污水處理控制系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用分析

李川 張漢 張勝男

摘 要：中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了很多環(huán)境問題，其中污水排放量的增加便是其中之一，為了保證環(huán)境不被破壞，所有排放的污水都必須經(jīng)過處理，因此各地開始完善污水檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。文章主要對(duì)污水處理廠中變頻器的應(yīng)用進(jìn)行了探討，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用可以看出，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中加入變頻器，系統(tǒng)穩(wěn)定性以及安全性都有了很大的提高，并有效保護(hù)了設(shè)備，節(jié)約了能源。

關(guān)鍵詞：污水處理；PLC；變頻器

1 控制系統(tǒng)概述

1.1 總方案

污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)主要采用的是計(jì)算機(jī)控制集散型系統(tǒng)，由PLC以及相關(guān)儀表共同組成，通過監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)即控制站對(duì)整個(gè)污水處理流程予以控制和調(diào)度。并適當(dāng)建立分控站，分控站通過現(xiàn)場(chǎng)總線與總控制室進(jìn)行通訊?，F(xiàn)場(chǎng)儀表同控制站之間則通過開放總線同控制站予以連接。對(duì)儀表安裝設(shè)計(jì)時(shí)可以采用下述方案：

（1）將重心控制室設(shè)置在廠內(nèi)綜合樓中，設(shè)兩套監(jiān)控管理設(shè)備，對(duì)處理整體過程進(jìn)行管理和檢測(cè)，并配置了鍵盤、打印機(jī)以及顯示器，同時(shí)保證監(jiān)控計(jì)算機(jī)具有不間斷電源。污水處理廠在進(jìn)行污水處理過程中所使用的工藝參數(shù)以及處理過程中產(chǎn)生的電氣參數(shù)和設(shè)備信息主要通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機(jī)。上位機(jī)系統(tǒng)通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理、貯存做出相關(guān)工藝參數(shù)曲線圖，并通過鍵盤輸入，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線修改、控制以及功能組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的命令下達(dá)。

（2）控制子站。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的工藝特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)以及建筑分布狀況，對(duì)PLC控制子站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置?，F(xiàn)場(chǎng)控制子站采用的結(jié)構(gòu)形式為模塊化結(jié)構(gòu)，能夠更加靈活的配置硬件，更加方便的進(jìn)行軟件編程。

a.PLC1控制子站。該控制子站主要負(fù)責(zé)初沉池、粗細(xì)格柵以及調(diào)節(jié)池和A/O池的數(shù)據(jù)采集以及設(shè)備控制。將粗格柵設(shè)置在集水池中，將細(xì)格柵設(shè)置在進(jìn)水渠內(nèi)。按照時(shí)間間隔使用PLC對(duì)機(jī)械柵耙進(jìn)行控制，對(duì)柵渣進(jìn)行清除。潛水泵設(shè)置一臺(tái)應(yīng)用泵一臺(tái)備用泵，被設(shè)置在集水池和調(diào)節(jié)池中，以水泵的運(yùn)行時(shí)間為依據(jù)，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)行轉(zhuǎn)換，保證兩臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)間相等。PLC對(duì)風(fēng)機(jī)房的控制主要在于根據(jù)溶氧值對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，以此控制氧氣含量。

b.PLC2控制子站。PLC2控制子站主要控制混凝沉淀池、二沉池以及臭氧氧化池和污泥濃縮池。另外濾布濾池以及消毒設(shè)備間也受到PLC2子站的控制。在每座二沉池以及混凝沉淀池中都設(shè)置一臺(tái)刮泥機(jī)以及兩臺(tái)回流泵。將一臺(tái)濃縮機(jī)設(shè)置在污泥濃縮池中。根據(jù)污泥池水位PLC對(duì)污泥提升泵的的啟停予以控制，同時(shí)控制污泥脫水機(jī)。污泥脫水間內(nèi)設(shè)帶式壓濾機(jī)1臺(tái)、加藥泵2臺(tái)、清洗泵1臺(tái)、空壓機(jī)1臺(tái)、螺旋輸送機(jī)2臺(tái)。壓濾機(jī)由自帶的小型PLC控制器控制，主要控制脫水機(jī)、螺旋輸送機(jī)、清洗泵、空壓機(jī)以及加藥泵。并與變配電所控制終端PLC1相互交換信息

控制系統(tǒng)采用2臺(tái)上位機(jī)作為主站監(jiān)控設(shè)備，上位機(jī)通過以太網(wǎng)通信協(xié)議連接PLC主機(jī)控制器，通訊交換工藝參數(shù)數(shù)據(jù)；對(duì)應(yīng)連接變頻器和其他現(xiàn)場(chǎng)需要控制的設(shè)備（粗格柵、細(xì)格柵、調(diào)節(jié)池等）。

1.2 工作過程

在手動(dòng)狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制是根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來控制，無邏輯控制，即可不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行控制。在自動(dòng)方式下進(jìn)行閉環(huán)控制，其工作過程如下。

（1）接通電源，啟動(dòng)自動(dòng)控制方式，啟動(dòng)潛水?dāng)嚢杵骱凸文鄼C(jī)。（2）運(yùn)行粗、細(xì)格柵機(jī)，進(jìn)行間歇運(yùn)行，即運(yùn)行一段時(shí)間然后停止一段時(shí)間，循環(huán)進(jìn)行。（3）根據(jù)反饋回來的液位差控制清污機(jī)的運(yùn)行與停止。（4）進(jìn)水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低進(jìn)行運(yùn)行、停止及運(yùn)行數(shù)量的控制。（5）轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng)PLC運(yùn)算后進(jìn)行控制，同時(shí)控制分離機(jī)的運(yùn)行與停止。（6）污泥回流泵的運(yùn)行與停止根據(jù)液面的高低進(jìn)行控制。（7）在污泥脫水系統(tǒng)中，離心式脫水機(jī)的啟動(dòng)采用順序控制方式，依次啟動(dòng)其設(shè)備。

1.3 關(guān)鍵控制設(shè)備分析

1.3.1 控制主機(jī)

系統(tǒng)選擇國(guó)電南瑞的新一代PLC產(chǎn)品——MB40智能可編程邏輯控制器作為控制主機(jī)。

1.3.2 變頻器

該系統(tǒng)選用的變頻器是abb公司的ACS510系列，具有多個(gè)繼電器輸出，它是一種風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。abb公司的ACS510系列結(jié)構(gòu)緊湊，體積小；便于安裝；調(diào)試可以按照說明書進(jìn)行；具有多種通訊選件；能夠輸入很高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；磁通電流控制控制功能保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有很高的控制品質(zhì)，即使是在負(fù)載出現(xiàn)變化時(shí)也是這樣；旁路功能可以在保證安全操作的條件下，快速地將電動(dòng)機(jī)切換為由電源直接供電；“睡眠”運(yùn)行方式可以最大限度地節(jié)約能源；作為水泵的驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，可以對(duì)無載空轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；可以選擇3組驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，使變頻器能夠在條件不同的3種驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)下工作。

2 軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在控制過程中會(huì)產(chǎn)生不同的要求，根據(jù)這些要求系統(tǒng)控制主要被分為了自動(dòng)運(yùn)行以及手動(dòng)控制兩大模式。值得一提的是，手動(dòng)控制模式中可以通過單獨(dú)運(yùn)行某一設(shè)備對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。

2.1 自動(dòng)模式

在該模式下，系統(tǒng)通電后進(jìn)行啟動(dòng)便可以運(yùn)行。其工作過程是PLC根據(jù)傳感器反饋信息進(jìn)行分析后進(jìn)行的運(yùn)行命令的下達(dá)。

2.2 手動(dòng)模式

該模式下，每個(gè)設(shè)備都能夠進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)試運(yùn)行，主要通過不同的按鈕對(duì)不同的設(shè)備進(jìn)行控制，而一些改變運(yùn)行速率的設(shè)備可以通過變頻器的頻率大小進(jìn)行控制，從而對(duì)調(diào)試性能進(jìn)行檢測(cè)。

3 應(yīng)用變頻器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

系統(tǒng)應(yīng)用變頻器后性能有了極大的改善主要變現(xiàn)在：

（1）系統(tǒng)的自動(dòng)化有所提高，變頻器的應(yīng)用增加了工廠技術(shù)的先進(jìn)性，通過自動(dòng)化的通訊以及PLC、組態(tài)軟件等技術(shù)的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。（2）提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。首先系統(tǒng)自動(dòng)化平臺(tái)的建立應(yīng)用了國(guó)際領(lǐng)先的自動(dòng)化產(chǎn)品，經(jīng)過嚴(yán)密的測(cè)試以及實(shí)驗(yàn)，其應(yīng)用于控制系統(tǒng)中具有絕對(duì)的可靠性。（3）簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)并提高了自動(dòng)化程度。全場(chǎng)的中心控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器后，結(jié)合全中文的上位機(jī)設(shè)計(jì)截面，使得操作員能夠通過簡(jiǎn)單的指令操作對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，提高了自動(dòng)化程度，降低了系統(tǒng)的人工操作出錯(cuò)率，同時(shí)也減少了系統(tǒng)維護(hù)的工作量。（3）系統(tǒng)開放性予以增加。通過現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，系統(tǒng)應(yīng)用了國(guó)際通用的開放協(xié)議，因此I/O余量在各站都有所提高，方便了后期繼續(xù)擴(kuò)展以及改造系統(tǒng)。（4）有效提高了系統(tǒng)的安全性。由于變頻器的加入使得系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的保護(hù)系統(tǒng)予以完善，能夠有效防止一些意外事故的發(fā)生以及人員操作失誤引發(fā)的事故。（5）有效節(jié)能。系統(tǒng)能耗過高時(shí)現(xiàn)代污水處理系統(tǒng)中的技術(shù)難點(diǎn)，通過變頻器的應(yīng)用能夠?qū)ο到y(tǒng)實(shí)行分級(jí)控制，同傳統(tǒng)的系統(tǒng)操作相比，該運(yùn)行模式下的系統(tǒng)不但穩(wěn)定性安全性更好，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)快速的操作切換。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用了變頻器的污水處理控制系統(tǒng)，具有更高的自動(dòng)化并且安全性以及穩(wěn)定性都大大提升，自動(dòng)化程度的加深也使得系統(tǒng)開放性以及方便性得以提高，并且，相對(duì)比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，節(jié)能性更加突出。無論從控制運(yùn)行狀態(tài)還是數(shù)據(jù)的采集處理上，該系統(tǒng)都展現(xiàn)除了良好的性能。此外，程序開發(fā)后，系統(tǒng)幾乎不需要維護(hù)，并且變頻器同其他設(shè)備之間的連接狀態(tài)良好。應(yīng)用了變頻器的污水自動(dòng)處理系統(tǒng)中，在投入更低的前提下，使得水質(zhì)達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，有效提高了污水處理效率。

參考文獻(xiàn)

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