探討廢水處理PLC及變頻調速技術

黎界鋒

（廣州東芝白云自動化系統有限公司廣東 廣州 510000）

探討廢水處理PLC及變頻調速技術

黎界鋒

（廣州東芝白云自動化系統有限公司廣東 廣州 510000）

在我國，水資源短缺一直是一項重要的民生問題，因此實現對污水的處理實現其循環使用可以減少水資源浪費還能實現水源的節約。這里通過對PLC及變頻調速技術的基本知識進行介紹，分析了其在廢水處理中的實際應用情況，并通過對污水處理具體環節和控制單元進行分析，說明PLC及變頻調速技術應用在廢水處理中所體現出的優勢。

PLC；變頻調速；廢水處理

1 前言

經濟發展，人們生活水平提高，隨之增強的便是人們的節水意識。水資源短缺與廢水處理問題成為人們關注的重點話題。如何改進廢水處理工藝，提高廢水處理效率已變得越來越重要，將可靠的PLC控制技術與一些現代化的組態軟件進行結合實現廢水處理過程的自動化控制，又可以有效的提高廢水轉化效率，提高廢水的循環利用率。隨著人們生活節奏加快，城市化程度的加深，人的活動對廢水量的變化起著決定性的作用，每天廢水處理量的變化也是無法估計的，在廢水處理系統中應用變頻調速技術，便可以有效控制設備的準確度，減小廢水處理設備在廢水處理過程的啟停周期，從而保證廢水處理設備的使用壽命得以延長，而且變頻調速技術的使用還能解決廢水處理系統實際處理量與設計之初的預測量之間存在的偏差，從而保證廢水處理工藝流程滿足廢水處理要求。

2 PLC基本工作原理及變頻器的類型

PLC的許多優點都與計算機相似，但是在具體應用中其工作方式卻表現出了一些不同。計算機所采用的工作方式一般是等待命令。例如在進行常見的鍵盤掃描和UO掃描時，只有當具體的操作像鍵盤被按下或UO動作被執行才能觸發相應的程序，否則計算機不會做出反應。PLC所采用的工作方式屬于循環掃描，也就是說在進行PLC運作時，既定的應用程序首先要按照執行順序存入CPU，然后在PLC開始運作后會按照既定的程序逐一執行，直到遇到結束符后重新返回第一條程序如此循環作業。PLC的這種工作方式主要是由系統控制，按照一定順序對各輸入點的狀態進行掃描，之后程序本身對掃描的數據進行處理，然后再按輸入的順序向輸出點發出對應的控制信號。這一過程主要包括自診斷、編程器間通信、采集數據輸入、既定程序執行以及數據輸出刷新五個階段。

變頻器的類型分為多種，根據電能轉換的情況的不同變頻器可分為交流-交流與交流-直流-交流兩種。其中，交流-直流-交流變頻器主要應用于中小型異步電動機變頻調速電源，與交流-交流變頻器不同，它不能直接將工頻電源轉變成工作所需頻率的交流電，而是間接地先進行工頻交流電向直流的轉變，然后在逆變器的作用下在將轉變的直流電變成所需頻率的交流電。廢水處理體系中變頻調速裝置所采用的變頻器主要為交流-交流模式。

3 變頻調速的優點

變頻器具有以下的特點：變頻器有過電流保護，過載保護，過熱及短路保護，并且對電機具有過載超速，防止失速過電流。急加速時，如果電機跟蹤不好，則過電流保護電路動作，運轉就不能繼續進行，在負載電流減少之前要進行控制，抑制頻率上升或使頻率下降，防止失速在發生過電壓等的保護功能。隨著科學技術的進步，大功率晶體管電子技術的迅速發展，交流電動機變頻調速技術已廣泛應用。

4 廢水處理的工藝中PLC及變頻調控技術的應用

4.1 工業廢水處理工藝

工業廢水主要包括工業補給水系統中產生的再生廢水、實驗室產生的實驗廢水、工業鍋爐取樣產生的取樣廢水、鍋爐清洗過程產生的清洗廢水以及鍋爐排污水和煤場等地產生的清洗廢水。對于工業廢水的要求就是不對外排放，經酸堿中和的廢水火鍋爐區產生的濁度較低的廢水可以直接循環利用，工業廢水的處理主要流程如圖1所示。

圖1 工業廢水的處理主要流程圖

4.1.1 對加絮凝劑單元和加助凝劑單元分析

本次研究的主要過程涉及的方面是廢水處理工藝中的變頻調速技術應用，將變頻調速技術應用于絮凝劑及助凝劑的添加過程，并通過PLC對其進行程序調控，保證加藥量根據實際的工作變化及時作出調整，PLC的應用充分做到了對不同情況下污水處理工藝的程序化控制，及時反饋，及時對加藥速率進行變頻調控，保證正常的廢水處理，同時減少浪費，實現廢水處理的高效性。

4.1.2 加酸單元和加堿單元

工藝要求決定工業廢水處理的PH值以出口采樣點的檢測值為準，并將該檢測值作為對控制系統的反饋，通過此測量值對接下來工藝中的酸堿施加量進行調整，使得最后的PH檢測數據滿足廢水排放標準。研究系統的廢水排放PH值定在7～8.5，并需要通過兩種不同的PID運算結果檢驗其是否符合達標范圍。對酸堿加藥泵分別實施變頻調速控制及用一個控制變量直接對兩個或兩個以上的操縱變量進行分時分階段控制，這將是一個較為復雜的控制系統。除此之外，在酸堿加藥體系對廢水進行中和調控時，應根據檢測值分別加入酸性藥劑或堿性藥劑，從而避免同時加入造成的藥劑浪費，因此在進行PLC程序編制時應注意酸堿加藥泵的開關時間，保證酸堿加藥泵分時段工作，并根據廢水量的多少實現對酸堿藥劑加入量的變頻調速控制。

4.2 PLC及變頻技術的控制結構

4.2.1 控制系統的硬件組成

實驗系統中主要選擇西門子公司的SIMATICS7-200（S7-1200最新）和SIMATICS7-300（S7-1500最新）系列的PLC可編程控制器作為主要硬件，系統中主站的控制器選擇SIMATICS7-300型的PLC而從站則采用200的PLC，主站和從站之間的數據交換通過PROFIBUSDP來實現。200系列的中央處理器模塊主要是CPU226CN型，該機集成了24位輸入和16位輸出總共四十個I/O數字量點，而且可同時連接7個擴展模塊，最大可以擴展到248路數字量或35路模擬量I/O點，具備PID控制器和13K字節的數據和程序存儲空間，同時還具有兩個RS485通訊/編程口且具有PPI、MPI通訊協議以及自由的通訊能力。主站的中央處理器采用的是CPU315-2DP型，該處理器具備了對中、大規模數據的存儲能力。

4.2.2 控制系統的結構

在不存在初始條件的情況下，通過對描述系統運動的微分方程進行拉氏變換可以得到反饋控制系統的傳遞函數，從而實現系統的反饋調節，對于復雜的系統該調解機制也會相應變得復雜。在實際廢水處理過程中，一般通過對廢水處理系統結構圖的把握，根據原件的傳遞函數直接推導出系統整體的傳遞函數。通過反饋調節，PLC對反饋信號進行處理分析，然后對變頻器進行調節，從而實現對加藥速率的調節。圖2是廢水處理過程加藥控制環節的結構圖。

圖2 廢水處理過程加藥控制環節的結構圖

4.2.3 控制方式

手動控制。廢水處理設備中攪拌器、加藥泵以及其它電氣設備的啟停都是通過控制上柜上的啟停按鈕進行控制的，在這種模式下加藥泵運行過程的加藥量是維持恒定的。就地自動方式。在自動模式下，只需人為控制加藥泵的啟停，后續的調控工作便可由PLC端對變頻器進行調節，從而控制加藥速率。加絮凝劑與助凝劑的單元需要人為介入控制其設備的啟停，而對于酸堿加藥單元的控制則可完全實現PLC的自動化控制。遠程自動控制。控制室內的操作人員可以通過設備與控制器間的的點對點連接方式實現對加藥泵啟停的遠程控制，同時也可以實現對加藥泵等廢水處理設備的監控。GPRS及PLC技術在廢水處理中的應用保證了遠程監控調節的便利性，同時加藥泵變頻調速技術的應用實現了藥物施放的動態調節，提高了廢水處理的效率。3種控制方式可根據具體情況自由選取，可以根據檔位開關的位置決定當前廢水處理系統采取的運行模式。

交流電動機變頻調速技術的性能勝過任何一種交流調速方式，而且結構簡單。在節能及減少維修，提高產量，保證質量等方面都取得了明顯的經濟效益。變頻器調速具有精度高，穩定性好以及噪音小，可連續調速，起動電流小，最高速度不受電源影響。所以變頻調速技術在廢水處理中的使用不僅可以保證在日廢水量出現大幅度變動時，廢水處理廠能夠正常運作，還能保證在廢水處理過程根據不同的日廢水量對廢水處理過程的加藥設備進行調控，保證廢水處理設備正常運作的同時減少不必要的藥品浪費，減少廢水處理設備在運作過程中產生的磨損，節約廢水處理成本。

5 結語

PLC可控編程控制器及變頻調速技術已在電氣控制領域得到了較為廣泛的應用，所以具備一定電氣方面基礎的人只需要經過一定的簡單培訓，便可勝任對相關設備的維護以及操作工作。將PLC及變頻調速技術應用于廢水處理過程的加藥環節，大大減輕了廢水處理廠工作人員的勞動強度，而且變頻式的速率調節也在一定程度上減少了設備的磨損，延長了廢水處理設備的使用壽命，廢水處理廠的電氣自動化程度也因此得到了很大程度的提高。針對于廣州多雨的天氣，生活廢水的處理更是廢水處理廠作業的主體，PLC及變頻調速技術使用使得廢水處理廠處理廢水的能力更具多變性，廢水處理也更加高效。

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