污水處理中鼓風機智能控制方案的研究

周月俠

（衡水職業(yè)技術學院，衡水 053000）

生物法污水處理中的關鍵一步是利用鼓風機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、溶解性有機物以及氮磷等營養(yǎng)鹽等，以達到污水處理的目的。因此，控制鼓風機的運行是污水處理中至關重要的環(huán)節(jié)。

1 鼓風機控制總體要求

污水處理中，鼓風機控制系統(tǒng)根據(jù)所需總風量，確定開啟幾臺風機和每臺風機的轉速。風機運行中，控制系統(tǒng)調節(jié)風機轉速以滿足實時需求，并使風機運行在安全、節(jié)能的狀態(tài)。本項目風機包含MBR膜擦洗離心鼓風機和MBR生化用離心鼓風機兩種。

1.1 風機選型

本項目選擇HIBON 350.05多級離心變頻調速鼓風機和HlBON350.07多級離心變頻調速鼓風機。兩種風機均配套有主機、變頻電動機、聯(lián)軸器及其防護罩、入出口彈性接頭以及出口止回閥等。每臺鼓風機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，進而控制馬達的轉速。就地控制柜監(jiān)測與控制單臺風機，同時將信號傳送到變頻控制柜與上位控制柜，以達到對其進行智能精準控制的目的。

1.2 風機概述

MBR膜擦洗離心鼓風機-HIBON 350.05多級離心變頻調速鼓風機，采用5級連續(xù)增壓、100%無油壓縮，可以連續(xù)24 h運行，重負載設計。MBR生化用離心鼓風機-HlBON350.07多級離心變頻調速鼓風機，采用7級連續(xù)增壓、100%無油壓縮，可以連續(xù)24 h運行，重負載設計。每臺鼓風機在設計條件下運行時不會發(fā)生喘振、馬達過載、異常噪聲、異常振動以及異常溫升等情況。變頻電機直接驅動鼓風機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 控制設備設計方案

風機控制設備主要包括變頻柜、就地控制柜以及主控制柜（Main Control Panel，MCP）這3個部分。

2.1 變頻柜

每臺風機配備一臺變頻柜，采用高品質低壓配電元件，可通過操作面板顯示實時數(shù)據(jù)。變頻器AB型號為20G11TC650JNONNNNN，額定電流650 A，主要具有如下3個功能。第一，接收LCP的控制指令進行風機的啟動、停止以及調速等控制動作。第二，向LCP反饋相關的運行、故障等狀態(tài)信號及頻率（轉速）、電流等參數(shù)信息。變頻器具有過電壓和欠電壓保護、變頻器和電機過熱保護、接地故障保護、短路保護以及防止失速保護等保護功能。第三，實時顯示電壓、電流以及頻率等運行參數(shù)，具有運行、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

每臺風機配備一臺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)設計要求進行編程。PLC系統(tǒng)包括I/O通道模塊、通信端口以及一個插入式存儲卡。控制程序如圖1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控制。第二，具有最低安全轉速和功率控制。第三，控制出口旁通電動閥，具有本地/遠程控制模式切換功能。本地控制模式下，由LCP上的操作面板設置（輸入）風機的轉速數(shù)據(jù)，啟動/停止風機的運行，顯示各項監(jiān)測數(shù)據(jù)以及運行、故障報警等狀態(tài)信息，同時向MCP傳送這些信息。遠程控制模式下，LCP接收MCP發(fā)送來的轉速設置數(shù)據(jù)以及啟動/停止風機的指令，并依據(jù)上述指令控制風機運行，顯示各項監(jiān)測數(shù)據(jù)以及運行、故障報警等狀態(tài)信息，同時向MCP傳送這些信息。第四，當產生報警時，LCP將顯示當時的時間和數(shù)據(jù)。第五，連續(xù)監(jiān)測并顯示電動機運行頻率（轉速）與電流、變頻器運行/停止與故障狀態(tài)信號、風機流量、風機出口壓力、風機進口空氣溫度、風機兩端軸承溫度、電動機三相繞組溫度、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)設計要求進行編程。PLC系統(tǒng)包括I/O通道模塊、通信端口（以太網通信口）以及一個插入式存儲卡。HMI具有良好的人機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，由操作面板設置（輸入）每臺風機的轉速數(shù)據(jù)及控制風機起/停指令，并向LCP發(fā)送設置數(shù)據(jù)以及啟動/停止風機的指令，同時接收LCP傳送來的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)和運行、故障報警等狀態(tài)信息并在觸摸式操作面板上顯示，向上位監(jiān)控系統(tǒng)傳送上述各項監(jiān)測數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息[2]。遠程（自動）模式下，接收上位自控系統(tǒng)總風量需求數(shù)據(jù)，確定開啟幾臺風機和每臺風機地轉速，并向LCP發(fā)送設置數(shù)據(jù)以及啟動/停止風機的指令，接收LCP傳來的各項檢測數(shù)據(jù)和運行、故障報警等狀態(tài)信息，同時在觸摸式操作面板上顯示，并向上位監(jiān)控系統(tǒng)傳送上述各項監(jiān)測數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。第三，具有風機啟動順序選擇設置功能，當某一臺風機運行失敗時，啟動備用風機。第四，設置總管流量上限/下限報警。第五，當產生報警時，MCP將顯示當時的時間和數(shù)據(jù)。

3 結語

本方案研究了污水處理中鼓風機的控制方法，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計等。通過研究實現(xiàn)了在污水處理工藝中對鼓風機的智能精確控制，提高了污水處理效率和污水處理后的水質，具有一定的現(xiàn)實意義。