铁路临时工地用水方安案的研究

杨永杰

摘要

目前铁路建筑市场处于持续稳定增长的形势，如何控制产品质量、节约成本、环保等方面是企业今后一段时间竞争的焦点，做为铁路建筑市场制梁的企业来讲，其特点是"工厂化"的模式，大部分梁场选址都处于既有线附近或城郊、荒漠，施工用水是制梁场施工首要考虑的问题，如何节约、有效地设计供水方案是企业今后正常生产的前提。

一、系统概述

1、气象资料调查：首先调研当地地下水资料数据、季节雨量情况、月平均气温等数据，下面以中铁一局物资工贸公司南充制梁场工地供水系统为例进行论述，当地水文特征，地下水：水位埋深较浅，地下水类型主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水及岩溶裂隙水，，据民用井调查，其单井流量为5～10m3/d，基岩裂隙水：沿线岩体受区域构造影响严重，基岩裂隙水普遍发育，地下水多受节理裂隙发育程度与大气降水控制，以补给沟水及下降泉形式排泄，水质对圬工基本无侵蚀性。

结论：地下水水质満足高性能混凝土技术条件

2、系统参数选定：

设计任务：系统应満中梁场生产、生活需要，系统要求管网最大延伸距离1公里，压力0.4MPa，供水量为2-5方/H，系统应全自动化控制，要求系统需根据用水量的大小调节泵的出口压力，使得管网的压力保持恒定。

设备配置：1、控制系统一套，2、蓄水池（容积为200方）3、管道泵两台（2台5.5KW水泵组成，水泵扬程为35m，提供生产和生活用水，运行方式为一用一备。），4、水井三个5高、低水位、水泵智能保护控制器等主要元件。

二、系统设计方案

1、设计原则

该系统应具有通过变频调速使供水系统恒压保证正常使用水压，其次是系统应根据出口压力、蓄水池水位、水井控制的反馈信号进行调节，系统从功能方面分为手动、自动。要求各元器件性能、性能稳定可靠、可操作性强、施工简便易行、搬迁简易，投资成本费用低的优点。

2、设计规范

2.1 《GB10408 低压开关设备和控制设备》

2.2 《JB4013.1 控制电路电器和开关元件》

3、技术要求

3.1 系统可工频，变频、手动、自动运行。

3.2 系统自动实现压力控制，控制精度0.01Mp.

3.3 实现工频软启动切换。

4、控制系统构成

系统主要由LG-IGXI5.5IH变频器、可编程序控制器、传感器、以及接触器等相关低压电器及保护电路构成。（详见电气原理图）。

4.1、变频器

通过检测到的水压与给定压力进行比较，自动调節输出电源频率控制电机转速从而达到自动调节压力节约能源的作用。

4.2、可编程控制器

可编程控制器（PLC）根据收集到的信号对系统进行逻辑控制并通过485通信口控制变频器。

4.3、传感器

压力传感器检测系统输出压力，并反馈给变频器和PLC，构成闭环系统。压力传感器测量范围0-1Mpa，精度0.1%，

5、工作原理

5.1、系统运行过程

如系统原理图所示，压力传感器作为出口端子压力检测元件。传感器检测出口管网水压力作反馈信号，压力信号转换标准信号送到PLC，PLC进行压力设定值与检测元件反馈值的比较，通过参数自整定后输出标准控制号，通过485通信口将其参数送到变频器，该信号在进入到变频控制器485通信口，控制变频器输出频率，（变电机速）最终达到控制水泵电机的功率，PLC依据压力情况自动切换、增加或减少工作电机的数量，保证系统处于最佳控制状态，实现系统闭环控制。并能自动完成变频1-2#变频自动切换，以保证系统安全运行，在系统运行前，所有参数均可按键设定，保护功能完善，遇到故障即自动进行诊断、控制和停机，使整个系统高度自动化，减少维护费用。用户长期使用表明，该系统是一种理想的控制系统，取得了良好的运行效果和经济效益。

5.2、系统控制方式

系统均采用一变一工（一台变频泵一台工频泵）的控制方式，变频泵可任意切换，可对水泵调速又起到电机软启动的控制效果。工频采用软启动切换方式。 变频器启动水泵运行，变频泵电机的工作频率将由预先设定的管道压力信号控制，输出频率自动调节。若变频器工作频率已下降至下限位（本系统设定为35Hz）而管道压力高于设定值时，工频泵停机。当变频器的输出频率等于上限频率而管道压力仍未达到设定值时，系统将启动一台工频泵参加运行，管道压力保持不变。

5.2.1、变频与工频的切换

本系统采用了以下方法防止变频供电转向工频供电时切换合闸时接触器故障。为了减少瞬态及稳态电流强度，切换时将变频泵频率升至50Hz以上后，开始降低频率，在降低给定频率过程中断开变频器对电动机供电。当给定频率低于电动机对转速时，电动机由电动状态向发电状态过渡，经过零有电流时，电流最小，此时断开接触器，触点负担最轻。断电后的电动机滑行一时间，使电机内磁通衰减（为防止电机转速过低，不能衰减到零值）再切换为工频电源，使电磁瞬态电流尽可能减少，此时由于电动机的速度接近50Hz切换后转差率小，稳态的电流也小。如能在50Hz切换，理论电流为电机空载电流。这样可减少接触器的触点损耗和故障率。而当水泵电机由工频运行切换至变频运行时也必须有延时时间Td后，接触器再闭合，防止电动机运转产生的感应电势损坏变频器。

5.2.2、电路触点互锁

在电路设计和PLC程序设计中，控制每台水泵工频/变频切换的两个接触器的助触点或者PLC内部"软触点"必须相互连锁，以保证可靠切换，防止变频器输出端与工频电源发生短路而损坏。

三、系统功能及特点

1、系统主要功能

1.1、系统具有手动、自动闭环跟踪运行功能，并开启灵活。操作方便自动实现电动机的软起动、减速停车减少电动机对水泵、管网的冲击。

1.2、系统能够根据系统管网压力的变化自动适时改变电机的功率，恒定管网压力。压力稳定精度为0.01MPa，压力等参数能根据具体情况任意调节，并自动跟踪。自动采集供水运行数据和状态，根据设定的参数自动跟踪运行。

1.3、每天可多时间段运行设定压力，每个时间段间隔压力可以修改。

1.4、三口深水井具有水位检测功能，并自动按程序启动各深水井。

1.5、故障报警。系统具备完善的保护系统分：进水压力低、超压、传感器故障、接触器动作错误、电机过载。

2、系统运行特点：

2.1、手动操作

手动操作，压力开环运行，变频器不参加运行。

2.2、自动操作

在自动操作状态，设定好管网压力，不需要做任何调整，完成1-2#泵的加减自动切换，稳定压力在设定值上。

2.3、变频自动切换运

1、自动完成变频1-2#变频自动切换（自动切换周期为48小時可调）。

2.4、压力给定

变频器自动跟踪所设定的压力，变频器自动的调整范围约3KW左右，所以变频器工作在40HZ左右为理想，节能效果明显。压力稳定精度为0.01MPa

2.5、报警提示

（1） 报警详细信息可在触摸屏显示。分：进水压力低、超压、传感器故障、接触器动作错误、电机过载。压力上下限提示，在半自动运行中设有上下限压力提示。上限压力为短闪提示，需要增加工频泵，下限压力为长闪提示，需要减少工频泵。加减工频泵后，管网压力自动调整，不必调整压力给定，。

2.6、分时段运行

系统可根据不同时段的供水需要设定不同的出水压力；将用水高峰期和低谷期区分开来。低谷期水流量较小，管网的压力损耗较小，仅需要较小的水压就能满足供水要求。

2.7、系统保护及报警

故障报警系统具备完善的保护系统。压力上下限提示报警，变频报警，循环故障报警、传感器。

四、结论：

根据南充制梁场使用情况来看，该系统安装简单，操作方便、灵活，故障显示报警功能及时，系统各项参数稳定。铁路桥建建筑的"工厂化"的制梁场的供水系统可得到很好的方案，并且解决施工地点远远离城市供水网无施工用水的困难，并且施工方法简单，成本低廉，故此套方案是铁路制梁场最佳供水方案。