丹佛斯變頻器在無人值守泵站的故障處理與應急策略

隨著工業自動化技術的發展，泵站已經可以實現自動控制。但是相比于傳統的有人值守泵站，無人值守泵站在故障和應急處理方面還存在著諸多不足，經常需要人工介入處理，這也限制了泵站無法實現真正意義上的無人值守。本文就此進行探討，旨在進一步提高無人值守泵站的自動化水平。

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間。這也是提高無人值守泵站自動化水平的基礎。本文以兩用一備無人值守泵站為例進行說明。兩用一備恒壓供水系統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和出水閥控制，系統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，系統配置如圖一。

泵站現場由PLC進行控制，現場情況通過通信網絡傳送至控制中心。其中PLC對變頻器的控制采取現場總線加數字量I/O端子兩種方式同時進行。另外，還設置了防盜、煙霧報警裝置；泵站到監控中心可采用無線GPRS（帶寬較低，不能傳輸連續圖像）或有線網絡（光纖網絡可達1000 Mbps）通訊，若泵站到控制中心的通信網絡帶寬足夠，還可以添加攝像頭，以實現對泵站現場情況的遠程監控。

控制方式

       1、遠程控制方式：由操作人員在控制中心，通過通信網絡直接控制機組的啟停、閥門的開閉等動作。
       2、現場手動控制方式：由操作人員在泵站現場，通過旋轉控制臺上的遠程/本地旋鈕，切換到手動控制方式。
       3、自動控制方式：由PLC按照設定的參數，完成對設備的自動控制。在正常情況下，三個機組中只有兩個機組在工作，另一個機組作為備機。正常工作的兩個機組中，又分為主機和從機——主機是首先啟動的，根據壓力反饋PID調節的輸出值，自動控制運行頻率；當主機全速運行供水壓力仍不夠時，從機投入運行，變為雙機運行；雙機運行時當運行頻率低于一定值，而供水壓力仍過高時，從機退出運行，變為單機運行。正常情況下，三個機組將定時切換，輪流做主機。

控制冗余：

除了上述一臺機組做備機的冗余配置方案之外，還要有控制冗余。下面針對幾種可能的故障探討故障處理對策。
1、水壓異常：泵站的閥門和儀表安裝情況如下，發生水壓異常表現為機組未發生故障，但是有一個或多個機組的出水壓力異常。造成的水壓異常的可能原因包括儀表故障、進水故障等。

在正常情況下，圖中藍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變送器所測量到的壓力值也應該相近。如果某一儀表與另外幾只儀表的測量值偏差過大，則可判定該儀表發生故障，PLC發出報警信息，并忽略該機組的壓力反饋值。

若檢測到進水壓力過低，說明泵站供水不足，為此設置兩個進水壓力閾值——“進水壓力低”、“進水壓力下限”。當實際進水壓力大于“進水壓力低”時，機組正常工作；當實際進水壓力介于“進水壓力下限”和“進水壓力低”之間時，將限制水泵最高轉速防止飛車；當實際進水壓力低于“進水壓力下限”，說明供水嚴重不足，機組將停機。

2、機組發生故障：在某一個機組發生故障，包括斷路器跳閘、變頻器故障、水泵電機故障、閥門故障，并且無法繼續運行的情況下，PLC將故障機組停掉并自動轉換工作模式，投入備用機組，同時將故障信息發送到監控中心。在故障機組被修好之前，只選擇兩個正常的機組進行主/從輪換控制。兩用一備供水系統機組全部工作模式如下：

工作模式	1號泵	2號泵	3號泵
1	主機	從機	備用
2	備用	主機	從機
3	從機	備用	主機
4	主機	備用	從機
5	從機	主機	備用
6	備用	從機	主機

當某一機組發生故障時，工作模式切換的邏輯如圖三：

另外，若有兩個機組同時出現故障，則程序將啟動僅剩下的一個機組，以單主機模式運行，直到另外一臺或兩臺機組被修復。

3、PLC到變頻器之間采用通訊控制，并啟用通訊故障應對措施
PLC通過RS485串行通訊或現場總線通訊控制變頻器，當發生通訊故障或PLC死機時，變頻器自動診斷通訊故障，并進入保護模式。一般采用保持最后一次通訊成功時的控制字和給定值的通訊故障應對措施，以最大限度地實現無人值守泵站的連續供水能力。相關參數設置如下：

參數號	功能	設定值
P8-03 （控制字超時時間）	接收兩個連續報文之間經過的最長時間。如果超過此時間，則表明串行通信發生故障	與PLC程序中發送報文的頻率匹配
P8-04 （控制字超時功能）	如果控制字在8-30（控制字超時）中指定的時間內沒有被更新，則會激活該超時功能	[1]鎖定輸出

4、故障信號輸送
無人值守泵站一定要有可靠的故障信號輸送機制。有專線遠程監控的無人值守泵站，發生故障時，能將故障信息和故障狀態傳送到中控室；無專線的無人值守泵站則要配置GPRS無線設備，發生故障時，自動發送故障短信到相關人員手機上。以便技術人員能夠及時響應，排除故障。

突波電壓及瞬間失電的保護措施

?1、突波電壓
電網質量不佳或遭遇雷擊可能會導致突波電壓，對變頻器、PLC等控制設備造成嚴重危害。一般變頻器內部都有內置瞬間高壓保護器件，但為了獲得更好的保護效果，應在無人值守泵站的主電源側加裝浪涌電壓保護裝置，一種典型的電涌保護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“借能運行”功能。進行如下參數設置：

參數號	功能	設定值
P14-11 （主電源故障電壓）	當主電源電壓超出該設定值時，將激活14-10（主電源故障）中所設定的功能	[180-600V]，依據現場實際情況設定
P14-10 （主電源故障）	當主電源故障時，變頻器所執行的功能	[4]借能運行
P14-20 （復位模式）	用于自動復位因為欠壓而觸發的欠壓故障保護狀態	設置自動復位的次數

為了實現最佳借能運行性能，高級電動機數據中的1-30（定子阻抗）和1-35（主電抗）必須設置準確。這些電機參數可以通過變頻器的電機自適應AMA功能進行自動檢測。經過以上設置，當主電源發生瞬間失電故障時，變頻器會執行“借能運行”功能，將水泵的機械動能轉變為直流供應電壓，以維持變頻器的運行。利用這一功能，可以應付1秒以上的瞬間失電故障。若供電及時恢復，系統將繼續正常運行，否則將停機。

借能運行的控制邏輯與時序如圖五所示：

設計中仔細考慮了上述故障處理與應急措施以后，無人值守泵站的可靠性和連續運行時間都得以大幅提高，即降低了人工運營成本，又保障了供水的可靠性。

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