软起动控制装置在串联泵机组控制中的应用

□李光辉 刘 波 周小波 蒋辉霞 陈亚丁

/1四川省农业机械研究设计院 2合江县农机局

农用提灌站软起动控制装置作为一种交流电动机的起停控制装置，具有起动平稳、可靠性高的特点，在水泵机组的控制中发挥了重要的作用。本文结合合江县铜钎湾提灌站改造实际案例介绍了软起动控制装置在串联泵机组控制中的应用。

1 引言

铜钎湾提灌站位于四川省泸州市合江县望龙镇，由于建站时间较早，机组老化失修，阀门、管路等锈蚀严重，机组运行存在严重的安全隐患，急需对其进行升级改造。2012年2月，四川省农业机械研究设计院机电灌溉研究所对该站进行了实地查勘，优化了改造方案，并全程参与了该站改造的技术指导，全部改造工作于2012年6月顺利完成。由于该站在长江边取水，水位变幅大、扬程高、管线长，采用了水泵串、并联技术，为了顺利完成机组控制和状态切换，控制系统采用了PLC与晶闸管软起动控制装置相结合的方案。该站改造后，于2012年7月顺利投入使用，在有效改善项目区生产生活用水条件的同时，通过项目的直接和间接带动作用，产生了显著的效益。

2 方案优化及技术参数对比

2.1 方案优化

原改造方案采用缆车式取水，沿用原水泵机组型号，仅对其进行设备更新。

进行实地查勘后，发现该站在长江边取水，水位变幅大、扬程高、管线长，确定水泵系统采用串、并联技术，采用一级潜水泵与二级主泵串联、两组泵并联安装的方式，并采用潜水泵集成装置的专利技术，避免水位变化对泵安装高度产生影响，造成水泵吸不上水或者是被水淹没，能防止水泵被人为破坏，且防淤效果良好。

控制系统采用PLC与晶闸管软起动控制装置相结合的方案。控制系统以PLC为智能控制单元，可简化控制系统结构，提高控制系统可靠性，有效实现系统的自动控制；软起动控制装置采用一拖二的控制方式，可实现一台软起动控制装置逐步起动两台水泵机组的功能，可进一步简化控制系统结构，减少对电网的冲击，对电力变压器及供电电网进行保护，起动过程平稳，工作过程可靠。

2.2 技术参数对比

该提灌站灌区控制旱地面积约666.67hm2，设计取水位海拔201m，泵房海拔220m，出水口海拔347m，净扬程146m，管线长度600m。原改造方案：安装机电设备3台套，装机功率396kW，两用一备，额定流量2×155m3/h，额定扬程180m；优化设计后的改造方案：采用潜水泵与地面泵串联、两组泵并联安装的方式，安装机电设备4台套，装机功率194kW，额定流量2×188m3/h，额定扬程178m；改造方案技术参数对比如表1所示。

3 软起动控制硬件系统

根据控制功能，进行电气原理（接线）图设计，构建软起动控制硬件系统，控制系统以PLC为智能控制单元，采用一拖二的软起动控制技术。系统设置“手动∕定时”两种工作模式，手动模式下，用户通过按钮进行起动、停止操作；定时模式下，系统根据用户设置的工作时间自动进行起动、停止操作。

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3.1 硬件系统主要架构

硬件系统主要包括：软起动控制器、PLC主机、流量开关等。软起动控制器选用NJR75（一拖二），它用于一级潜水泵、二级主泵机组的起停控制。PLC主机选用DVP-24ES，接收起动∕停止指令，执行起动∕停止动作。液位控制器选用61F-G，用于检测水位状况，作为一级潜水泵、二级主泵起停的判断条件，对系统进行缺水保护。流量开关选用VHS10，用于检测二级主泵进口处水量是否足够，作为其起停判断条件。数字式时间继电器选用JS14P，用于设置系统工作时间，自动进行起动、停止操作。硬件系统主要架构如表2所示。

3.2 系统工作原理

仅以1#潜水泵与3#主泵串联的软起动控制硬件系统为例进行说明，系统工作原理为：当运行条件满足时，选择手动或定时模式，按下1#潜水泵起动按钮或通过数字式时间继电器设置系统工作时间，1#潜水泵电动机软起动，当符合旁路运行条件时，1#潜水泵电动机全压运行；当流量开关检测到3#主泵进口处水量足够时，按下3#主泵起动按钮或者自动延时后，3#主泵电动机软起动，当符合旁路运行条件时，3#主泵电动机全压运行，1#潜水泵与3#主泵串联运行；按下3#主泵、1#潜水泵停止按钮或者“定时”时间到，停止3#主泵、1#潜水泵。其主回路如图1所示，控制回路如图2所示。

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4 软起动控制软件系统

根据控制功能，结合软起动控制硬件系统电气原理（接线）图，划分主要程序块，编制PLC梯形图程序。在进行PLC机种设置及通讯设置基础上，将PLC程序编译后下载至PLC，进行系统联调及测试。

4.1 软件系统主要程序块

软件系统程序块主要包括手动和定时程序块，它们分别包括：输入块、软起动块、旁路块、输出块等。根据手动∕定时模式确定手动∕定时程序块，再根据输入块的手动、定时、水泵起动∕停止、液位正常、二级站水量足够等指令、信号输入，连接软起动块，通过软起动标志变量，先后对串联水泵机组进行软起动；符合旁路运行条件，连接旁路块，通过旁路标志变量，先后将串联水泵机组切换到旁路，全压运行；根据控制逻辑关系及变量，对应连接输出块。

4.2 程序

仅以1#潜水泵电动机的手动起动∕停止程序为例进行说明。定义X0、M0为手动工作模式对应变量，X2为1#潜水泵起动变量，X3为1#潜水泵停止变量，X6、M20为1#潜水泵软起动（保持）对应变量，M21为1#潜水泵软起动复位变量，M22为3#主泵软起动保持变量，M24为旁路信号变量，X7、M25为液位正常对应变量，M28为1#旁路信号变量，M50为1#潜水泵软起动输出对应变量，M80为1#潜水泵运行标志变量，Y0为手动输出，Y2为软起动器输出，Y3为1#潜水泵旁路输出，Y4为1#潜水泵软起动输出，其PLC梯形图程序如图3所示。

5 优化改造方案的优点

该提灌站的优化改造方案，具有如下优点：

5.1 采用潜水泵与地面泵串联取水的技术，取代了缆车式取水的方式

a）解决了因长江取水水位变幅大、卷扬机拖拽缆车不安全、机组检修困难等问题；

图1 软起动控制硬件系统主回路图

图2 软起动控制硬件系统控制回路图

图3 1#潜水泵起动/停止PLC梯形图程序

b）解决了多级离心泵泵体震动大，引起泵体与出口法兰连接面震裂、轴承磨损加快的问题；

c）解决了多级离心泵结构复杂、效率相对低、检修复杂的问题。

5.2 使用QSXN排灌潜水电泵

a）采用内置下吸式排水自冷结构，水流从泵叶轮经过导叶流向电动机外壁隔层，再从顶部出水口流出。其优越独特的使用运行性能使得电泵抽水时，电机可露出水面长时间运行；

b）潜水电泵叶轮用键固定在电泵轴上；

c）潜水电机下部装有机械密封进行密封，防止电机内外介质渗漏；电机内部充满洁净的清水，用于冷却电机和润滑导轴承，电机绕组采用尼龙护套防水电磁线，电机下部设有止推轴承结构，与推力盘组成磨擦副，限制电泵轴上窜及承受轴向推力。

5.3 采用潜泵集成装置取水的专利技术

a）有效的解决现有技术存在的泵站安装高度受地形条件的限制的问题；

b）有效地解决电机因周围泥沙淤积而烧毁，造成的潜水泵不能运行的问题，保证了抽水系统的正常运行；

c）装置内液体流态稳定，有效的防止了气蚀对水泵的破坏作用；

d）节约土建投资。

5.4 采用了智能软起动的专利技术，取代了自耦降压起动的方式

a）智能软起动在机组运行的同时，对流量、电流、电压、温度进行检测；

b）在水泵电机运行的过程中对过流、过压、缺相、过载、温升异常等保护；

c）实现自动控制的同时对电力变压器及供电电网进行保护。

5.5 采用了PLC作为系统的智能控制单元

a）通用性、适应性强，具有完善的故障诊断能力、维修方便；

b）可靠性高、柔性强，抗干扰能力强、运行稳定；

c）程序设计方便灵活、编程简单，性价比高。

[1]周小波，刘波，李光辉，谢崇平．晶闸管软起动控制装置在循环农业泵站中的应用[J]．现代农业科技，2012（2）：248～249．

[2]谢崇平，李光辉，曾文明，等．节电软起动装置在农村电力提灌站中的应用[J]．四川农机，2010（5）：38～40．