污水處理控制系統(tǒng)中變頻器的應用分析

李川 張漢 張勝男

摘 要：中國經(jīng)濟的發(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監(jiān)控系統(tǒng)。文章主要對污水處理廠中變頻器的應用進行了探討，根據(jù)實際的應用可以看出，在自動控制系統(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，并有效保護了設備，節(jié)約了能源。

關鍵詞：污水處理；PLC；變頻器

1 控制系統(tǒng)概述

1.1 總方案

污水處理自動化系統(tǒng)主要采用的是計算機控制集散型系統(tǒng)，由PLC以及相關儀表共同組成，通過監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)即控制站對整個污水處理流程予以控制和調度。并適當建立分控站，分控站通過現(xiàn)場總線與總控制室進行通訊。現(xiàn)場儀表同控制站之間則通過開放總線同控制站予以連接。對儀表安裝設計時可以采用下述方案：

（1）將重心控制室設置在廠內綜合樓中，設兩套監(jiān)控管理設備，對處理整體過程進行管理和檢測，并配置了鍵盤、打印機以及顯示器，同時保證監(jiān)控計算機具有不間斷電源。污水處理廠在進行污水處理過程中所使用的工藝參數(shù)以及處理過程中產生的電氣參數(shù)和設備信息主要通過通訊網(wǎng)絡傳輸至上位機。上位機系統(tǒng)通過對這些數(shù)據(jù)的處理、貯存做出相關工藝參數(shù)曲線圖，并通過鍵盤輸入，對系統(tǒng)進行在線修改、控制以及功能組態(tài)，實現(xiàn)對下位機的命令下達。

（2）控制子站。依據(jù)現(xiàn)場使用的工藝特點，結合現(xiàn)場控制點以及建筑分布狀況，對PLC控制子站進行現(xiàn)場設置。現(xiàn)場控制子站采用的結構形式為模塊化結構，能夠更加靈活的配置硬件，更加方便的進行軟件編程。

a.PLC1控制子站。該控制子站主要負責初沉池、粗細格柵以及調節(jié)池和A/O池的數(shù)據(jù)采集以及設備控制。將粗格柵設置在集水池中，將細格柵設置在進水渠內。按照時間間隔使用PLC對機械柵耙進行控制，對柵渣進行清除。潛水泵設置一臺應用泵一臺備用泵，被設置在集水池和調節(jié)池中，以水泵的運行時間為依據(jù)，對其進行運行轉換，保證兩臺水泵運行時間相等。PLC對風機房的控制主要在于根據(jù)溶氧值對風機轉速進行調整，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置一臺刮泥機以及兩臺回流泵。將一臺濃縮機設置在污泥濃縮池中。根據(jù)污泥池水位PLC對污泥提升泵的的啟停予以控制，同時控制污泥脫水機。污泥脫水間內設帶式壓濾機1臺、加藥泵2臺、清洗泵1臺、空壓機1臺、螺旋輸送機2臺。壓濾機由自帶的小型PLC控制器控制，主要控制脫水機、螺旋輸送機、清洗泵、空壓機以及加藥泵。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臺上位機作為主站監(jiān)控設備，上位機通過以太網(wǎng)通信協(xié)議連接PLC主機控制器，通訊交換工藝參數(shù)數(shù)據(jù)；對應連接變頻器和其他現(xiàn)場需要控制的設備（粗格柵、細格柵、調節(jié)池等）。

1.2 工作過程

在手動狀態(tài)下，各類設備的控制是根據(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)進行控制。在自動方式下進行閉環(huán)控制，其工作過程如下。

（1）接通電源，啟動自動控制方式，啟動潛水攪拌器和刮泥機。（2）運行粗、細格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環(huán)進行。（3）根據(jù)反饋回來的液位差控制清污機的運行與停止。（4）進水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低進行運行、停止及運行數(shù)量的控制。（5）轉碟曝氣機根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng)PLC運算后進行控制，同時控制分離機的運行與停止。（6）污泥回流泵的運行與停止根據(jù)液面的高低進行控制。（7）在污泥脫水系統(tǒng)中，離心式脫水機的啟動采用順序控制方式，依次啟動其設備。

1.3 關鍵控制設備分析

1.3.1 控制主機

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

1.3.2 變頻器

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

2 軟件的設計

系統(tǒng)在控制過程中會產生不同的要求，根據(jù)這些要求系統(tǒng)控制主要被分為了自動運行以及手動控制兩大模式。值得一提的是，手動控制模式中可以通過單獨運行某一設備對其性能進行測試。

2.1 自動模式

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

2.2 手動模式

該模式下，每個設備都能夠進行單獨的調試運行，主要通過不同的按鈕對不同的設備進行控制，而一些改變運行速率的設備可以通過變頻器的頻率大小進行控制，從而對調試性能進行檢測。

3 應用變頻器系統(tǒng)的優(yōu)勢

系統(tǒng)應用變頻器后性能有了極大的改善主要變現(xiàn)在：

（1）系統(tǒng)的自動化有所提高，變頻器的應用增加了工廠技術的先進性，通過自動化的通訊以及PLC、組態(tài)軟件等技術的應用提高了系統(tǒng)的自動化程度。（2）提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。首先系統(tǒng)自動化平臺的建立應用了國際領先的自動化產品，經(jīng)過嚴密的測試以及實驗，其應用于控制系統(tǒng)中具有絕對的可靠性。（3）簡化了控制系統(tǒng)并提高了自動化程度。全場的中心控制系統(tǒng)應用變頻器后，結合全中文的上位機設計截面，使得操作員能夠通過簡單的指令操作對系統(tǒng)進行控制，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提下，提高了自動化程度，降低了系統(tǒng)的人工操作出錯率，同時也減少了系統(tǒng)維護的工作量。（3）系統(tǒng)開放性予以增加。通過現(xiàn)場總線的應用，系統(tǒng)應用了國際通用的開放協(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)相關設備的保護系統(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)能耗過高時現(xiàn)代污水處理系統(tǒng)中的技術難點，通過變頻器的應用能夠對系統(tǒng)實行分級控制，同傳統(tǒng)的系統(tǒng)操作相比，該運行模式下的系統(tǒng)不但穩(wěn)定性安全性更好，同時還能夠實現(xiàn)快速的操作切換。

4 結束語

應用了變頻器的污水處理控制系統(tǒng)，具有更高的自動化并且安全性以及穩(wěn)定性都大大提升，自動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，相對比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，節(jié)能性更加突出。無論從控制運行狀態(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，并且變頻器同其他設備之間的連接狀態(tài)良好。應用了變頻器的污水自動處理系統(tǒng)中，在投入更低的前提下，使得水質達到環(huán)保標準，有效提高了污水處理效率。

參考文獻

[1]袁艷梅，息海濤.PLC在污水處理系統(tǒng)中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2012年04期.

[2]金文兵.由組態(tài)軟件、智能儀表及PLC等組成的工業(yè)控制系統(tǒng)[J].電力自動化設備，2005年06期.

[3]王棟，李小路.變頻器在污水處理自動控制系統(tǒng)中的應用[J].污染防治技術，2012年04期.