污水处理中鼓风机智能控制方案的研究

2021-06-01周月侠

现代制造技术与装备 2021年4期

周月侠

（衡水职业技术学院，衡水 053000）

生物法污水处理中的关键一步是利用鼓风机向生物池中充氧爆气，以增加污水中的氧气含量，为好氧菌微生物提供氧气，促进好氧微生物生长，通过它们的代谢作用分解污水中的悬浮物、溶解性有机物以及氮磷等营养盐等，以达到污水处理的目的。因此，控制鼓风机的运行是污水处理中至关重要的环节。

1 鼓风机控制总体要求

污水处理中，鼓风机控制系统根据所需总风量，确定开启几台风机和每台风机的转速。风机运行中，控制系统调节风机转速以满足实时需求，并使风机运行在安全、节能的状态。本项目风机包含MBR膜擦洗离心鼓风机和MBR生化用离心鼓风机两种。

1.1 风机选型

本项目选择HIBON 350.05多级离心变频调速鼓风机和HlBON350.07多级离心变频调速鼓风机。两种风机均配套有主机、变频电动机、联轴器及其防护罩、入出口弹性接头以及出口止回阀等。每台鼓风机配备一台变频控制柜和就地控制柜（Local Control Panel，LCP）。变频控制柜接收就地控制柜的信号，进而控制马达的转速。就地控制柜监测与控制单台风机，同时将信号传送到变频控制柜与上位控制柜，以达到对其进行智能精准控制的目的。

1.2 风机概述

MBR膜擦洗离心鼓风机-HIBON 350.05多级离心变频调速鼓风机，采用5级连续增压、100%无油压缩，可以连续24 h运行，重负载设计。MBR生化用离心鼓风机-HlBON350.07多级离心变频调速鼓风机，采用7级连续增压、100%无油压缩，可以连续24 h运行，重负载设计。每台鼓风机在设计条件下运行时不会发生喘振、马达过载、异常噪声、异常振动以及异常温升等情况。变频电机直接驱动鼓风机而无需齿轮箱和皮带轮，提高了传动效率，降低了故障几率。

2 控制设备设计方案

风机控制设备主要包括变频柜、就地控制柜以及主控制柜（Main Control Panel，MCP）这3个部分。

2.1 变频柜

每台风机配备一台变频柜，采用高品质低压配电元件，可通过操作面板显示实时数据。变频器AB型号为20G11TC650JNONNNNN，额定电流650 A，主要具有如下3个功能。第一，接收LCP的控制指令进行风机的启动、停止以及调速等控制动作。第二，向LCP反馈相关的运行、故障等状态信号及频率（转速）、电流等参数信息。变频器具有过电压和欠电压保护、变频器和电机过热保护、接地故障保护、短路保护以及防止失速保护等保护功能。第三，实时显示电压、电流以及频率等运行参数，具有运行、停止以及故障等状态显示。

2.2 就地控制柜

2.2.1 就地控制柜配置

每台风机配备一台LCP。LCP配置可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和操作面板，可根据设计要求进行编程。PLC系统包括I/O通道模块、通信端口以及一个插入式存储卡。控制程序如图1所示。

2.2.2 主要元器件选型

就地控制柜的核心元器件选用如表1所示。

图1 就地柜控制程序

表1 就地控制柜的核心元器件选用结果

2.2.3 就地控制柜的主要功能

第一，控制原理为失效-安全操作方式，具有喘振和过载保护控制。第二，具有最低安全转速和功率控制。第三，控制出口旁通电动阀，具有本地/远程控制模式切换功能。本地控制模式下，由LCP上的操作面板设置（输入）风机的转速数据，启动/停止风机的运行，显示各项监测数据以及运行、故障报警等状态信息，同时向MCP传送这些信息。远程控制模式下，LCP接收MCP发送来的转速设置数据以及启动/停止风机的指令，并依据上述指令控制风机运行，显示各项监测数据以及运行、故障报警等状态信息，同时向MCP传送这些信息。第四，当产生报警时，LCP将显示当时的时间和数据。第五，连续监测并显示电动机运行频率（转速）与电流、变频器运行/停止与故障状态信号、风机流量、风机出口压力、风机进口空气温度、风机两端轴承温度、电动机三相绕组温度、两端轴承温度以及旁通电动蝶阀阀位等参数[1]。

2.3 主控制柜

2.3.1 主控制柜配置

MCP配置可编程控制器和触摸式操作面板（Human Machine Interface，HMI），并根据设计要求进行编程。PLC系统包括I/O通道模块、通信端口（以太网通信口）以及一个插入式存储卡。HMI具有良好的人机对话界面和完善的信息显示。

2.3.2 主要元器件选型

主控制柜（MCP）的核心元器件选用如表2所示。

表2 主控制柜的核心元器件选用

2.3.3 主控制柜的主要功能

第一，连续接收上位系统传来的总流量信号。第二，具有本地（MCP）/远程（上位监控系统）控制模式切换功能。本地（手动）模式下，由操作面板设置（输入）每台风机的转速数据及控制风机起/停指令，并向LCP发送设置数据以及启动/停止风机的指令，同时接收LCP传送来的各项监测数据和运行、故障报警等状态信息并在触摸式操作面板上显示，向上位监控系统传送上述各项监测数据及状态信息[2]。远程（自动）模式下，接收上位自控系统总风量需求数据，确定开启几台风机和每台风机地转速，并向LCP发送设置数据以及启动/停止风机的指令，接收LCP传来的各项检测数据和运行、故障报警等状态信息，同时在触摸式操作面板上显示，并向上位监控系统传送上述各项监测数据及状态信息。第三，具有风机启动顺序选择设置功能，当某一台风机运行失败时，启动备用风机。第四，设置总管流量上限/下限报警。第五，当产生报警时，MCP将显示当时的时间和数据。