王新青

摘要：污水處理是鋼鐵企業(yè)的重要輔助設(shè)備，供排水車(chē)間污水處理站主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)污水回收處理，污水池水量由于生產(chǎn)變化而實(shí)時(shí)變化，針對(duì)原污水池水泵電機(jī)控制系統(tǒng)的不適應(yīng)性，應(yīng)用變頻器調(diào)速平滑、易于構(gòu)成閉環(huán)控制，高效節(jié)能的特點(diǎn)，對(duì)供排水車(chē)間污水處理站水泵電機(jī)的控制作了改造，達(dá)到了改進(jìn)工藝、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：污水處理；變頻調(diào)速；改造

1 污水處理站的工藝流程及存在的問(wèn)題

1.1 工藝流程簡(jiǎn)介

昆鋼污水處理站主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水，經(jīng)片區(qū)的污水干道、污水管道全部回收到污水處理站的污水池，再用水泵抽到污水凈化系統(tǒng)進(jìn)行加藥、澄清處理后，加壓送入生產(chǎn)水系統(tǒng)，污水處理再利用，降低生產(chǎn)成本、加大資源再利用、減少環(huán)境污染。污水不允許外排，正常情況下每小時(shí)回收污水大約為3000--4000m3左右。

1.2 原系統(tǒng)存在的問(wèn)題

污水處理站是建在螳螂川邊，污水池的污水漫出池子后就直接流人螳螂川，污染螳螂川的水及周?chē)h(huán)境，造成環(huán)境污染事故，受到環(huán)保部門(mén)的處罰，同時(shí)又造成資源浪費(fèi)。由于用水量不均衡，所排的污水量實(shí)時(shí)變化，污水處理站回收污水量已隨著變化。需要值班人員隨時(shí)觀察污水水位，并手動(dòng)調(diào)節(jié)出口閥門(mén)來(lái)提高或減少抽水量，以保證污水池液面始終處于正常液面位置，不至于漫水或水位低，水泵進(jìn)空氣。水泵的起動(dòng)、停止均由人工控制，自動(dòng)化程度過(guò)低。

1.3 水泵直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)、水泵、管道造成的危害

水泵直接起動(dòng)時(shí)的大電流在電機(jī)定子線(xiàn)圈上產(chǎn)生很大的沖擊力，沖擊電流導(dǎo)致電機(jī)繞組產(chǎn)生大量的熱量，損傷繞組絕緣，減少電機(jī)壽命，電機(jī)直接全壓起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，電機(jī)起動(dòng)時(shí)，水流會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到全速，在遇到管路拐彎時(shí)，高速的水流沖擊到管壁上，產(chǎn)生很大的沖擊力，形成水錘效應(yīng)，至使管道破壞；水泵直接起動(dòng)時(shí)電機(jī)速度上升很快，潤(rùn)滑油不能及時(shí)到位，引起軸承干磨，降低其使用壽命；水泵電機(jī)容量較大，直接起動(dòng)時(shí)引起電網(wǎng)電壓急劇下降.

2 污水處理站的變頻改造

經(jīng)過(guò)工程技術(shù)人員的論證，決定采用以變頻調(diào)速為核心的變頻恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)對(duì)污水處理站的工藝進(jìn)行改造。通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，變頻技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其中，以變頻調(diào)速為核心的變頻恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)水量、水壓的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，總的來(lái)說(shuō)體現(xiàn)在“提高效率、節(jié)省資源、降低污染”上；由于整個(gè)工藝流程都是在PLC程序控制下運(yùn)行的，自動(dòng)控制整個(gè)工藝流程，大大提高了工作效率；擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可節(jié)省了人力資源。

3 改造后污水處理變頻控制原理分析

3.1改造后電氣控制系統(tǒng)

系統(tǒng)改造時(shí)主要考慮了節(jié)能及自動(dòng)化的要求，運(yùn)用了自動(dòng)節(jié)能、PID、PLC及RS485通訊接口等功能，可以方便與電腦或總線(xiàn)進(jìn)行通訊，方便值班人員操作及監(jiān)控。

污水處理系統(tǒng)是將污水池的水抽到污水處理池（低處的水抽到高處）中澄清處理，所以要保證水泵的出口壓力要恒定，能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的需要，在水泵的出口管道上裝一個(gè)壓力傳感器，根據(jù)壓力傳感器反饋的信號(hào)，使水泵轉(zhuǎn)速始終工作在變頻器設(shè)定的下限頻率和上限頻率之間，保證水泵的出口壓力恒定。液位傳感器是監(jiān)測(cè)污水池水位，并將信號(hào)及時(shí)反饋給PLC，由PLC根據(jù)污水水位高低來(lái)控制水泵（電機(jī)）的啟停和轉(zhuǎn)速。

正常啟動(dòng)按下啟動(dòng)按鈕，PLC給出信號(hào)KM線(xiàn)圈得電，KM觸頭閉合，變頻器得電以初始頻率25Hz帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。在運(yùn)行的過(guò)程中，液位傳感器的信號(hào)反饋到PLC，經(jīng)過(guò)運(yùn)算比對(duì)后給出信號(hào)到變頻器調(diào)整運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速、自動(dòng)調(diào)節(jié)污水池水位。

3.2 工作原理

3.2.1 壓力變送器及水液位傳感器，將管道壓力的變化信號(hào)和水池液面的液位信號(hào)送入可編程序控制器，信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后與設(shè)定的壓力信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算產(chǎn)生邏輯控制信號(hào)與頻率設(shè)定信號(hào)，得出最佳參數(shù)由可編程序控制器控制變頻器和水泵組實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，對(duì)三臺(tái)水泵實(shí)行軟啟動(dòng)、軟切換及兩臺(tái)變頻運(yùn)行，根據(jù)污水量的變化，系統(tǒng)可自動(dòng)確定水泵投入臺(tái)數(shù)及電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)循環(huán)運(yùn)行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水質(zhì)量。

3.2.2系統(tǒng)有兩套由變頻器和水泵組成的變頻泵（1用1備），另有由兩臺(tái)軟起動(dòng)器和3臺(tái)水泵組成的定量泵（可切換）。系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，當(dāng)污水池液面高于設(shè)定值時(shí)，傳感器將信號(hào)反饋給PLC，PLC經(jīng)過(guò)運(yùn)算比較后，輸出控制信號(hào)啟動(dòng)其中一臺(tái)變量泵，如果軋鋼、煉鋼過(guò)來(lái)的污水進(jìn)入水池的量較大，變頻器輸出頻率為50Hz，變頻泵轉(zhuǎn)速達(dá)到最高，此時(shí)若污水池液面還高于設(shè)定液面，控制器將通過(guò)軟啟動(dòng)器另起動(dòng)一臺(tái)定量泵，由一臺(tái)定量泵和一臺(tái)變量泵同時(shí)供水，經(jīng)過(guò)變頻泵的調(diào)節(jié)，如污水池液面仍高于設(shè)定值，控制器以同樣的方式將起動(dòng)下一臺(tái)定量泵，直至滿(mǎn)足排水要求。

3.2.3 當(dāng)污水池液面下降，變頻泵轉(zhuǎn)速降到設(shè)定的下限頻率時(shí)，控制器自動(dòng)停止最后運(yùn)行的定量泵，并根據(jù)液面情況自動(dòng)調(diào)整變頻泵轉(zhuǎn)速，使污水池液面始終處于設(shè)定值范圍內(nèi)。這樣，每臺(tái)定量泵的啟動(dòng)均經(jīng)軟起動(dòng)器控制，全部機(jī)組實(shí)現(xiàn)循環(huán)軟啟動(dòng)，管道的壓力始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)污水池液面低于設(shè)定值時(shí)，則控制器完全停止各泵工作。

4 改造后效果分析

4.1 改造后污水處理站供水系統(tǒng)能自動(dòng)24小時(shí)維持恒定壓力（水位），根據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)備用泵，無(wú)級(jí)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變水泵的抽水量。改造后至今沒(méi)有發(fā)生過(guò)污水漫人螳螂川的污染事故，達(dá)到全量回收污水處理的目標(biāo)。

4.2 改造后系統(tǒng)保證了水管壓力變動(dòng)平緩，減少對(duì)電機(jī)、水泵的沖擊，消除了啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)，延長(zhǎng)了管道、電機(jī)及水泵的使用壽命，減少了設(shè)備的維修，根據(jù)污水量的變化來(lái)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使水泵始終工作在高效區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)零流量時(shí)，機(jī)組進(jìn)入休眠狀態(tài)，水泵停止，流量增加后才進(jìn)行工作，節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)束語(yǔ)

污水處理系統(tǒng)變頻改造后，降低了生產(chǎn)成本，污水處理系統(tǒng)的控制操作方便。變頻器的加速和減速可根據(jù)工藝要求自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制精度高，能保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，提高了工作效率，節(jié)約了資源。

參考文獻(xiàn)：

[1]李道霖《電氣控制與PLC原理及應(yīng)用》電子工業(yè)出版社 2005

[2]曾毅《變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)》山東科學(xué)技術(shù)出版社 2003