1 概述

中鋁青海分公司供水加壓泵站由一、二期泵站構成，共計有加壓泵10 臺套，一、二期各5 臺套，每年供水600多萬t。正常情況下，兩個獨立控制的泵站的水泵均為三用兩備運行狀態。

1.1 設備現狀

一期泵站1986年投產，已連續運行20年。5臺水泵型號為150S78A，流量為144 m3/h，揚程為62 m，配用電機型號為JO2-82-2，功率為40 kW;二期泵站1990年8 月投產，已連續運行16 年。5 臺水泵型號為6SH-6A，流為量180 m3/h，揚程為55 m，配用電機型號為JO2-82-2，功率為45 kW。

1.2 存在問題

1)水泵運行年限較長，設備嚴重老化，故障率高。由于沒有相應的備品備件供應，所以維修困難。已影響平穩供水，對分公司安全生產構成威脅。

2)JO2 系列電機是非節能產品，是屬國家明令淘汰的電機產品。

3)由于用水量不穩定，水壓忽高忽低，水壓高時易使供水管網破裂，水壓低時不能滿足生產生活需要。所以必須及時調整水泵水壓，但由于水泵控制分散在兩個控制室，造成水泵水壓調整不便。

4)由于是兩個泵站，所以必須有兩組人員看守、操作泵站，存在人力浪費現象。

2 改造方案

在基本保持原有加壓泵站的功能和出力大小的情況下，將原有的10臺套水泵對應更換為ISO系列，流量為150耀180 m3/h，揚程為62 m的新水泵，安裝位置與舊水泵對應。配用電機型號為Y系列2 極，功率為45 kW。廢棄原有水泵的控制系統，對10 臺新水泵實施集中控制。對其中7 臺水泵實施工頻控制;對剩余的3 臺水泵實施“一拖三”的變頻控制，實現水壓的自動控制調節。正常情況下，要求以工頻控制的水泵運行4 臺，備用3臺;如果廠區用水量有大幅度的變化，可多開或少開工頻控制的水泵，但不管那種情況，都同時投運已實施“一拖三”的變頻控制水泵系統，并盡可能使3臺變頻控制的水泵保持在一工頻運行、一變頻運行、一備用的狀態，以達到自動調節管網的水壓，實現恒壓供水的目的。

本文針對改造方案中提出的“一拖三”的變頻控制方案，從電氣設計的角度進行了較為全面的論證，說明了該方案的可行性。

3 恒壓供水系統工作原理

恒壓供水控制系統將主要由PLC、PID、變頻器、切換繼電器、壓力傳感器等部分組成。為了維持供水管網的壓力不變，必須在系統的管道上安裝壓力變送器作為反饋組件來為控制系統提供反饋信號。由于供水系統管道長、管徑大，管網的充壓比較慢，故系統是一個大滯后系統，不宜直接采用PID 調節器進行控制，而應采用PLC 參與控制的方式來實現對控制系統的調節。變頻器選擇FRN45P11S-4CX 或FRN55P11S-4CX，可編程控制器選擇日本松下FP1-C40 型。

控制核心單元PLC根據手動設定壓力信號與現場壓力傳感器的反饋信號，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經過PID 運算后，PLC 將0~5V的模擬信號輸出到變頻器，用以調節電機的轉速以及進行電機的軟啟動;PLC 通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，驅動切換繼電器組，以此來協調投入工作的水泵電機臺數，在大范圍上控制供水的流量，同時完成電機的啟停、變頻與工頻的切換。PID 調節器控制變頻器對變頻泵進行速度調節，在小范圍上控制供水的流量。這樣，從投入電機臺數和控制電機中某一臺電機的轉速而達到恒壓供水的目的。

4 電氣設計

4.1 系統程序設計

系統程序包括啟動子程序和運行子程序，分別如圖1，圖2所示。

4.2 主電路設計

該系統主電路如圖3 所示。當變頻泵達到水泵額定轉速后，如水壓在所設定的判斷時間內還不能滿足恒壓值時，系統自動將當前變頻泵狀態切換為工頻狀態，并指定下一臺泵為變頻泵;同樣的道理，當水壓在所設定的時間內保持恒定，且變頻器的輸出頻率低于30 Hz時，則退出一臺工頻運行的給水泵。

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