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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，這也限制了泵站無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人值守。本文就此進(jìn)行探討，旨在進(jìn)一步提高無人值守泵站的自動(dòng)化水平。

泵站配置方面，核心思想就是通過必要的冗余配置來提高無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。這也是提高無人值守泵站自動(dòng)化水平的基礎(chǔ)。本文以兩用一備無人值守泵站為例進(jìn)行說明。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)場由PLC進(jìn)行控制，現(xiàn)場情況通過通信網(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，通過通信網(wǎng)絡(luò)直接控制機(jī)組的啟停、閥門的開閉等動(dòng)作。
       2、現(xiàn)場手動(dòng)控制方式：由操作人員在泵站現(xiàn)場，通過旋轉(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)水壓力過低，說明泵站供水不足，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RS485串行通訊或現(xiàn)場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)過的最長時(shí)間。如果超過此時(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；無專線的無人值守泵站則要配置GPRS無線設(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)營成本，又保障了供水的可靠性。

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丹佛斯變頻器在無人值守泵站的故障處理與應(yīng)急策略