探讨废水处理PLC及变频调速技术

黎界锋

（广州东芝白云自动化系统有限公司广东 广州 510000）

探讨废水处理PLC及变频调速技术

黎界锋

（广州东芝白云自动化系统有限公司广东 广州 510000）

在我国，水资源短缺一直是一项重要的民生问题，因此实现对污水的处理实现其循环使用可以减少水资源浪费还能实现水源的节约。这里通过对PLC及变频调速技术的基本知识进行介绍，分析了其在废水处理中的实际应用情况，并通过对污水处理具体环节和控制单元进行分析，说明PLC及变频调速技术应用在废水处理中所体现出的优势。

PLC；变频调速；废水处理

1 前言

经济发展，人们生活水平提高，随之增强的便是人们的节水意识。水资源短缺与废水处理问题成为人们关注的重点话题。如何改进废水处理工艺，提高废水处理效率已变得越来越重要，将可靠的PLC控制技术与一些现代化的组态软件进行结合实现废水处理过程的自动化控制，又可以有效的提高废水转化效率，提高废水的循环利用率。随着人们生活节奏加快，城市化程度的加深，人的活动对废水量的变化起着决定性的作用，每天废水处理量的变化也是无法估计的，在废水处理系统中应用变频调速技术，便可以有效控制设备的准确度，减小废水处理设备在废水处理过程的启停周期，从而保证废水处理设备的使用寿命得以延长，而且变频调速技术的使用还能解决废水处理系统实际处理量与设计之初的预测量之间存在的偏差，从而保证废水处理工艺流程满足废水处理要求。

2 PLC基本工作原理及变频器的类型

PLC的许多优点都与计算机相似，但是在具体应用中其工作方式却表现出了一些不同。计算机所采用的工作方式一般是等待命令。例如在进行常见的键盘扫描和UO扫描时，只有当具体的操作像键盘被按下或UO动作被执行才能触发相应的程序，否则计算机不会做出反应。PLC所采用的工作方式属于循环扫描，也就是说在进行PLC运作时，既定的应用程序首先要按照执行顺序存入CPU，然后在PLC开始运作后会按照既定的程序逐一执行，直到遇到结束符后重新返回第一条程序如此循环作业。PLC的这种工作方式主要是由系统控制，按照一定顺序对各输入点的状态进行扫描，之后程序本身对扫描的数据进行处理，然后再按输入的顺序向输出点发出对应的控制信号。这一过程主要包括自诊断、编程器间通信、采集数据输入、既定程序执行以及数据输出刷新五个阶段。

变频器的类型分为多种，根据电能转换的情况的不同变频器可分为交流-交流与交流-直流-交流两种。其中，交流-直流-交流变频器主要应用于中小型异步电动机变频调速电源，与交流-交流变频器不同，它不能直接将工频电源转变成工作所需频率的交流电，而是间接地先进行工频交流电向直流的转变，然后在逆变器的作用下在将转变的直流电变成所需频率的交流电。废水处理体系中变频调速装置所采用的变频器主要为交流-交流模式。

3 变频调速的优点

变频器具有以下的特点：变频器有过电流保护，过载保护，过热及短路保护，并且对电机具有过载超速，防止失速过电流。急加速时，如果电机跟踪不好，则过电流保护电路动作，运转就不能继续进行，在负载电流减少之前要进行控制，抑制频率上升或使频率下降，防止失速在发生过电压等的保护功能。随着科学技术的进步，大功率晶体管电子技术的迅速发展，交流电动机变频调速技术已广泛应用。

4 废水处理的工艺中PLC及变频调控技术的应用

4.1 工业废水处理工艺

工业废水主要包括工业补给水系统中产生的再生废水、实验室产生的实验废水、工业锅炉取样产生的取样废水、锅炉清洗过程产生的清洗废水以及锅炉排污水和煤场等地产生的清洗废水。对于工业废水的要求就是不对外排放，经酸碱中和的废水火锅炉区产生的浊度较低的废水可以直接循环利用，工业废水的处理主要流程如图1所示。

图1 工业废水的处理主要流程图

4.1.1 对加絮凝剂单元和加助凝剂单元分析

本次研究的主要过程涉及的方面是废水处理工艺中的变频调速技术应用，将变频调速技术应用于絮凝剂及助凝剂的添加过程，并通过PLC对其进行程序调控，保证加药量根据实际的工作变化及时作出调整，PLC的应用充分做到了对不同情况下污水处理工艺的程序化控制，及时反馈，及时对加药速率进行变频调控，保证正常的废水处理，同时减少浪费，实现废水处理的高效性。

4.1.2 加酸单元和加碱单元

工艺要求决定工业废水处理的PH值以出口采样点的检测值为准，并将该检测值作为对控制系统的反馈，通过此测量值对接下来工艺中的酸碱施加量进行调整，使得最后的PH检测数据满足废水排放标准。研究系统的废水排放PH值定在7～8.5，并需要通过两种不同的PID运算结果检验其是否符合达标范围。对酸碱加药泵分别实施变频调速控制及用一个控制变量直接对两个或两个以上的操纵变量进行分时分阶段控制，这将是一个较为复杂的控制系统。除此之外，在酸碱加药体系对废水进行中和调控时，应根据检测值分别加入酸性药剂或碱性药剂，从而避免同时加入造成的药剂浪费，因此在进行PLC程序编制时应注意酸碱加药泵的开关时间，保证酸碱加药泵分时段工作，并根据废水量的多少实现对酸碱药剂加入量的变频调速控制。

4.2 PLC及变频技术的控制结构

4.2.1 控制系统的硬件组成

实验系统中主要选择西门子公司的SIMATICS7-200（S7-1200最新）和SIMATICS7-300（S7-1500最新）系列的PLC可编程控制器作为主要硬件，系统中主站的控制器选择SIMATICS7-300型的PLC而从站则采用200的PLC，主站和从站之间的数据交换通过PROFIBUSDP来实现。200系列的中央处理器模块主要是CPU226CN型，该机集成了24位输入和16位输出总共四十个I/O数字量点，而且可同时连接7个扩展模块，最大可以扩展到248路数字量或35路模拟量I/O点，具备PID控制器和13K字节的数据和程序存储空间，同时还具有两个RS485通讯/编程口且具有PPI、MPI通讯协议以及自由的通讯能力。主站的中央处理器采用的是CPU315-2DP型，该处理器具备了对中、大规模数据的存储能力。

4.2.2 控制系统的结构

在不存在初始条件的情况下，通过对描述系统运动的微分方程进行拉氏变换可以得到反馈控制系统的传递函数，从而实现系统的反馈调节，对于复杂的系统该调解机制也会相应变得复杂。在实际废水处理过程中，一般通过对废水处理系统结构图的把握，根据原件的传递函数直接推导出系统整体的传递函数。通过反馈调节，PLC对反馈信号进行处理分析，然后对变频器进行调节，从而实现对加药速率的调节。图2是废水处理过程加药控制环节的结构图。

图2 废水处理过程加药控制环节的结构图

4.2.3 控制方式

手动控制。废水处理设备中搅拌器、加药泵以及其它电气设备的启停都是通过控制上柜上的启停按钮进行控制的，在这种模式下加药泵运行过程的加药量是维持恒定的。就地自动方式。在自动模式下，只需人为控制加药泵的启停，后续的调控工作便可由PLC端对变频器进行调节，从而控制加药速率。加絮凝剂与助凝剂的单元需要人为介入控制其设备的启停，而对于酸碱加药单元的控制则可完全实现PLC的自动化控制。远程自动控制。控制室内的操作人员可以通过设备与控制器间的的点对点连接方式实现对加药泵启停的远程控制，同时也可以实现对加药泵等废水处理设备的监控。GPRS及PLC技术在废水处理中的应用保证了远程监控调节的便利性，同时加药泵变频调速技术的应用实现了药物施放的动态调节，提高了废水处理的效率。3种控制方式可根据具体情况自由选取，可以根据档位开关的位置决定当前废水处理系统采取的运行模式。

交流电动机变频调速技术的性能胜过任何一种交流调速方式，而且结构简单。在节能及减少维修，提高产量，保证质量等方面都取得了明显的经济效益。变频器调速具有精度高，稳定性好以及噪音小，可连续调速，起动电流小，最高速度不受电源影响。所以变频调速技术在废水处理中的使用不仅可以保证在日废水量出现大幅度变动时，废水处理厂能够正常运作，还能保证在废水处理过程根据不同的日废水量对废水处理过程的加药设备进行调控，保证废水处理设备正常运作的同时减少不必要的药品浪费，减少废水处理设备在运作过程中产生的磨损，节约废水处理成本。

5 结语

PLC可控编程控制器及变频调速技术已在电气控制领域得到了较为广泛的应用，所以具备一定电气方面基础的人只需要经过一定的简单培训，便可胜任对相关设备的维护以及操作工作。将PLC及变频调速技术应用于废水处理过程的加药环节，大大减轻了废水处理厂工作人员的劳动强度，而且变频式的速率调节也在一定程度上减少了设备的磨损，延长了废水处理设备的使用寿命，废水处理厂的电气自动化程度也因此得到了很大程度的提高。针对于广州多雨的天气，生活废水的处理更是废水处理厂作业的主体，PLC及变频调速技术使用使得废水处理厂处理废水的能力更具多变性，废水处理也更加高效。

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[3]章以钧.可编程序控制器的发展动向：工业出版社，2003.

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