摘要：本文主要講述污水處理的中水回用的控制技術(shù)改造，采用AB公司的變頻器、上位機(jī)控制軟件RSView32 和PLC施耐德CPU65150。在使用過程中不斷對控制系統(tǒng)優(yōu)化，提高了設(shè)備運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

　　關(guān)鍵詞：中水回用、技術(shù)改造、變頻器、PLC施耐德、節(jié)能減排

　　一、前言

　　1.中水系統(tǒng)控制現(xiàn)狀和優(yōu)化意義

　　污水處理企業(yè)的現(xiàn)代化主要表現(xiàn)在自動(dòng)化監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度方面。然而自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到中水回用，有著越來越重要的意義�，F(xiàn)時(shí)我們廠的中水已廣泛應(yīng)用在綠化、濾池反沖洗、藥劑配制、粗細(xì)格柵沖洗、生化池的清潔及部分構(gòu)筑物的洗手間用水等。因此，實(shí)現(xiàn)中水回用系統(tǒng)的自動(dòng)控制，已逐漸成為污水企業(yè)節(jié)能減排重要環(huán)節(jié)。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的中水供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備(如水泵)，在對原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是一個(gè)供水系統(tǒng)的技術(shù)改造，根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，很好地利用了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢。有效的節(jié)省了資金同時(shí)，充分體現(xiàn)節(jié)能降耗的效益。

　　二、中水系統(tǒng)控制改造內(nèi)容

　　1.前階段中水系統(tǒng)控制概述

　　我們廠使用的兩臺潛水污水泵作為中水供水，一供一備,潛水泵的參數(shù)為：額定功率15千瓦，額定電流32安培，流量60立方米/小時(shí)，轉(zhuǎn)速1476轉(zhuǎn)/分鐘。在現(xiàn)場電源控制箱直接啟動(dòng)，實(shí)行全速連續(xù)運(yùn)行的方式。這種恒速泵供水系統(tǒng)弊端明顯，供水壓力不能調(diào)節(jié)，用水量的變化造成管道壓力大幅度變化，壓力大時(shí)造成管路損壞，管道閥門容易磨損。由于工藝的原因，每次濾池到反沖洗的程序時(shí)，出水流量的不穩(wěn)定，直接影響中水泵的供水，因此潛水泵起動(dòng)頻繁，由于水錘效應(yīng)的影響，水泵容易損壞，維修費(fèi)用高，電能損耗也大。系統(tǒng)使用不方便，工作可靠性能低，維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)。

　　2.現(xiàn)階段中水系統(tǒng)控制介紹

　　變頻恒壓供水系統(tǒng)原理，它主要是由變頻器、PLC、PID調(diào)節(jié)器、TC時(shí)間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動(dòng)力控制線路以及2臺水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上;根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時(shí)系統(tǒng)配備的時(shí)間控制器和PID控制器，使其具有定時(shí)換泵運(yùn)行功能(即鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn))，合理均衡兩臺泵的運(yùn)行時(shí)間。此外，系統(tǒng)還設(shè)有低水位浮球、超聲波液位保護(hù)等多種保護(hù)功能，尤其是出水水質(zhì)保證功能，充分保證了水泵的及時(shí)維修、系統(tǒng)的正常供水，確保了中水供水水質(zhì)。

　　3.系統(tǒng)設(shè)備的選型

　　1)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速和制動(dòng)的特性，我們采用ABB公司ABBACS550-01-038A-4 變頻器。此類變頻器具有大的優(yōu)點(diǎn)就是在全功率范圍內(nèi)統(tǒng)一使用了相同的控制技術(shù)，例如啟動(dòng)向?qū)�，自定義編程，DTC控制，通用備件，通用的接口技術(shù)，以及用于選型、調(diào)試和維護(hù)的通用軟件工具。內(nèi)含啟動(dòng)引導(dǎo)程序，令您調(diào)試易如反掌;自定義編程：內(nèi)置可編程模塊，猶如PLC令您發(fā)揮自如;體積小巧：內(nèi)置濾波器，斬波器及電抗器、性能卓越。

　　2)PLC控制系統(tǒng)

　　我們中控已有WINGOWS XP環(huán)境的SCADA系統(tǒng)，上位機(jī)控制軟件采用AB公司的RSView32。由于中水系統(tǒng)有一供一備中水泵，使用PLC的備用點(diǎn)完全能滿足控制要求。各PLC站均采用施耐德CPU65150，此類PLC具有功能完善、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，平均故障時(shí)間為幾十萬小時(shí)、維護(hù)工作量少等特點(diǎn)。

　　PID控制就是比例積分微分控制而自動(dòng)控制學(xué)里PID控制是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，恒壓供水控制實(shí)質(zhì)就是閉環(huán)控制。其目的就是確保在一個(gè)恒定的壓力下滿足用戶不同的用水量變化，而這個(gè)調(diào)節(jié)量是通過調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速(頻率)來進(jìn)行的，變頻器轉(zhuǎn)速(頻率)可以由外進(jìn)行控制也可以由自己自身進(jìn)行控制。在PLC機(jī)型里，PID的控制是由PLC完成的，中水管網(wǎng)的壓力通過PLC處理，PLC把設(shè)定的壓力與管網(wǎng)反饋的壓力比較進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果傳遞給變頻器來控制變頻器的加速或減速，從而達(dá)到維持中水管網(wǎng)壓力的目的。

　　(1) 本系統(tǒng)的控制要求：

　　1)系統(tǒng)要求用戶能夠的直觀了解現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)、水位的變化及中水水質(zhì);

　　2)要求用戶能夠遠(yuǎn)程控制變頻器的啟動(dòng)和停止;

　　3)用戶可自行設(shè)置水位的高低，以控制變頻器的起停;

　　4)變頻器及其他設(shè)備的故障信息能夠及時(shí)反映在遠(yuǎn)程PLC上;

　　5)具有水位過高、過低報(bào)警和提示用戶，并停機(jī)保護(hù)功能;

　　(2)運(yùn)行方式

　　該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)/遠(yuǎn)程兩種運(yùn)行方式：

　　1)手動(dòng)運(yùn)行

　　按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#-2#泵的啟停。該方式主要供檢修，變頻器、自控系統(tǒng)故障時(shí)用。但若出水水質(zhì)某一個(gè)指標(biāo)超標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)是不能啟動(dòng)中水泵，這樣可以使用手動(dòng)方式控制。

　　2)自動(dòng)/遠(yuǎn)程運(yùn)行

　　合上自動(dòng)開關(guān)后，1#泵電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率不斷上升，直到全頻，頻率的最大值也可根據(jù)實(shí)際情況在變頻器上設(shè)定;如用水量減小，從先啟的泵開始減，同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，也可在變頻器上設(shè)定頻率的最小值，避免由于泵的揚(yáng)程問題，影響供水的穩(wěn)定。若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī);待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式啟動(dòng)1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對中水泵軟起動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。

　　(3) 本系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu):

　　本系統(tǒng)中，對電機(jī)采用一臺變頻器來進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)控制。采用PLC輸出的模擬量信號作為變頻器的控制端輸入信號，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速大小，并且向PLC反饋?zhàn)陨淼墓ぷ鳡顟B(tài)信號，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能夠向PLC發(fā)出報(bào)警信號。由于變頻調(diào)速是通過改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率以改變同步轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，故在調(diào)速過程中從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差功率，因此具有高效率、寬范圍、高精度的調(diào)速性能。

　　(4) 故障保護(hù)控制系統(tǒng)

　　當(dāng)出現(xiàn)中水泵缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓、水質(zhì)超標(biāo)等情況時(shí)，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報(bào)警信號;特別是當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、水質(zhì)超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)停機(jī)，并發(fā)出聲響報(bào)警信號，通知值班人員前來處理。

　　為了使水泵進(jìn)行輪休，系統(tǒng)還設(shè)有軟件備用功能(鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn))，工作泵運(yùn)行到一定累計(jì)時(shí)間，會(huì)作出提示信號，請求工作泵與備用泵需要周期定時(shí)切換，周期間隔由時(shí)間控制器設(shè)定：1小時(shí)每次～96小時(shí)每次連續(xù)可調(diào)。

　　三、結(jié)束語

　　在中水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或加減泵，使中水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水，并使系統(tǒng)處于可靠運(yùn)行的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水;確保各泵平均使用，有效延長了設(shè)備的使用壽命;壓力閉環(huán)控制，系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的壓力保持給定，大大提高了供水品質(zhì);在系統(tǒng)軟件上設(shè)置了各種保護(hù)，確保了中水供水水質(zhì)。目前該系統(tǒng)已投入使用一年，效果明顯。維護(hù)工作量小，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。通過對中水系統(tǒng)的成功改造，我們也將此控制方式應(yīng)用到污水進(jìn)水的提升泵上。

　　參考文獻(xiàn)：

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