中水回用的控制与节能初探
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摘要：本文主要讲述污水处理的中水回用的控制技术改造，采用AB公司的变频器、上位机控制软件RSView32 和PLC施耐德CPU65150。在使用过程中不断对控制系统优化，提高了设备运行效率，达到节能降耗的目的。
关键词：中水回用、技术改造、变频器、PLC施耐德、节能减排
一，前言
1，中水系统控制现状和优化意义
污水处理企业的现代化主要表现在自动化监控和优化调度方面。然而自动监控系统应用到中水回用，有着越来越重要的意义。现时我们厂的中水已广泛应用在绿化、滤池反冲洗、药剂配制、粗细格栅冲洗、生化池的清洁及部分构筑物的洗手间用水等。因此，实现中水回用系统的自动控制，已逐渐成为污水企业节能减排重要环节。随着变频调速技术的发展，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的中水供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是一个供水系统的技术改造，根据尽量保留原有设备的原则设计的基础上，很好地利用了变频控制恒压供水的技术优势。有效的节省了资金同时，充分体现节能降耗的效益。
二，中水系统控制改造内容
1，前阶段中水系统控制概述
我们厂使用的两台潜水污水泵作为中水供水，一供一备,潜水泵的参数为：额定功率15千瓦，额定电流32安培，流量60立方米/小时，转速1476转/分钟。在现场电源控制箱直接启动，实行全速连续运行的方式。这种恒速泵供水系统弊端明显，供水压力不能调节，用水量的变化造成管道压力大幅度变化，压力大时造成管路损坏，管道阀门容易磨损。由于工艺的原因，每次滤池到反冲洗的程序时，出水流量的不稳定，直接影响中水泵的供水，因此潜水泵起动频繁，由于水锤效应的影响，水泵容易损坏，维修费用高，电能损耗也大。系统使用不方便，工作可靠性能低，维护工作量大等缺点。
2，现阶段中水系统控制介绍
变频恒压供水系统原理，它主要是由变频器、PLC、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及2台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。同时系统配备的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由时间控制器实现），合理均衡两台泵的运行时间。此外，系统还设有低水位浮球、超声波液位保护等多种保护功能，尤其是出水水质保证功能，充分保证了水泵的及时维修、系统的正常供水，确保了中水供水水质。
3，系统设备的选型
1）变频驱动系统
本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，我们采用ABB公司ABBACS550-01-038A-4 变频器。此类变频器具有大的优点就是在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如启动向导，自定义编程，DTC控制，通用备件，通用的接口技术，以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。内含启动引导程序，令您调试易如反掌；自定义编程：内置可编程模块，犹如PLC令您发挥自如；体积小巧：内置滤波器，斩波器及电抗器、性能卓越。
2）PLC控制系统
我们中控已有WINGOWS XP环境的SCADA系统，上位机控制软件采用AB公司的RSView32。由于中水系统有一供一备中水泵，使用PLC的备用点完全能满足控制要求。各PLC站均采用施耐德CPU65150，此类PLC具有功能完善、适应性强、可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时、维护工作量少等特点。
PID控制就是比例积分微分控制而自动控制学里PID控制是一个闭环控制系统，恒压供水控制实质就是闭环控制。其目的就是确保在一个恒定的压力下满足用户不同的用水量变化，而这个调节量是通过调整变频器转速（频率）来进行的，变频器转速（频率）可以由外进行控制也可以由自己自身进行控制。在PLC机型里，PID的控制是由PLC完成的，中水管网的压力通过PLC处理，PLC把设定的压力与管网反馈的压力比较进行PID运算，运算的结果传递给变频器来控制变频器的加速或减速，从而达到维持中水管网压力的目的。
（1） 本系统的控制要求：
1)系统要求用户能够的直观了解现场设备的工作状态、水位的变化及中水水质；
2)要求用户能够远程控制变频器的启动和停止；
3)用户可自行设置水位的高低，以控制变频器的起停；
4)变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上；
5)具有水位过高、过低报警和提示用户，并停机保护功能；
（2）运行方式
该系统有手动和自动/远程两种运行方式：
1）手动运行
按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-2#泵的启停。该方式主要供检修，变频器、自控系统故障时用。但若出水水质某一个指标超标自动控制系统是不能启动中水泵，这样可以使用手动方式控制。
2）自动/远程运行
合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率不断上升，直到全频，频率的最大值也可根据实际情况在变频器上设定；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行，也可在变频器上设定频率的最小值，避免由于泵的扬程问题，影响供水的稳定。若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对中水泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。
（3） 本系统控制结构:
本系统中，对电机采用一台变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输入信号，从而控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向PLC发出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。
（4） 故障保护控制系统
当出现中水泵缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压、水质超标等情况时，系统皆能发出声响报警信号；特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、水质超标时，系统还会自动停机，并发出声响报警信号，通知值班人员前来处理。
为了使水泵进行轮休，系统还设有软件备用功能（钟控功能，由时间控制器实现），工作泵运行到一定累计时间，会作出提示信号，请求工作泵与备用泵需要周期定时切换，周期间隔由时间控制器设定：1小时每次～96小时每次连续可调。
三，结束语
在中水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，使中水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水；确保各泵平均使用，有效延长了设备的使用寿命；压力闭环控制，系统用水量任何变化均能使供水管网的压力保持给定，大大提高了供水品质；在系统软件上设置了各种保护，确保了中水供水水质。目前该系统已投入使用一年，效果明显。维护工作量小，大大提高劳动生产率。通过对中水系统的成功改造，我们也将此控制方式应用到污水进水的提升泵上。
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