變頻控制柜,反沖洗系統

1．現狀及存在問題
在污水處理站中，正常過濾時，濾料在濾罐內
被壓實；當過濾過程完成后，先導通流程，啟動反
沖洗泵，濾料被沖起。反沖洗過程中需要控制反沖
洗強度，強度低，達不到反沖洗效果；強度大，會
破壞濾層的分布。因此，在反沖洗泵出口匯管設有
流量計和調節閥，工藝要求一次濾罐每隔12h要進
行一次自動反沖洗，二次濾罐每隔24h要進行一次
自動反沖洗。
反沖洗過程存在以下問題：
(1)工頻啟動時，管道內流體經歷一個突然
啟動的過程，當濾料板結程度較深時，容易整體被
頂起，導致濾罐內部篩筐、篩板、配水管等部位損
壞，進而造成濾料流失。不但出水水質較差，而且
要經常補充濾料，造成資金浪費。
(2)污水處理站內的二次濾罐都要進行反沖
洗，每個濾罐在反沖洗過程所表現的流通阻力特性
不盡相同，而過程僅有十多分鐘，反沖洗強度隨時
間變化的曲線很難把握得當。對于不同的濾罐，工
人僅憑經驗控制閥門的開度以控制水量及強度，想
達到良好的反沖洗效果幾乎是不可能的。
2．設計控制方案
(1)主電路設計。由變頻器、低壓斷路器、
熔斷開關、接觸器、電抗器等組成主電路。按照工
藝和設備互備的要求，設計的主電路具有工頻／變
頻與工頻／工頻組合方式，滿足了安全和連續生產
的要求。同時，使用電抗器可以抑制變頻器產生的
高次諧波對電網的污染，防止對現場敏感電子設備
的干擾，符合EMC規范。
(2)控制電路設計。由西門子s7—226、PLC
可編程控制器、文本編輯器TD200、繼電器、流量
計信號等組成閉環變頻調速系統的控制部分。可以
實現本地／遠程啟停控制、工頻／變頻運行模式選
擇、自動故障檢測及自動／手動控制的任務。當工
況改變時，工人可通過安裝在變頻柜盤面的文本編
輯器TD200更改反沖洗強度、反沖洗運行時間和
上升時間。變頻運行時PLC通過PID運算處理流
量信號，輸出4～20mA的變頻器頻率調節信號，
調整電機轉速，改變泵的排量和揚程，使反沖洗泵滿足工藝上壓力與流量的要求，控制流量與壓力。
PLC在線檢測交流接觸器的觸點，確保變頻器
在電機過熱或電機失速時可自動停止運行；在線檢
測低壓斷路器的觸點，防止變頻器在電源瞬間掉電
的沖擊下而導致變頻器損壞。接觸器互鎖、繼電器
互鎖、PLC內部編程互鎖的三級互鎖保護確保系統
安全可靠的運行；在運行期間隨時監測變頻器、
PLC、低壓電器的狀態，發現故障立即處理并報
警，緊急情況可以自動停運，保護關鍵設備的安
全。提供各種信號及狀態指示，可直觀地觀察系統
運行情況。
3．控制策略及編程思想
(1)安全可靠：由于現場環境較為惡劣，電
磁干擾嚴重，而且變頻器及控制柜自身也產生較強
的電磁干擾和高次諧波，因此抗干擾性能和糾錯能
力是控制電路的首要指標。通過硬件三級互鎖和
PLC軟件編程相聯合，有效地提高了系統的安全可
靠性。
(2)冗余設計：低壓電器及其它主令開關等
元器件的電氣與機械性能畢竟不是絕對的，因此采
用少量備用電器來完成冗余設計。即在主要設備正
常時可用幾個同級電路完成同級的控制任務。設計
了變頻器的啟停冗余、變頻器控制冗余、啟動機泵
運行冗余。三處冗余電路可確保變頻器非正常時系
統仍可連續運行，提高系統的運行時率。
(3)故障監測：系統運行時在線檢測運行狀
態，實時處理并報警。提高了系統的安全可靠性，
并且在系統正常維護保養時提供必要的技術數據，
便于故障定位，減輕維護強度。
4．結語
目前杏四聯合站、杏五一聯合站、杏五二聯合
站都已使用了該系統。以常用的泵洗核桃殼濾罐為
例，通過應用反沖洗變頻調速控制，不僅能沖洗掉
濾層表面上的油污及雜質，而且使濾料內層的油污
及雜質翻移到濾層表面而隨水沖出，濾料清洗更徹
底，提高了注入水質合格率。