污水处理控制系统中变频器的应用分析

李川 张汉 张胜男

摘 要：中国经济的发展带来了很多环境问题，其中污水排放量的增加便是其中之一，为了保证环境不被破坏，所有排放的污水都必须经过处理，因此各地开始完善污水检测监控系统。文章主要对污水处理厂中变频器的应用进行了探讨，根据实际的应用可以看出，在自动控制系统中加入变频器，系统稳定性以及安全性都有了很大的提高，并有效保护了设备，节约了能源。

关键词：污水处理；PLC；变频器

1 控制系统概述

1.1 总方案

污水处理自动化系统主要采用的是计算机控制集散型系统，由PLC以及相关仪表共同组成，通过监测监控系统即控制站对整个污水处理流程予以控制和调度。并适当建立分控站，分控站通过现场总线与总控制室进行通讯。现场仪表同控制站之间则通过开放总线同控制站予以连接。对仪表安装设计时可以采用下述方案：

（1）将重心控制室设置在厂内综合楼中，设两套监控管理设备，对处理整体过程进行管理和检测，并配置了键盘、打印机以及显示器，同时保证监控计算机具有不间断电源。污水处理厂在进行污水处理过程中所使用的工艺参数以及处理过程中产生的电气参数和设备信息主要通过通讯网络传输至上位机。上位机系统通过对这些数据的处理、贮存做出相关工艺参数曲线图，并通过键盘输入，对系统进行在线修改、控制以及功能组态，实现对下位机的命令下达。

（2）控制子站。依据现场使用的工艺特点，结合现场控制点以及建筑分布状况，对PLC控制子站进行现场设置。现场控制子站采用的结构形式为模块化结构，能够更加灵活的配置硬件，更加方便的进行软件编程。

a.PLC1控制子站。该控制子站主要负责初沉池、粗细格栅以及调节池和A/O池的数据采集以及设备控制。将粗格栅设置在集水池中，将细格栅设置在进水渠内。按照时间间隔使用PLC对机械栅耙进行控制，对栅渣进行清除。潜水泵设置一台应用泵一台备用泵，被设置在集水池和调节池中，以水泵的运行时间为依据，对其进行运行转换，保证两台水泵运行时间相等。PLC对风机房的控制主要在于根据溶氧值对风机转速进行调整，以此控制氧气含量。

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浓缩池。另外滤布滤池以及消毒设备间也受到PLC2子站的控制。在每座二沉池以及混凝沉淀池中都设置一台刮泥机以及两台回流泵。将一台浓缩机设置在污泥浓缩池中。根据污泥池水位PLC对污泥提升泵的的启停予以控制，同时控制污泥脱水机。污泥脱水间内设带式压滤机1台、加药泵2台、清洗泵1台、空压机1台、螺旋输送机2台。压滤机由自带的小型PLC控制器控制，主要控制脱水机、螺旋输送机、清洗泵、空压机以及加药泵。并与变配电所控制终端PLC1相互交换信息

控制系统采用2台上位机作为主站监控设备，上位机通过以太网通信协议连接PLC主机控制器，通讯交换工艺参数数据；对应连接变频器和其他现场需要控制的设备（粗格栅、细格栅、调节池等）。

1.2 工作过程

在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板上的按钮输入来控制，无逻辑控制，即可不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下进行闭环控制，其工作过程如下。

（1）接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。（2）运行粗、细格栅机，进行间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环进行。（3）根据反馈回来的液位差控制清污机的运行与停止。（4）进水泵房中的潜水泵根据液面高低进行运行、停止及运行数量的控制。（5）转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后进行控制，同时控制分离机的运行与停止。（6）污泥回流泵的运行与停止根据液面的高低进行控制。（7）在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。

1.3 关键控制设备分析

1.3.1 控制主机

系统选择国电南瑞的新一代PLC產品——MB40智能可编程逻辑控制器作为控制主机。

1.3.2 变频器

该系统选用的变频器是abb公司的ACS510系列，具有多个继电器输出，它是一种风机水泵负载专用变频器，能适用于各种变速驱动系统，尤其是适用于工业部门的水泵和风机。abb公司的ACS510系列结构紧凑，体积小；便于安装；调试可以按照说明书进行；具有多种通讯选件；能够输入很高的起动转矩；磁通电流控制控制功能保证驱动系统具有很高的控制品质，即使是在负载出现变化时也是这样；旁路功能可以在保证安全操作的条件下，快速地将电动机切换为由电源直接供电；“睡眠”运行方式可以最大限度地节约能源；作为水泵的驱动装置时，可以对无载空转状态进行检测；可以选择3组驱动数据，使变频器能够在条件不同的3种驱动数据下工作。

2 软件的设计

系统在控制过程中会产生不同的要求，根据这些要求系统控制主要被分为了自动运行以及手动控制两大模式。值得一提的是，手动控制模式中可以通过单独运行某一设备对其性能进行测试。

2.1 自动模式

在该模式下，系统通电后进行启动便可以运行。其工作过程是PLC根据传感器反馈信息进行分析后进行的运行命令的下达。

2.2 手动模式

该模式下，每个设备都能够进行单独的调试运行，主要通过不同的按钮对不同的设备进行控制，而一些改变运行速率的设备可以通过变频器的频率大小进行控制，从而对调试性能进行检测。

3 应用变频器系统的优势

系统应用变频器后性能有了极大的改善主要变现在：

（1）系统的自动化有所提高，变频器的应用增加了工厂技术的先进性，通过自动化的通讯以及PLC、组态软件等技术的应用提高了系统的自动化程度。（2）提高了系统的稳定性。首先系统自动化平台的建立应用了国际领先的自动化产品，经过严密的测试以及实验，其应用于控制系统中具有绝对的可靠性。（3）简化了控制系统并提高了自动化程度。全场的中心控制系统应用变频器后，结合全中文的上位机设计截面，使得操作员能够通过简单的指令操作对系统进行控制，在系统稳定运行的前提下，提高了自动化程度，降低了系统的人工操作出错率，同时也减少了系统维护的工作量。（3）系统开放性予以增加。通过现场总线的应用，系统应用了国际通用的开放协议，因此I/O余量在各站都有所提高，方便了后期继续扩展以及改造系统。（4）有效提高了系统的安全性。由于变频器的加入使得系统相关设备的保护系统予以完善，能够有效防止一些意外事故的发生以及人员操作失误引发的事故。（5）有效节能。系统能耗过高时现代污水处理系统中的技术难点，通过变频器的应用能够对系统实行分级控制，同传统的系统操作相比，该运行模式下的系统不但稳定性安全性更好，同时还能够实现快速的操作切换。

4 结束语

应用了变频器的污水处理控制系统，具有更高的自动化并且安全性以及稳定性都大大提升，自动化程度的加深也使得系统开放性以及方便性得以提高，并且，相对比传统的控制系统，节能性更加突出。无论从控制运行状态还是数据的采集处理上，该系统都展现除了良好的性能。此外，程序开发后，系统几乎不需要维护，并且变频器同其他设备之间的连接状态良好。应用了变频器的污水自动处理系统中，在投入更低的前提下，使得水质达到环保标准，有效提高了污水处理效率。

参考文献

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[3]王栋，李小路.变频器在污水处理自动控制系统中的应用[J].污染防治技术，2012年04期.