污水處理中鼓風(fēng)機(jī)智能控制方案的研究

周月俠

（衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，衡水 053000）

生物法污水處理中的關(guān)鍵一步是利用鼓風(fēng)機(jī)向生物池中充氧爆氣，以增加污水中的氧氣含量，為好氧菌微生物提供氧氣，促進(jìn)好氧微生物生長，通過它們的代謝作用分解污水中的懸浮物、溶解性有機(jī)物以及氮磷等營養(yǎng)鹽等，以達(dá)到污水處理的目的。因此，控制鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行是污水處理中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

1 鼓風(fēng)機(jī)控制總體要求

污水處理中，鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)所需總風(fēng)量，確定開啟幾臺風(fēng)機(jī)和每臺風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以滿足實(shí)時(shí)需求，并使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在安全、節(jié)能的狀態(tài)。本項(xiàng)目風(fēng)機(jī)包含MBR膜擦洗離心鼓風(fēng)機(jī)和MBR生化用離心鼓風(fēng)機(jī)兩種。

1.1 風(fēng)機(jī)選型

本項(xiàng)目選擇HIBON 350.05多級離心變頻調(diào)速鼓風(fēng)機(jī)和HlBON350.07多級離心變頻調(diào)速鼓風(fēng)機(jī)。兩種風(fēng)機(jī)均配套有主機(jī)、變頻電動機(jī)、聯(lián)軸器及其防護(hù)罩、入出口彈性接頭以及出口止回閥等。每臺鼓風(fēng)機(jī)配備一臺變頻控制柜和就地控制柜（Local Control Panel，LCP）。變頻控制柜接收就地控制柜的信號，進(jìn)而控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。就地控制柜監(jiān)測與控制單臺風(fēng)機(jī)，同時(shí)將信號傳送到變頻控制柜與上位控制柜，以達(dá)到對其進(jìn)行智能精準(zhǔn)控制的目的。

1.2 風(fēng)機(jī)概述

MBR膜擦洗離心鼓風(fēng)機(jī)-HIBON 350.05多級離心變頻調(diào)速鼓風(fēng)機(jī)，采用5級連續(xù)增壓、100%無油壓縮，可以連續(xù)24 h運(yùn)行，重負(fù)載設(shè)計(jì)。MBR生化用離心鼓風(fēng)機(jī)-HlBON350.07多級離心變頻調(diào)速鼓風(fēng)機(jī)，采用7級連續(xù)增壓、100%無油壓縮，可以連續(xù)24 h運(yùn)行，重負(fù)載設(shè)計(jì)。每臺鼓風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行時(shí)不會發(fā)生喘振、馬達(dá)過載、異常噪聲、異常振動以及異常溫升等情況。變頻電機(jī)直接驅(qū)動鼓風(fēng)機(jī)而無需齒輪箱和皮帶輪，提高了傳動效率，降低了故障幾率。

2 控制設(shè)備設(shè)計(jì)方案

風(fēng)機(jī)控制設(shè)備主要包括變頻柜、就地控制柜以及主控制柜（Main Control Panel，MCP）這3個(gè)部分。

2.1 變頻柜

每臺風(fēng)機(jī)配備一臺變頻柜，采用高品質(zhì)低壓配電元件，可通過操作面板顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。變頻器AB型號為20G11TC650JNONNNNN，額定電流650 A，主要具有如下3個(gè)功能。第一，接收LCP的控制指令進(jìn)行風(fēng)機(jī)的啟動、停止以及調(diào)速等控制動作。第二，向LCP反饋相關(guān)的運(yùn)行、故障等狀態(tài)信號及頻率（轉(zhuǎn)速）、電流等參數(shù)信息。變頻器具有過電壓和欠電壓保護(hù)、變頻器和電機(jī)過熱保護(hù)、接地故障保護(hù)、短路保護(hù)以及防止失速保護(hù)等保護(hù)功能。第三，實(shí)時(shí)顯示電壓、電流以及頻率等運(yùn)行參數(shù)，具有運(yùn)行、停止以及故障等狀態(tài)顯示。

2.2 就地控制柜

2.2.1 就地控制柜配置

每臺風(fēng)機(jī)配備一臺LCP。LCP配置可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和操作面板，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行編程。PLC系統(tǒng)包括I/O通道模塊、通信端口以及一個(gè)插入式存儲卡?？刂瞥绦蛉鐖D1所示。

2.2.2 主要元器件選型

就地控制柜的核心元器件選用如表1所示。

圖1 就地柜控制程序

表1 就地控制柜的核心元器件選用結(jié)果

2.2.3 就地控制柜的主要功能

第一，控制原理為失效-安全操作方式，具有喘振和過載保護(hù)控制。第二，具有最低安全轉(zhuǎn)速和功率控制。第三，控制出口旁通電動閥，具有本地/遠(yuǎn)程控制模式切換功能。本地控制模式下，由LCP上的操作面板設(shè)置（輸入）風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，啟動/停止風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，顯示各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及運(yùn)行、故障報(bào)警等狀態(tài)信息，同時(shí)向MCP傳送這些信息。遠(yuǎn)程控制模式下，LCP接收MCP發(fā)送來的轉(zhuǎn)速設(shè)置數(shù)據(jù)以及啟動/停止風(fēng)機(jī)的指令，并依據(jù)上述指令控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行，顯示各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及運(yùn)行、故障報(bào)警等狀態(tài)信息，同時(shí)向MCP傳送這些信息。第四，當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，LCP將顯示當(dāng)時(shí)的時(shí)間和數(shù)據(jù)。第五，連續(xù)監(jiān)測并顯示電動機(jī)運(yùn)行頻率（轉(zhuǎn)速）與電流、變頻器運(yùn)行/停止與故障狀態(tài)信號、風(fēng)機(jī)流量、風(fēng)機(jī)出口壓力、風(fēng)機(jī)進(jìn)口空氣溫度、風(fēng)機(jī)兩端軸承溫度、電動機(jī)三相繞組溫度、兩端軸承溫度以及旁通電動蝶閥閥位等參數(shù)[1]。

2.3 主控制柜

2.3.1 主控制柜配置

MCP配置可編程控制器和觸摸式操作面板（Human Machine Interface，HMI），并根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行編程。PLC系統(tǒng)包括I/O通道模塊、通信端口（以太網(wǎng)通信口）以及一個(gè)插入式存儲卡。HMI具有良好的人機(jī)對話界面和完善的信息顯示。

2.3.2 主要元器件選型

主控制柜（MCP）的核心元器件選用如表2所示。

表2 主控制柜的核心元器件選用

2.3.3 主控制柜的主要功能

第一，連續(xù)接收上位系統(tǒng)傳來的總流量信號。第二，具有本地（MCP）/遠(yuǎn)程（上位監(jiān)控系統(tǒng)）控制模式切換功能。本地（手動）模式下，由操作面板設(shè)置（輸入）每臺風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)及控制風(fēng)機(jī)起/停指令，并向LCP發(fā)送設(shè)置數(shù)據(jù)以及啟動/停止風(fēng)機(jī)的指令，同時(shí)接收LCP傳送來的各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和運(yùn)行、故障報(bào)警等狀態(tài)信息并在觸摸式操作面板上顯示，向上位監(jiān)控系統(tǒng)傳送上述各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息[2]。遠(yuǎn)程（自動）模式下，接收上位自控系統(tǒng)總風(fēng)量需求數(shù)據(jù)，確定開啟幾臺風(fēng)機(jī)和每臺風(fēng)機(jī)地轉(zhuǎn)速，并向LCP發(fā)送設(shè)置數(shù)據(jù)以及啟動/停止風(fēng)機(jī)的指令，接收LCP傳來的各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)和運(yùn)行、故障報(bào)警等狀態(tài)信息，同時(shí)在觸摸式操作面板上顯示，并向上位監(jiān)控系統(tǒng)傳送上述各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。第三，具有風(fēng)機(jī)啟動順序選擇設(shè)置功能，當(dāng)某一臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行失敗時(shí)，啟動備用風(fēng)機(jī)。第四，設(shè)置總管流量上限/下限報(bào)警。第五，當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，MCP將顯示當(dāng)時(shí)的時(shí)間和數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

本方案研究了污水處理中鼓風(fēng)機(jī)的控制方法，包括各主要元器件的選型，如PLC、變頻器、觸摸屏等的選型，以及變頻器控制柜、就地控制柜與主控制柜的設(shè)計(jì)等。通過研究實(shí)現(xiàn)了在污水處理工藝中對鼓風(fēng)機(jī)的智能精確控制，提高了污水處理效率和污水處理后的水質(zhì)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。