:
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:
?。∮袕?qiáng)大的技術(shù)實(shí)力
?。∮心芰f(xié)調(diào)大量的材料,設(shè)備定貨,運(yùn)輸和進(jìn)貨等問題
- 有相應(yīng)工程的設(shè)計(jì),施工經(jīng)驗(yàn)
?。∮辛己玫墓芾碇贫?br />
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)間最好不要超過1分鐘;等這些調(diào)試工作都順利通過之后,就可以打開出水閥,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;最后通過試驗(yàn),總結(jié)數(shù)據(jù),得出最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)水泵的出水閥門完全打開,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)電流最大不超過170%,軟停止時(shí)間約7秒,對(duì)止回閥沒有任何沖擊。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)的增壓泵站和水庫泵站設(shè)計(jì)和改造帶來非常深遠(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. 此類系統(tǒng)因?yàn)橛蠵LC作為主控制器,以后可以進(jìn)一步擴(kuò)展功能。
城市供水系統(tǒng)的水庫泵站一般都配備大功率水庫泵及增壓泵若干臺(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)揮最高的工作效能,是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問題。
上海自來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,開關(guān)元件及出水閥門的損耗比較嚴(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,通過控制可控硅的導(dǎo)通角來控制輸出電壓。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。
圖1 軟啟動(dòng)器主回路原理
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)過多方論證,并且與上海津信變頻器有限公司的技術(shù)專家一起進(jìn)行了模擬試驗(yàn),最終決定采用1臺(tái)軟啟動(dòng)器帶多臺(tái)電機(jī)的方案。同時(shí),也為了最大限度地保障設(shè)備無故障連續(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,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,最后軟啟動(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
3. 主要設(shè)備選型:
供水系統(tǒng)關(guān)系到千家萬戶,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,盡可能做到萬無一失。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)外優(yōu)質(zhì)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.有專用的旁路接線端子,在旁路時(shí)還有電流監(jiān)控,能作過載保護(hù);
2.丹佛斯軟啟動(dòng)器有1帶多的專有功能,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)電流值作最快速的啟動(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,可控硅完全開足,最后軟啟動(dòng)器發(fā)出運(yùn)行信號(hào)。
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:
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:
?。∮袕?qiáng)大的技術(shù)實(shí)力
?。∮心芰f(xié)調(diào)大量的材料,設(shè)備定貨,運(yùn)輸和進(jìn)貨等問題
- 有相應(yīng)工程的設(shè)計(jì),施工經(jīng)驗(yàn)
?。∮辛己玫墓芾碇贫?br />
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)間最好不要超過1分鐘;等這些調(diào)試工作都順利通過之后,就可以打開出水閥,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;最后通過試驗(yàn),總結(jié)數(shù)據(jù),得出最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)水泵的出水閥門完全打開,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)電流最大不超過170%,軟停止時(shí)間約7秒,對(duì)止回閥沒有任何沖擊。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)的增壓泵站和水庫泵站設(shè)計(jì)和改造帶來非常深遠(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. 此類系統(tǒng)因?yàn)橛蠵LC作為主控制器,以后可以進(jìn)一步擴(kuò)展功能。
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