西门子（中国）总代理商

1、系统简介

为改善生产环境，某公司投资清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。

鉴于以上特点，从技术可靠和经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。

2、系统方案

系统主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的变频器、施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成(见图1)。

2.1 抽水泵系统

整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台，90KW深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的电机。当变频器工作在50HZ，管网压力仍然低于系统设定的下限时，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高限时，自动停掉工频运行电机。一次主电路接线示意图见图2所示。

系统为每台电机配备电机保护器，是因为电机功率较大，在过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等情况下为确保电机的良好使用条件，达到延长电机的使用寿命的目的。

系统配备水位显示仪表，可进行高低位报警，同时通过PLC可确保取水在合理水位的水质监控，同时也保护电机制正常运转工况。

系统配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。

2.2 公司内不同压力供水需求的解决

为稳定可靠地满足公司内部分区域供水太力(0.4~0.45Mpa)低于主管网水压力(0.8~0.9Mpa)的要求，配备稳压减压阀来调节，可调范围为0.1~0.8Mpa。

2.3 加压泵系统

由于抽水泵房距离高位水池较远，直接供水到高位水池抽水泵的扬程不足，为此在距离高位水池落差为36米处设计有一加压泵房，配备立式离心泵两台(一用一备)电机功率为75KW，扬程36米。

该加压泵的控制系统需考虑以下条件：

(1)若高位水池水位低和主管有水，则打开进水电动蝶阀和起动加压泵向高位水池供水;

(2)若高位水池水位满且主管有水，则给出报警信号并关闭加压泵和进水电动蝶阀;

(3)若主管无水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必须开启出水电动蝶阀由高位水池向主管补充不。

像抽水泵一样，我们为加压泵配备了软起动器和电机保护器，确保加压泵长期可靠地运转，同时配备了高位水池的水位传感器和数显仪和缺水传感器。

为保证整个主水管网的恒压供不，当高位水池满且主水管有水时，加压泵停止，此时主管压力将“憋压”，Zui终导致主管压力上升，并将此压力传递到抽水泵房，抽水泵的控制系统检测到此压力进行恒压变频控制，进而达到整个主管网的恒压供水，这是整个控制系统设计的关键。

3、系统实现功能

3.1 全自动平稳切换，恒压控制 主水管网压力传感器的压力信号4~20mA送给数字PID控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不是很大时，一台泵在变频器的控制下稳定运行;当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压和稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被 PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。

当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在Zui低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到Zui后一台泵用主频器恒压供水。另外，控制系统设计六台泵为两组，每台泵的电机累计运行时间可显示，24小时轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保了泵的可靠寿命。控制系统图见图3。

3.2 半自动运行

当PLC系统出现问题时，自动控制系统失灵，这时候系统工作处于半自动状态，即一台泵具有变频自动恒压控制功能，当用水量不够时，可手动投入另外一台或几台工频泵运行。

3.3 手动

当压力传感器故障或变频器故障时，为确保用水，六台泵可分别以手动工频方式运行。

4、实施效果

实际运行证明本控制系统构成了多台深井泵的自动控制的Zui经济结构，在软件设计中充分考虎变频与工频在切换时的瞬间压力与电流冲击，每台泵均采用软起动是解决该问题关键。变频器工作的上下限频率及数

公司拥有的管理队伍和的研发人才，其中本科以上专业技术人员占70%以上，博士、硕士十余人，是一支充满朝气和富有协作精神的团队。公司与山东大学、北京航空航天大学、清华大学、西安交通大学、华北电力大学等高校长期开展技术合作和人才交流。聘请国内电力保护专家参与重大项目研发。技术和人才的优势为开发优质的产品提供了有力的保障。公司十多年专注于电力电网自动化保护产品的研发，先后开发出了FBZ3000厂站自动化系统、FBZ2300配电自动化系统、GZG49系列智能高频直流电源系统、EPS应急电源系统、GIS智能在线监测系统等五大系列几十个品种的产品，形成了门类齐全的产品系列。公司拥有多种的检测系统和设备，如美国DOBLE公司的电力系统数字、奥地利OMICRON电子仪器有限公司的OMICRON测试系统，和满足电力系统综合保护产品各项技术参数和模拟试验的高精度测试仪器，具备了良好的试验检测环境。2000年公司顺利通过了国际ISO9001质量保证体系认证，2001年获得山东省双软企业认定，所有产品均通过了国家电力公司检验机构严格测试，取得了电力部门、国家经贸委入网许可。目前，公司产品广泛应用于城乡电网工程及冶金、石油、煤矿、化工等厂矿企业，用户遍布国内二十多个省区八十多个地市。

电力系统是一个包括发电、输电、变电、配电、用电在内的完整体系，电力生产的特点是电能难以储存，发输变配用电要随时保持平衡，而用电是随时变化的，发电出力也必须随时变化，否则电网的频率将保持不住额定值，从而对用电造成危害。水电是电力系统稳定运行的重要调节手段，具有调峰、调频、平衡发电等重要功能。目前，在电力系统愈来愈大，电压等级愈来愈高的情况下，要保持电力系统正常供电，就必须依靠大量自动装置，快速隔离故障，调整运行方式。水电自动化是如今电力系统安全可靠运行的基础设施和装备，同时也是电力系统经济运行的手段。水轮机组及水电厂自动化更应反应灵敏安全可靠。水电自动化的市场极其广大，作为水电站或抽水泵站计算机监控系统的现地控制单元，市场前景巨大。

作为计算机监控系统的现地控制单元，直接与现场设备接口，采集生产过程的各种信号并对现场设备进行自动控制，可与多种专用功能装置配套使用。选用高档PLC或DCS产品，可靠性高，抗干扰能力强，功能强大，配置灵活，易于学习，便于维护。作为水电站或抽水泵站计算机监控系统的现地控制单元，对水轮发电机组、水泵、开关站、公用设备、闸门等进行自动控制，实现“无人值班"（少人值守）的目标。

计算机辅机控制系统，相对于水电厂泵站的总的监控系统是独立的。它可以单独引入水电厂泵站，同时计算机辅机控制系统内部的油控制系统、气控制系统、水控制系统之间也是相互独立的，因此水电厂泵站可以全部引入计算机辅机控制系统，也可以单独引入辅机控制系统中的油控制系统、气控制系统或水控制系统。在每个单独的子系统都留有接口，水电厂泵站可以根据自己的实际情况，先只引入单独的控制系统，待条件成熟再引入其它控制系统。如果水电厂泵站目前已经有了一些单独的控制系统，我们可以根据具体的实际情况对计算机辅机控制系统作出一些修改，使之与水电厂泵站原有的控制系统组成一个完整的监控系统。

系统采用固态控制器和软启动器具备以下特点：

以无触点方式控制电流通断。

对负载的工作状态提供完善的检测保护。

控制电动机平滑启动，减少启动电流，避免冲击电网，减小配电容量。

起始电压可调，保证电机启动Zui小启动转距，避免电机过热。

起始电流可根据负载情况调整，以Zui小的电流产生的转距。

启动时间可调，在该时间范围内，电动机转速不断上升，避免转速冲击。

系统的接线更为简单。

软启动器带有完整的电动机保护装置，并有多种启动方式可供选择，是目前较为理想的智能元件。

由于系统采用了西门子PLC程控器控制，技术成熟，抗干扰能力很强，适用于工业环境运行，从而使产品的可靠信有了明显的提高。设备投入运行后，维护、维修的工作量甚微。同时系统技术*，采用PLC可编程控制器，使产品的控制达到了数字化的要求，能够与后台机通讯，达到远方控制功能。而且本系统极易扩展，可满足各类客户所求。

2.水电厂（泵站）气系统控制系统

(a)控制功能:当主干管的压力降至电接点压力表1DJ的下，主用空压机冷却系统启动，主用空压机的电磁阀打开，示流信号器接通，主用空压机启动；当主干管的压力降至电接点压力表2DJ的下，备用空压机冷却系统启动，备用空压机的电磁阀打开，示流信号器接通，备用空压机启动；当主干管的压力升至电接点压力表2DJ的上，备用空压机停止；当主干管的压力升至电接点压力表1DJ的上，主用空压机停止；当主干管的压力降至电接点压力表3DJ的下，发出压力过低信号，当主干管的压力升至电接点压力表的3DJ的上，发出压力过高信号，停空压机并报警。4DJ是用来监视制动贮气罐中气压的，此中的气压过高过低都会发信号，为了防止空压机的温度过高，专门在每个空压机的出口处分别设置了温度信号器，如果空压机过热，温度信号器就会发出信号，即停空压机，气系统控制系统电机启动回路也采用软启动回路。

(b)通信功能:PLC将电源状况、空压机运行状态、气压状况、空压机启动状态传送给公用LCU；公用设备LCU将这些信号传送给控制中心，从而使控制中心完成对气系统的监控。

项目运行

本系统今年7月在河北青银高速排水泵站投运，运行良好，深受用户好评。

五、应用体会

西门子公司自动化产品功能强大，尤其通讯功能强大，在组网通讯方面比较容易，如组建PROFIBUS网、工业以太网、无线通讯网等，便于设计产品与第三方或调度接口，稳定性也不错。