多机泵协调排水控制问题及对策

　　目前城市废水排放泵站控制系统主要有两种控制方式:一是普通电气控制,机泵的启停和切换由人工完成;二是以PLC作为主控制器控制机泵的运行和切换[1]。前者自动化程度低,后者因数据处理能力有限,难以实现先进智能控制,有时甚至存在不合理切换等问题。例如在设定的临界水位附近运行时,因分辨率失当易引起机泵的误切换。另一个问题是系统无效耗能突出,排水系统机泵大多采用恒速运行。这种恒速运行方式极易造成低水位排水,高扬程低效率耗能。而运行机组的不当组合或控制不当又极易产生排水量配合失衡引起高水位溢出事故[2]。

　　为此,文中提出了一种基于模糊PID的协调排水控制方法,以实现节能及防止溢出污染。系统以工业控制机(PC)为主要控制器实现智能协调排水,同时应用相位数字检测锁相技术实现变频器50Hz输出时与工频电源零初相位平稳的可靠切换,模拟实验表明系统运行可靠,鲁棒性高。

　　1　相位数字检测切换控制

　　1.1　系统硬件结构

　　城市排水系统中,每座排水泵站通常有多台机泵通过组合运行满足排水工况要求。变频调速运行使得机泵组合更易于满足流量协调控制需求,运行在目标水位,使得机泵运行效率最高,实现高效节能。同时,实现机泵不同运行状态间的平稳切换是用户期盼的。图1为常规多机泵排水流量协调控制系统及机泵切换电路结构的示意图。

　　图1(a)中有两台等功率机泵, VVVF按带单台机泵容量选型。根据实际协调排水工况,机泵的运行状态如表1所示。表1中H0为设定目标水位,H1为上限水位,H2为下限水位,H1>H0>H2。

　　由表1知,水位超过H0且机泵M1变频运行频率达50Hz时,为了减少损耗将切换VVVF到工频运行;启动机泵M2进入变频运行状态。图2所示为依据排水系统水位高、低工况的要求,配合机泵切换运行的接触器线圈通、断切换时序图(高电平表示通电,低电平表示断电)。A段表示机泵M1变频运行,机泵M2不启动;B段表示机泵M1工频运行,机泵M2不启动;C段表示机泵M1工频运行,机泵M2变频启动运行;D段表示两台机泵都为工频运行。

　　图1(b)中,控制电路I/O环节作为系统数据传输通道,由液位变送器采集的水位信号经I/O传送到PC机作系统控制输入,CPU依据智能运算策略处理后输出控制变频器调节机泵转速。由系统水位高、低工况决定的机泵切换控制信号经I/O数模转换,控制微型继电器驱动接触器投运。由此也实现了强、弱电回路隔离,以免受机泵或变频器运行回路的影响。图1中AO1~AO7为I/O环节的模拟量输出口,KM ~KM4表示接触器线圈或触点。

　　1.2　切换控制原理