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隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，泵站已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。但是相比于傳統(tǒng)的有人值守泵站，無(wú)人值守泵站在故障和應(yīng)急處理方面還存在著諸多不足，經(jīng)常需要人工介入處理，這也限制了泵站無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)人值守。本文就此進(jìn)行探討，旨在進(jìn)一步提高無(wú)人值守泵站的自動(dòng)化水平。

泵站配置方面，核心思想就是通過(guò)必要的冗余配置來(lái)提高無(wú)人值守泵站的可靠性和健壯性，盡可能泵站的減少故障時(shí)間。這也是提高無(wú)人值守泵站自動(dòng)化水平的基礎(chǔ)。本文以兩用一備無(wú)人值守泵站為例進(jìn)行說(shuō)明。兩用一備恒壓供水系統(tǒng)有單變頻和全變頻兩種控制方案，單變頻控制方案在大功率水泵控制中要增加軟起動(dòng)和出水閥控制，系統(tǒng)可靠性不及全變頻控制方案，所以無(wú)人值守泵站首先考慮全變頻控制方案，系統(tǒng)配置如圖一。

泵站現(xiàn)場(chǎng)由PLC進(jìn)行控制，現(xiàn)場(chǎng)情況通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送至控制中心。其中PLC對(duì)變頻器的控制采取現(xiàn)場(chǎng)總線加數(shù)字量I/O端子兩種方式同時(shí)進(jìn)行。另外，還設(shè)置了防盜、煙霧報(bào)警裝置；泵站到監(jiān)控中心可采用無(wú)線GPRS（帶寬較低，不能傳輸連續(xù)圖像）或有線網(wǎng)絡(luò)（光纖網(wǎng)絡(luò)可達(dá)1000 Mbps）通訊，若泵站到控制中心的通信網(wǎng)絡(luò)帶寬足夠，還可以添加攝像頭，以實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站現(xiàn)場(chǎng)情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

控制方式

       1、遠(yuǎn)程控制方式：由操作人員在控制中心，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)直接控制機(jī)組的啟停、閥門的開(kāi)閉等動(dòng)作。
       2、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制方式：由操作人員在泵站現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)控制臺(tái)上的遠(yuǎn)程/本地旋鈕，切換到手動(dòng)控制方式。
       3、自動(dòng)控制方式：由PLC按照設(shè)定的參數(shù)，完成對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制。在正常情況下，三個(gè)機(jī)組中只有兩個(gè)機(jī)組在工作，另一個(gè)機(jī)組作為備機(jī)。正常工作的兩個(gè)機(jī)組中，又分為主機(jī)和從機(jī)——主機(jī)是首先啟動(dòng)的，根據(jù)壓力反饋PID調(diào)節(jié)的輸出值，自動(dòng)控制運(yùn)行頻率；當(dāng)主機(jī)全速運(yùn)行供水壓力仍不夠時(shí)，從機(jī)投入運(yùn)行，變?yōu)殡p機(jī)運(yùn)行；雙機(jī)運(yùn)行時(shí)當(dāng)運(yùn)行頻率低于一定值，而供水壓力仍過(guò)高時(shí)，從機(jī)退出運(yùn)行，變?yōu)閱螜C(jī)運(yùn)行。正常情況下，三個(gè)機(jī)組將定時(shí)切換，輪流做主機(jī)。

控制冗余：

除了上述一臺(tái)機(jī)組做備機(jī)的冗余配置方案之外，還要有控制冗余。下面針對(duì)幾種可能的故障探討故障處理對(duì)策。
1、水壓異常：泵站的閥門和儀表安裝情況如下，發(fā)生水壓異常表現(xiàn)為機(jī)組未發(fā)生故障，但是有一個(gè)或多個(gè)機(jī)組的出水壓力異常。造成的水壓異常的可能原因包括儀表故障、進(jìn)水故障等。

在正常情況下，圖中藍(lán)色管路各處的壓力基本一致，1#壓力變送器、2#壓力變送器、3#壓力變送器、出水壓力變送器四個(gè)變送器所測(cè)量到的壓力值也應(yīng)該相近。如果某一儀表與另外幾只儀表的測(cè)量值偏差過(guò)大，則可判定該儀表發(fā)生故障，PLC發(fā)出報(bào)警信息，并忽略該機(jī)組的壓力反饋值。

若檢測(cè)到進(jìn)水壓力過(guò)低，說(shuō)明泵站供水不足，為此設(shè)置兩個(gè)進(jìn)水壓力閾值——“進(jìn)水壓力低”、“進(jìn)水壓力下限”。當(dāng)實(shí)際進(jìn)水壓力大于“進(jìn)水壓力低”時(shí)，機(jī)組正常工作；當(dāng)實(shí)際進(jìn)水壓力介于“進(jìn)水壓力下限”和“進(jìn)水壓力低”之間時(shí)，將限制水泵最高轉(zhuǎn)速防止飛車；當(dāng)實(shí)際進(jìn)水壓力低于“進(jìn)水壓力下限”，說(shuō)明供水嚴(yán)重不足，機(jī)組將停機(jī)。

2、機(jī)組發(fā)生故障：在某一個(gè)機(jī)組發(fā)生故障，包括斷路器跳閘、變頻器故障、水泵電機(jī)故障、閥門故障，并且無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行的情況下，PLC將故障機(jī)組停掉并自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作模式，投入備用機(jī)組，同時(shí)將故障信息發(fā)送到監(jiān)控中心。在故障機(jī)組被修好之前，只選擇兩個(gè)正常的機(jī)組進(jìn)行主/從輪換控制。兩用一備供水系統(tǒng)機(jī)組全部工作模式如下：

工作模式	1號(hào)泵	2號(hào)泵	3號(hào)泵
1	主機(jī)	從機(jī)	備用
2	備用	主機(jī)	從機(jī)
3	從機(jī)	備用	主機(jī)
4	主機(jī)	備用	從機(jī)
5	從機(jī)	主機(jī)	備用
6	備用	從機(jī)	主機(jī)

當(dāng)某一機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，工作模式切換的邏輯如圖三：

另外，若有兩個(gè)機(jī)組同時(shí)出現(xiàn)故障，則程序?qū)?dòng)僅剩下的一個(gè)機(jī)組，以單主機(jī)模式運(yùn)行，直到另外一臺(tái)或兩臺(tái)機(jī)組被修復(fù)。

3、PLC到變頻器之間采用通訊控制，并啟用通訊故障應(yīng)對(duì)措施
PLC通過(guò)RS485串行通訊或現(xiàn)場(chǎng)總線通訊控制變頻器，當(dāng)發(fā)生通訊故障或PLC死機(jī)時(shí)，變頻器自動(dòng)診斷通訊故障，并進(jìn)入保護(hù)模式。一般采用保持最后一次通訊成功時(shí)的控制字和給定值的通訊故障應(yīng)對(duì)措施，以最大限度地實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守泵站的連續(xù)供水能力。相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：

參數(shù)號(hào)	功能	設(shè)定值
P8-03 （控制字超時(shí)時(shí)間）	接收兩個(gè)連續(xù)報(bào)文之間經(jīng)過(guò)的最長(zhǎng)時(shí)間。如果超過(guò)此時(shí)間，則表明串行通信發(fā)生故障	與PLC程序中發(fā)送報(bào)文的頻率匹配
P8-04 （控制字超時(shí)功能）	如果控制字在8-30（控制字超時(shí)）中指定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有被更新，則會(huì)激活該超時(shí)功能	[1]鎖定輸出

4、故障信號(hào)輸送
無(wú)人值守泵站一定要有可靠的故障信號(hào)輸送機(jī)制。有專線遠(yuǎn)程監(jiān)控的無(wú)人值守泵站，發(fā)生故障時(shí)，能將故障信息和故障狀態(tài)傳送到中控室；無(wú)專線的無(wú)人值守泵站則要配置GPRS無(wú)線設(shè)備，發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)發(fā)送故障短信到相關(guān)人員手機(jī)上。以便技術(shù)人員能夠及時(shí)響應(yīng)，排除故障。

突波電壓及瞬間失電的保護(hù)措施

?1、突波電壓
電網(wǎng)質(zhì)量不佳或遭遇雷擊可能會(huì)導(dǎo)致突波電壓，對(duì)變頻器、PLC等控制設(shè)備造成嚴(yán)重危害。一般變頻器內(nèi)部都有內(nèi)置瞬間高壓保護(hù)器件，但為了獲得更好的保護(hù)效果，應(yīng)在無(wú)人值守泵站的主電源側(cè)加裝浪涌電壓保護(hù)裝置，一種典型的電涌保護(hù)器接線方式如圖四所示：

2、瞬間失電
瞬間失壓也是一種常見(jiàn)的電源故障，為了消除主電源瞬間失電造成的變頻器跳閘故障，需要啟用變頻器中的“借能運(yùn)行”功能。進(jìn)行如下參數(shù)設(shè)置：

參數(shù)號(hào)	功能	設(shè)定值
P14-11 （主電源故障電壓）	當(dāng)主電源電壓超出該設(shè)定值時(shí)，將激活14-10（主電源故障）中所設(shè)定的功能	[180-600V]，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)定
P14-10 （主電源故障）	當(dāng)主電源故障時(shí)，變頻器所執(zhí)行的功能	[4]借能運(yùn)行
P14-20 （復(fù)位模式）	用于自動(dòng)復(fù)位因?yàn)榍穳憾\|發(fā)的欠壓故障保護(hù)狀態(tài)	設(shè)置自動(dòng)復(fù)位的次數(shù)

為了實(shí)現(xiàn)最佳借能運(yùn)行性能，高級(jí)電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)中的1-30（定子阻抗）和1-35（主電抗）必須設(shè)置準(zhǔn)確。這些電機(jī)參數(shù)可以通過(guò)變頻器的電機(jī)自適應(yīng)AMA功能進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。經(jīng)過(guò)以上設(shè)置，當(dāng)主電源發(fā)生瞬間失電故障時(shí)，變頻器會(huì)執(zhí)行“借能運(yùn)行”功能，將水泵的機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞴?yīng)電壓，以維持變頻器的運(yùn)行。利用這一功能，可以應(yīng)付1秒以上的瞬間失電故障。若供電及時(shí)恢復(fù)，系統(tǒng)將繼續(xù)正常運(yùn)行，否則將停機(jī)。

借能運(yùn)行的控制邏輯與時(shí)序如圖五所示：

設(shè)計(jì)中仔細(xì)考慮了上述故障處理與應(yīng)急措施以后，無(wú)人值守泵站的可靠性和連續(xù)運(yùn)行時(shí)間都得以大幅提高，即降低了人工運(yùn)營(yíng)成本，又保障了供水的可靠性。

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丹佛斯變頻器在無(wú)人值守泵站的故障處理與應(yīng)急策略