污水處理控制系統中變頻器的應用分析

李川 張漢 張勝男

摘 要：中國經濟的發展帶來了很多環境問題，其中污水排放量的增加便是其中之一，為了保證環境不被破壞，所有排放的污水都必須經過處理，因此各地開始完善污水檢測監控系統。文章主要對污水處理廠中變頻器的應用進行了探討，根據實際的應用可以看出，在自動控制系統中加入變頻器，系統穩定性以及安全性都有了很大的提高，并有效保護了設備，節約了能源。

關鍵詞：污水處理；PLC；變頻器

1 控制系統概述

1.1 總方案

污水處理自動化系統主要采用的是計算機控制集散型系統，由PLC以及相關儀表共同組成，通過監測監控系統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，分控站通過現場總線與總控制室進行通訊。現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以及處理過程中產生的電氣參數和設備信息主要通過通訊網絡傳輸至上位機。上位機系統通過對這些數據的處理、貯存做出相關工藝參數曲線圖，并通過鍵盤輸入，對系統進行在線修改、控制以及功能組態，實現對下位機的命令下達。

（2）控制子站。依據現場使用的工藝特點，結合現場控制點以及建筑分布狀況，對PLC控制子站進行現場設置。現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、粗細格柵以及調節池和A/O池的數據采集以及設備控制。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池中，以水泵的運行時間為依據，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

控制系統采用2臺上位機作為主站監控設備，上位機通過以太網通信協議連接PLC主機控制器，通訊交換工藝參數數據；對應連接變頻器和其他現場需要控制的設備（粗格柵、細格柵、調節池等）。

1.2 工作過程

在手動狀態下，各類設備的控制是根據操作面板上的按鈕輸入來控制，無邏輯控制，即可不根據傳感器的狀態進行控制。在自動方式下進行閉環控制，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，循環進行。（3）根據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液面高低進行運行、停止及運行數量的控制。（5）轉碟曝氣機根據溶解氧儀反饋的模擬量經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液面的高低進行控制。（7）在污泥脫水系統中，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，尤其是適用于工業部門的水泵和風機。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具有很高的控制品質，即使是在負載出現變化時也是這樣；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約能源；作為水泵的驅動裝置時，可以對無載空轉狀態進行檢測；可以選擇3組驅動數據，使變頻器能夠在條件不同的3種驅動數據下工作。

2 軟件的設計

系統在控制過程中會產生不同的要求，根據這些要求系統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，系統通電后進行啟動便可以運行。其工作過程是PLC根據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 應用變頻器系統的優勢

系統應用變頻器后性能有了極大的改善主要變現在：

（1）系統的自動化有所提高，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、組態軟件等技術的應用提高了系統的自動化程度。（2）提高了系統的穩定性。首先系統自動化平臺的建立應用了國際領先的自動化產品，經過嚴密的測試以及實驗，其應用于控制系統中具有絕對的可靠性。（3）簡化了控制系統并提高了自動化程度。全場的中心控制系統應用變頻器后，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進行控制，在系統穩定運行的前提下，提高了自動化程度，降低了系統的人工操作出錯率，同時也減少了系統維護的工作量。（3）系統開放性予以增加。通過現場總線的應用，系統應用了國際通用的開放協議，因此I/O余量在各站都有所提高，方便了后期繼續擴展以及改造系統。（4）有效提高了系統的安全性。由于變頻器的加入使得系統相關設備的保護系統予以完善，能夠有效防止一些意外事故的發生以及人員操作失誤引發的事故。（5）有效節能。系統能耗過高時現代污水處理系統中的技術難點，通過變頻器的應用能夠對系統實行分級控制，同傳統的系統操作相比，該運行模式下的系統不但穩定性安全性更好，同時還能夠實現快速的操作切換。

4 結束語

應用了變頻器的污水處理控制系統，具有更高的自動化并且安全性以及穩定性都大大提升，自動化程度的加深也使得系統開放性以及方便性得以提高，并且，相對比傳統的控制系統，節能性更加突出。無論從控制運行狀態還是數據的采集處理上，該系統都展現除了良好的性能。此外，程序開發后，系統幾乎不需要維護，并且變頻器同其他設備之間的連接狀態良好。應用了變頻器的污水自動處理系統中，在投入更低的前提下，使得水質達到環保標準，有效提高了污水處理效率。

參考文獻

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

[2]金文兵.由組態軟件、智能儀表及PLC等組成的工業控制系統[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中的應用[J].污染防治技術，2012年04期.