双控二用一备变频控制系统

姜信建 姜上川

(1.中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司，河南471009；2.中国农业大学，北京100193)

恒压供水系统常采用备用泵的方案，例如，制造1个由3台160 kW水泵组成的二用一备恒压供水闭环变频控制系统，按现有技术方案无外乎两种：其一，控制器选用3个同功率(160 kW)的变频器，分别对3台水泵电机实施控制，1/3的控制系统处于闲置备用状态；其二，用1个两倍功率(320 kW)变频器分别对两台160 kW水泵电机实施一拖二控制，再用1个同功率(160 kW)变频器对1台160 kW水泵电机实施控制。以上方案的思维核心是控制器与控制对象的功率为1:1匹配。在上例系统中，不管控制对象是否处于备用状态，都要为其配置变频控制器(容量)，即变频控制器(容量)不是按照正常工作设备配置的，而是按照工作和备用的设备总量配置的，造成控制器硬件投资上的某种闲置浪费。

本文提出一种双控二用一备恒压供水闭环变频控制系统，使其只对处于工作状态的控制对象配置控制器，从而最大限度地减少控制器的数量和容量，降低控制器硬件投资成本。

1 技术方案和特点

双控二用一备恒压供水闭环变频控制系统由控制器1和控制器2构成。控制器1和控制器2各由主回路及控制电路组成。控制器1的主回路由VF1输出，分别经过交流接触器KM1的主触点连接电机M1，经过交流接触器KM13的主触点连接电机M3。控制器2的主回路由VF2输出，分别经过交流接触器KM2的主触点连接电机M2，经过交流接触器KM23的主触点连接电机M3。

双控二用一备恒压供水闭环变频控制系统旨在只给处于工作状态的控制对象配置控制器，以最少的控制器用于工作的设备。对于二用一备恒压供水闭环变频控制系统，系统中只需按正常工作的两台设备配置两个同功率的变频控制器，用两个变频控制器实现对三个控制对象M1、M2、M3(1#、2#、3#泵电机)任意组合成二用一备状态的切换控制。实现任意组合的工作-备用状态控制，每一台设备都有可能成为工作和备用两种状态，任意两个设备在工作时才能享用控制器，处于备用状态时脱离控制器。该系统实现了用N个控制器对N+1个以上控制对象的工作-备用状态控制，从而最大限度地减少了控制器的数量和容量，杜绝控制器的闲置浪费。

2 控制原理和实施方式

2.1 控制原理

控制器1和控制器2各由主回路及控制电路组成。控制器1主回路设置1个变频器VF1。控制器2主回路设置1个变频器VF2。变频器VF1的固定控制对象是M1(1#泵电机)，VF2的固定控制对象是M2(2#泵电机)，并且VF1和VF2共同拥有同一个控制对象M3(3#泵电机)。由于VF1和VF2与控制对象同功率，即各自每次只能控制1台同功率电机。当VF1由控制对象M1切换为控制对象M3时，此时不允许VF2由控制对象M2切换为控制对象M3。同理，当VF2由控制对象M2切换为控制对象M3时，不允许VF1由控制对象M1切换为控制对象M3。所以对控制器1和控制器2共同拥有的同一个控制对象M3的切换控制，以及两个控制器之间的互锁切换控制就是关键所在。以上互锁切换控制是通过1SA1(控制器1的控制旋钮)和2SA1(控制器2的控制旋钮)的触点接通位置来实现三种工作组合状态切换控制的：

(1)1SA1(1通-3断)和2SA1(2通-3断)时，实现1-2组合：M1(VF1控制)和M2(VF2控制)工作状态，M3备用(脱离VF1和VF2的控制)；

(2)1SA1(1通-3断)和2SA1(2断-3通)时，实现1-3组合：M1(VF1控制)和M3(VF2控制)工作状态，M2备用(脱离VF2控制)；

(3)1SA1(1断-3通)和2SA1(2通-3断)时，实现2-3组合：M2(VF2控制)和M3(VF1控制)工作状态，M1备用(脱离VF1控制)。

恒压闭环变频控制的主要原理是通过供水管道的压力变送器YL测得的系统水压力数值转换成4 mA～20 mA的电信号，反馈到变频器的模拟输入两端，并设定供水系统的压力要求值，经过变频器自动调节，即据检测反馈增大或减少系统的供水量，使供水压力最终达到设定压力值的要求，从而实现恒压供水的闭环变频控制。

2.2 实施方式

(1)控制系统控制器1

控制系统控制器1的电路原理如图1所示。

图1 控制系统控制器1的电路原理图Figure 1 Circuit schematic drawing of controller 1 in control system

控制器1由主回路和控制电路组成。其主回路变频器VF1的输入端有启动交流接触器KM10的主触点，VF1的输出分别经过交流接触器KM1的主触点连接1#控制对象(电机M1)、经过交流接触器KM13的主触点连接3#控制对象(电机M3)。同时，还设置了工频运行回路：电机M1的工频运行回路是通过交流接触器KM01的主触点实现的，电机M3的工频运行回路是通过交流接触器KM013的主触点实现的。其控制电路中设置：

① 1#控制对象(电机M1)的变频和工频运行： 在1#控制对象(电机M1)的交流接触器KM1(M1的变频运行)控制逻辑条件中，将控制旋钮1SA1(控制器1的M1-M3切换)的常闭触点与控制旋钮2SA1(控制器2的M2-M3切换)的常开触点并联成“或”逻辑关系，即当控制器1处于M1工作(变频器VF1没有切换到M3)或控制器2切换为M3工作(变频器VF2切换到M3)时，M1才能工作。交流接触器KM1控制逻辑条件还串联有KM01常闭触点(M1的工频运行状态)和KM13常闭触点(M3在VF1驱动下的变频运行状态)的逻辑互锁。即当出现M1的工频运行状态和M3在VF1驱动下的变频运行状态时，不允许M1进行变频运行。同理，只有当控制旋钮SA1(控制器1的变频-工频切换)切换到工频，KM1常闭触点闭合(M1关闭变频运行)时，才允许M1进行工频运行。

② 3#控制对象(电机M3)的变频和工频运行：在3#控制对象(电机M3)的交流接触器KM13(M3在VF1驱动下的变频运行)控制逻辑条件中，将控制旋钮1SA1(控制器1的M1-M3切换)的常开触点与控制旋钮2SA1(控制器2的M2-M3切换)的常闭触点串联成“与”逻辑关系，即当控制器1切换为M1停止工作(变频器VF1切换到M3)或控制器2处于为M2工作(变频器VF2没有切换到M3)时，M3才被允许在VF1驱动下进行变频运行。交流接触器KM13控制逻辑条件还串联有KM013常闭触点(M3的工频运行状态)和KM1常闭触点(M1的变频运行状态)的逻辑互锁。即当出现M3的工频运行状态和M1的变频运行状态时，不允许M3在VF1驱动下进行变频运行。同理，只有当控制旋钮SA1(控制器1的变频-工频切换)切换到工频，KM13常闭触点闭合(M3关闭变频运行)时，才允许M3进行工频运行。

(2)控制系统控制器2

控制系统控制器2的电路原理如图2所示。

图2 控制系统控制器2的电路原理图Figure 2 Circuit schematic drawing of controller 2 in control system

控制器2由主回路和控制电路组成。其主回路变频器VF2的输入端有启动交流接触器KM20的主触点，VF2的输出分别经过交流接触器KM2的主触点连接2#控制对象(电机M2)、经过交流接触器KM23的主触点连接3#控制对象(电机M3)。同时，还设置了工频运行回路：电机M2的工频运行回路是通过交流接触器KM02的主触点实现的，电机M3的工频运行回路是通过交流接触器KM023的主触点实现的。其控制电路中设置：

① 2#控制对象(电机M2)的变频和工频运行：在2#控制对象(电机M2)的交流接触器KM2(M2的变频运行)控制逻辑条件中，将控制旋钮2SA1(控制器2的M2-M3切换)的常闭触点与控制旋钮1SA1(控制器1的M1-M3切换)的常开触点并联成“或”逻辑关系，即当控制器2处于M2工作(变频器VF2没有切换到M3)或控制器1切换为M3工作(变频器VF1切换到M3)时，M2才能工作。交流接触器KM2控制逻辑条件还串联有KM02常闭触点(M2的工频运行状态)和KM23常闭触点(M3在VF2驱动下的变频运行状态)的逻辑互锁。即当出现M2的工频运行状态和M3在VF2驱动下的变频运行状态时，不允许M2进行变频运行。同理，只有当控制旋钮SA2(控制器2的变频-工频切换)切换到工频，KM2常闭触点闭合(M2关闭变频运行)时，才允许M2进行工频运行。

② 3#控制对象(电机M3)的变频和工频运行：在3#控制对象(电机M3)的交流接触器KM23(M3在VF2驱动下变频运行)控制逻辑条件中，将控制旋钮2SA1(控制器2的M2-M3切换)的常开触点与控制旋钮1SA1(控制器1的M1-M3切换)的常闭触点串联成“与”逻辑关系，即当控制器2切换为M2停止工作(变频器VF2切换到M3)或控制器1处于为M1工作(变频器VF1没有切换到M3)时，M3才被允许在VF2驱动下进行变频运行。交流接触器KM23控制逻辑条件还串联有KM023常闭触点(M3的工频运行状态)和KM2常闭触点(M2的变频运行状态)的逻辑互锁。即当出现M3的工频运行状态和M2的变频运行状态时，不允许M3在VF2驱动下进行变频运行。同理，只有当控制旋钮SA2(控制器2的变频-工频切换)切换到工频，KM23常闭触点闭合(M3关闭变频运行)时，才允许M3进行工频运行。

3 结束语

双控二用一备恒压供水闭环变频控制系统，用两个变频控制器实现了对三个控制对象的二用一备状态的切换控制，具有三种工作组合状态。实现了两两任意组合的工作-备用状态控制。每一个水泵都有可能成为工作和备用两种状态。最大限度地减少了控制器硬件的投资成本。

[1] 中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司.恒压供水闭环变频控制器[P].中国，ZL.2008 2 0069974.5.2009.

[2] 中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司.组合型双控-2用1备系统控制器[P].中国，ZL 2008 2 0069975.X.2009.