城市污水處理系統(tǒng)中（泵站）變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計（PLC 變頻器方案）

城市污水處理系統(tǒng)中（泵站）變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計（PLC+變頻器方案）摘要目前為止，我國大多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動化水平不高、安全性低、管理不當(dāng)，效率普遍低于世界標(biāo)準(zhǔn)。污水處理系統(tǒng)中的曝氣過程控制、數(shù)據(jù)通訊和監(jiān)控管理是急需解決的主要問題。中國污水處理自控系統(tǒng)相對落后，污水處理成本居高不下，污水廠排放的處理過的污水的水質(zhì)不穩(wěn)定，所以如何建立有效的自控系統(tǒng)，優(yōu)化運行效果，減少運行費用，具有重要意義。本文介紹了城市污水處理中進(jìn)水系統(tǒng)的流程，并通過研究設(shè)計一套基于PLC控制的恒壓進(jìn)水處理系統(tǒng)。文章首先介紹了基于PLC污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計、工作原理以及設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來說明PLC在污水處理過程中的應(yīng)用。先根據(jù)進(jìn)水系統(tǒng)的要求設(shè)計了設(shè)備的電器控制與自動控制線路，主要包括設(shè)備的啟停、狀態(tài)顯示、和信號采集等，最后按照工藝要求設(shè)計PLC控制系統(tǒng)。本設(shè)計需3臺水泵，其型號65LG36，每臺自帶交流電動機7.5KW，380V。3臺水泵均可實現(xiàn)變速、定速運行。關(guān)鍵詞：污水處理；PLC；變頻器；水泵組；壓力控制

Theurbansewagetreatmentsystem(pumingstation)frequencyconversioncontrolsystemdesign(PLC+inverscheme)AbstractSofar,ourmostsewagetreatmentcontrolsystemautomationlevelisnothigh,safety,efficiency,lowimpropermanagementgenerallylowerthantheworldstandards.Sewagetreatmentsystemofaerationprocesscontrol,datacommunicationandmonitoringmanagementisthemainproblemsolvedurgently.Chinasewagedisposalautomationsystemsisrelativelybackward,sewagetreatmentcostremainshigh,wastewatertreatmentplantemissionsofprocessedsewagewaterisnotstable,sohowtoestablishaneffectivecontrolsystem,optimizetheoperationeffect,toreducetheoperationcost,tohavetheimportantmeaning.Thispaperintroducestheurbansewagetreatmentsystemintheflowofwater,andthroughthestudydesignasetofbasedonPLCcontrolofconstantpressurewaterprocessingsystem.ThisarticlefirstintroducesthesewagetreatmentcontrolsystembasedonPLCtechnologyandrelatedprocesses,controlsystemhardwarestructureanddesign,workingprincipleanddesignPLCcontrolsystem,thebasicprinciplesandstepsofPLCinsewagedisposaltoillustratetheapplicationprocess.Accordingtorequirementsofthewatersystemdesignoftheelectricalcontrolequipmentandautomaticcontrolcircuit,mainlyincludingequipmentstart-stop,statedisplay,andsignalacquisition,finallyaccordingtorequirementofprocessdesignPLCcontrolsystem.Thisdesignneed3pump,itstype,eachmachine65LG36cabinacmotor7.5KW,380V.3pumpallcanachievevariablespeed,fixedspeedoperation.KeyWords：Sewagetreatment;PLC;inverter;pumpingunit;pressuredependentcontrol

目錄1章緒論 1城市污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀 1課題的背景 2研究目的和意義 32章城市污水處理控制系統(tǒng)總體介紹 4城市污水處理基本概念 4城市污水處理工藝及描述 42.3恒壓進(jìn)水系統(tǒng)的原理介紹 52.4潛水?dāng)嚢铏C的作用 7推動水力循環(huán) 7提高傳氧效率 7促進(jìn)混合攪拌 8改善水體的水質(zhì) 8潛水?dāng)嚢铏C的控制方式 8潛水?dāng)嚢铏C系統(tǒng)的閉環(huán)控制 93章變頻調(diào)速系統(tǒng) 103.1變頻器概述 103.2變頻器的節(jié)能原理 113.3變頻調(diào)速的原理 124章控制系統(tǒng)的模擬設(shè)計 14潛水?dāng)嚢铏C的工作原理 14控制系統(tǒng)總體框圖 14進(jìn)水系統(tǒng)主電路設(shè)計 15泵站工作過程 15PLC介紹與選型 16PLC編程語言 164PLC的工作過程 17PLC的選型 17模擬擴(kuò)展模塊 18壓力變送器 19變頻器介紹 204.5.1變頻器的選型原則 204.5.2變頻器參數(shù)設(shè)置 214.6變頻執(zhí)行模塊 225章控制程序分析 23水泵工頻/變頻運行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過程分析 23狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系 235.1.2狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件 235.1.3狀態(tài)轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)方法 24進(jìn)水系統(tǒng)控制程序 24進(jìn)水系統(tǒng)控制程序的主流程 26水泵運行與狀態(tài)轉(zhuǎn)換 275.3實現(xiàn)壓力閉環(huán)控制的方法 275.4程序設(shè)計 286章組態(tài)的介紹與組態(tài)控制實現(xiàn) 376.1組態(tài)的介紹 37組態(tài)的控制實現(xiàn) 37建立組態(tài)與PLC的通訊 38部分組態(tài)畫面 427章調(diào)試和運行結(jié)果 44硬件系統(tǒng)的調(diào)試 44軟件系統(tǒng)的調(diào)試 448章結(jié)論與展望 46結(jié)論 46展望 46參考文獻(xiàn) 48致謝 49附錄APLC和變頻器通訊 50附錄BPLC控制程序 531章緒論水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會生活及生產(chǎn)中人們對水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報道我國人均擁有淡水量為2400噸，為世界平均值的1/4，在全球149個國家（參與統(tǒng)計國家中），我國人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國家。而且我國水資源時空分布極不均衡，全國500多個城市缺水，其中多個嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量僅有240噸。令人擔(dān)憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費非常嚴(yán)重。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔鳌⑸鷳B(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國急需解決的問題。我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著社會的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對水質(zhì)要求越來越高。但是我國工業(yè)用水耗費高，重復(fù)利用水少，中水使用率不高，有關(guān)資料顯示，我國的工業(yè)用水重復(fù)利用率平均為40%~50%。目前全國城市污水廢水的處理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的）僅有10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國水資源利用的突出問題。隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高，城市污水處理已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對于各種污水進(jìn)行處理后排放成為各企業(yè)基本的要求。城市污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀我國城市污水處理事業(yè)開始于1921年。上海首先建立了北區(qū)污水處理廠，1926年又建了西區(qū)和東區(qū)污水長，總處理能力為4萬噸/日。今年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水污染控制所面臨的問題也愈加嚴(yán)重，目前不僅大、中、小城市建立污水廠，還有些郊區(qū)縣也建設(shè)污水廠，如上海市嘉定縣的污水廠已投入運行十幾年了，上海市青浦徐涇鎮(zhèn)、重慶市渝北區(qū)、河南省汝州市、浙江省多個縣郊等幾十個污水處理廠工程正在興建中。據(jù)2000年統(tǒng)計，全國城鎮(zhèn)的污水處理率達(dá)到25%，2010年將達(dá)到50%。然而，同先進(jìn)國家相比，我國城市污水處理事業(yè)從數(shù)量、規(guī)模、普及率以及機械化、自動化程度上，還都存在著較大的差距。按照《城市污水污染控制技術(shù)政策》要求，城區(qū)人口達(dá)50萬以上的城市，必須建立污水處理設(shè)施；在重點流域和水資源保護(hù)區(qū)，城市人口在50萬一下的中小城市及村鎮(zhèn)，應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)厮廴究刂埔?，建設(shè)污水處理設(shè)施。在憲法中也有明文規(guī)定，并組建了許多專門生產(chǎn)環(huán)保設(shè)備和排水機械的專業(yè)工廠，許多產(chǎn)品已系列化了，但自動化儀表，檢測儀與國外差距還很大，資金不足仍是根本性問題。19世紀(jì)以來，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家相繼出現(xiàn)了環(huán)境污染和社會公害問題，許多國家的河湖水域解氧降低，水生物減少，甚至絕跡。由于水環(huán)境污染，人們發(fā)病率增加，政府開始認(rèn)識到加強污水處理的必要性，并投入大量資金興建污水處理工程。經(jīng)過30多年的大力整治，付出巨大代價，才基本控制了形勢，使水生物恢復(fù)生長，水環(huán)境得到改善。這種污水處理事業(yè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不相適應(yīng)的狀況所造成的損失是極大的，教訓(xùn)是深刻的。為此，各國政府對于污水處理工作極為重視，從法律和建設(shè)資金上給予保證，并不斷開拓新技術(shù)，使城市污水處理事業(yè)得以迅速發(fā)展。截至上世紀(jì)70年代，發(fā)達(dá)國家基本上普及二級處理。但二級生物處理耗能多，運行費用高，基礎(chǔ)建設(shè)投資也不低。發(fā)展中國家普遍“建不起”，或是“養(yǎng)不起”，因此紛紛尋求適用于本國國情的經(jīng)濟(jì)高效技術(shù)。就連美國也因廢水處理費用的高昂引起眾多的非議，據(jù)悉，美國每年二級生物處理廠所耗能量費用已超過10億美元，因此他們也在大力研究新技術(shù)，或改革傳統(tǒng)的流程。課題的背景隨著我國快速的城市化和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市污水日益增多，由于城市污水中含有大量的雜質(zhì)，不宜多次循環(huán)使用，也不能直接排放，所以為維持經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、健康增長和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，必須對城市污水加以處理，循環(huán)再利用。目前，在我國只要城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)都已有各自的污水處理設(shè)備，但大部分欠發(fā)達(dá)地區(qū)的縣市和小城鎮(zhèn)沒有對各類污水采取處理措施，而是直接排入附近河流。隨著環(huán)保要求的不斷提高，未采取污水處理措施的小城鎮(zhèn)在未來的若干年中必然有自己的污水處理設(shè)備。未來10年，中國城市污水處理項目工程建設(shè)投資將大大提高。采用先進(jìn)、實用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進(jìn)的自動控制技術(shù)，是推動環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級，實現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢下城市污水處理自動化控制系統(tǒng)無疑是一個具有巨大的社會效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。對于環(huán)境保護(hù)問題，國務(wù)院明確規(guī)定所有城市污染源都必須達(dá)到排放標(biāo)。其中處理過的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國是一個水資源匱乏的國家，而且時空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。所以水資源也是一種保護(hù)。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對于城市污水處理非常有必要。因此，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、計量自控檢測儀表使用、PLC控制系統(tǒng)技術(shù)，將為當(dāng)前城市污水處理控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。研究目的和意義世界任何國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會推進(jìn)社會進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民生活得到進(jìn)一步改善，但是也隨之帶來不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。這個污染源的出現(xiàn)引起了世界各國政府的關(guān)注，治理水污染環(huán)境的課題被列入世界環(huán)保組織的工作日程。我國是一個嚴(yán)重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總量為28000億m2，居世界第6位，人均水資源量為2220m2，居世界第110位，已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上13個缺水國家之一。目前我國約300個城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有50個。據(jù)中國經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計，全國按目前正常需要，年缺水總里約為300億～400億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)2300億。超過洪澇災(zāi)害。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經(jīng)嚴(yán)重的影響了人民的日常生活，嚴(yán)重的影響了我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。因此建設(shè)符合我國國情的污水廠自動控制系統(tǒng)對降低城市污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會和和諧社會、保持我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。2章城市污水處理控制系統(tǒng)總體介紹城市污水處理基本概念城市污水處理是指為改變污水性質(zhì)，使其對環(huán)境水域不產(chǎn)生危害而采取的措施。城市污水處理一般分為三級：一級處理，系應(yīng)用物理處理法去除污水中不溶解的污染物和寄生蟲卵；二級處理，系應(yīng)用生物處理法將污水中各種復(fù)雜的有機物氧化降解為簡單的物質(zhì)；三級處理，系應(yīng)用化學(xué)沉淀法、生物化學(xué)法、物理化學(xué)法等，去除污水中的磷、氮、難降解的有機物、無機鹽等。至于采取哪級處理比較合理，應(yīng)視對最終排出物的處理要求而定。城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，往往都排入排水系統(tǒng)。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種：=1\*GB3①排放水體；=2\*GB3②灌溉田地；=3\*GB3③重復(fù)使用。污水污染物可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)和物理形態(tài)進(jìn)行不同的分類。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無機性物質(zhì)和有機性物質(zhì)，其化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質(zhì)、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。2.2城市污水處理工藝及描述本城市污水處理工藝流程圖如下圖2-1所示：圖2-1工藝流程圖污水由進(jìn)水系統(tǒng)通過粗格柵和清污機進(jìn)行初步排除大塊雜質(zhì)物體，到達(dá)除砂池中。在除砂池系統(tǒng)中細(xì)格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機進(jìn)一步凈化污水中的細(xì)小顆粒物體，將污水中的細(xì)小沙粒濾除后進(jìn)入氧化溝反應(yīng)池。在該氧化溝系統(tǒng)中進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，此環(huán)節(jié)用到一些化學(xué)藥劑來加強處理效果，如復(fù)合堿、氯氣、油絮凝劑等。對污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整PH值。同時在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對污水中的含氧量進(jìn)行檢測，根據(jù)其反饋到PLC的值來控制曝氣機變頻器的運行，改變污水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C的作用是推進(jìn)水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應(yīng)更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。經(jīng)處理的污水進(jìn)入沉淀池中，在刮泥機的作用下進(jìn)行物理沉淀，為了加強沉淀效果，同時加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強烈吸附架橋作用更加容易沉降。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機作用下進(jìn)行脫水處理后排出清水。恒壓進(jìn)水系統(tǒng)的原理介紹變頻器是實現(xiàn)電機變頻運行的主要設(shè)備，能按照水壓恒定需要將0～50Hz的頻率信號供給水泵電機，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。MM420變頻器功能強大，即預(yù)先編置好的參數(shù)集，將使用過程中所需設(shè)定的參數(shù)數(shù)量減小到最小，參數(shù)的缺省值依應(yīng)用宏的選擇而不同。系統(tǒng)采用PID控制的應(yīng)用宏，進(jìn)行閉環(huán)控制。MM420變頻器根據(jù)恒壓時對應(yīng)的電壓設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號，利用PID控制宏自動調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來調(diào)節(jié)所控制的水泵電機轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒在一定范圍內(nèi)，滿足工藝要求。圖2-1進(jìn)水系統(tǒng)供水簡圖在以前的處理工藝中，常在同一路進(jìn)水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，當(dāng)所需進(jìn)水量大時多臺泵全開，供水量小時開一臺或兩臺。隨著技術(shù)的發(fā)展，隨著變頻技術(shù)的成熟。變頻技術(shù)應(yīng)用到了污水處理中的進(jìn)水系統(tǒng)，一方面可以實現(xiàn)恒壓控制，另一方面可以減少能源浪費，減低成本。恒壓控制是根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運算自動調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動機轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的。根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可時現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來時現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。2.4潛水?dāng)嚢铏C的作用潛水?dāng)嚢铏C又稱潛水推進(jìn)器，適用于污水處理廠的工藝流程中推進(jìn)攪拌含有懸浮物的污水、稀泥漿、工業(yè)過程液體等，創(chuàng)建水流，加強攪拌功能，防止污泥沉淀，是市政和工業(yè)污水處理工藝流程上的重要設(shè)備：分為混合潛水?dāng)嚢铏C、潛水推進(jìn)攪拌機。潛水?dāng)嚢杵髟谖鬯幚眍I(lǐng)域中的作用主要有以下四方面。2.4.1推動水力循環(huán)用“推進(jìn)器”進(jìn)行水力循環(huán)是一種高效節(jié)能的手段，尤其在污水生化處理中的厭氧池、缺氧池和氧化溝中，其應(yīng)用十分廣泛。由于在這類池中只需提供必要的循環(huán)流速，就可以保持池內(nèi)的混合液呈懸浮狀態(tài)，使微生物與其基質(zhì)充分接觸，因此其池型多采用Carrousel池型，通過“推進(jìn)器”輸人的能量，形成連續(xù)循環(huán)水流。這種設(shè)計不僅能有效地保持混合液懸浮，而且由于池內(nèi)循環(huán)水流的流量通常高于進(jìn)水流量數(shù)十倍，甚至上百倍，使池內(nèi)水流產(chǎn)生巨大的稀釋勻化能力，因而這種反應(yīng)器具有耐沖擊負(fù)荷的優(yōu)良工藝特性。同樣在氧化溝設(shè)計中，表曝設(shè)備兼有充氧與水力循環(huán)的雙重功能。在工程中往往會因水質(zhì)和水量變化而需要調(diào)整充氧能力時，難于兼顧池內(nèi)的循環(huán)流速，造成溝內(nèi)沉泥積泥的問題。增設(shè)“推進(jìn)器”便可以有效地解決其積泥問題，而且進(jìn)行這項技術(shù)改造并不復(fù)雜，投資又很少。這種設(shè)計不僅可以應(yīng)用于生化處理系統(tǒng)中，還可以應(yīng)用到污水排海工程的預(yù)處理系統(tǒng)中。在某污水處理工程的污水泵站建成之前，就設(shè)置了貯水池以均衡出水流量，保證放流管系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。貯水池池容為800立方米，每組水池池長64米，池寬27米，有效水深6米，設(shè)計最小循環(huán)流速。在貯水池中按廊道分別布置了四臺“推進(jìn)器”2.4.2提高傳氧效率在污水生化處理系統(tǒng)中，曝氣是維持好氧微生物正常代謝的基本手段，水下曝氣系統(tǒng)的傳氧效率又與水深有著直接的關(guān)系。在曝氣池中采用“推進(jìn)器”將曝氣池設(shè)計成上述連續(xù)循環(huán)流池型，就會在循環(huán)流速的作用下，改變由曝氣頭釋放“氣泡”的路徑，增大“傳氧水深”，提高傳氧效率。采用這種設(shè)計通常可使曝氣系統(tǒng)的傳氧效率提高15%左右，污水處理的能耗與運行費用隨之節(jié)省。2.4.3促進(jìn)混合攪拌隨著污水生化處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了分格、分段處理的工藝。當(dāng)單格池容較小時，可將每格設(shè)計成正方形平面或圓形平面，并在每格中設(shè)置一臺“攪拌器”。這類反應(yīng)器的布置方式十分靈活，在圓形池中可以任意布置位置，只要產(chǎn)生的推力與水流方向一致即可。在矩形池中則要布置在池壁的夾角處，設(shè)計中應(yīng)注意水流方向的選擇。當(dāng)單池容積較大(如超過800立方米)時，就應(yīng)當(dāng)通過對技術(shù)方案進(jìn)行分析比較，來選擇確定是采用“攪拌器”還是“推進(jìn)器”。一般而論，單池池容越大，池面越大，采用“推進(jìn)器”越經(jīng)濟(jì)。2.4.4改善水體的水質(zhì)在許多受污染的水體和污水處理所用的深度處理塘中，往往會遇到因水深、水流滯緩導(dǎo)致水體表面復(fù)氧不能保證深水區(qū)的溶氧要求的問題。這時候可以設(shè)置“攪拌器”進(jìn)行“人工呼吸”，為深水區(qū)復(fù)氧，改善整個水體的水質(zhì)。這種“人工呼吸”技術(shù)是一種簡單而有效的水質(zhì)改善手段。但由于其設(shè)計方式較多，涉及的邊界條件較為復(fù)雜，限于篇幅，不在此贅述。潛水?dāng)嚢铏C的控制方式污水處理系統(tǒng)定流量控制方式的這些缺陷是顯而易見的，能否找到一種更先進(jìn)的運行控制方式，既能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理系統(tǒng)中潛水?dāng)嚢铏C的基本作用，又能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能？答案的肯定的。長期以來，人們?yōu)榱私档臀鬯幚淼倪\行成本，減少寶貴的能源浪費，污水吹系統(tǒng)的運行管理工作者、設(shè)計工作者和節(jié)能科技工作者們，都進(jìn)行了艱苦不懈的努力。一些有經(jīng)驗的污水處理系統(tǒng)操作和維護(hù)人員，在沒有技術(shù)手段的情況下，常常采用人工控制的方法來進(jìn)行節(jié)能。如：污水處理負(fù)荷減少時，減少投入運行的主機臺數(shù)和水泵臺數(shù)，或者使主機間斷工作，這可以收到一定節(jié)能效果，但這種人工步進(jìn)式的調(diào)節(jié)非常粗糙，實時性差，且受設(shè)備配置的限制和人的因素影響較大。近年來，隨著大功率電力電子器件的出現(xiàn)，促進(jìn)了變頻器的小型化和實用化，為降低污水處理系統(tǒng)的能源浪費，人們開始采用變頻器來控制空調(diào)系統(tǒng)的水泵，通過出水口壓力的采集，對潛水?dāng)嚢铏C進(jìn)行PID（比例、積分、微分）調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能效果。這種基于精確數(shù)學(xué)模型的PID控制，歷史悠久，原理簡單，使用方便，價格較低。潛水?dāng)嚢铏C系統(tǒng)的閉環(huán)控制目前，在潛水?dāng)嚢铏C系統(tǒng)進(jìn)行改造的方案最為常見，節(jié)電效果也較為顯著。該方案同樣在保證潛水?dāng)嚢铏C有一定的水流出的情況下，通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)攪拌機出水流量，當(dāng)所需處理的污水不多時，減少攪拌機出水流量；當(dāng)所需處理的污水較多時，加大攪拌機出水的水流量，從而保證污水中懸浮物不沉淀前提下達(dá)到節(jié)能增效的目的。其閉環(huán)控制框架如圖2-3?，F(xiàn)有的控制方式大都先確定一個攪拌機變頻器工作的最小工作頻率，將其設(shè)定為：下限頻率并鎖定，變頻攪拌機水泵的頻率是取攪拌機出水口壓力信號來調(diào)節(jié)，當(dāng)壓力大于設(shè)定值時，頻率無極上調(diào)，當(dāng)壓力小于設(shè)定值時，頻率無極下調(diào)，當(dāng)壓力差越大時，變頻器的輸出頻率越高；當(dāng)壓力差越小，變頻器的輸出頻率越低。PLC控制器PLC控制器變頻器潛水?dāng)嚢铏C管道水泵機組壓力檢測圖2-3系統(tǒng)控制閉環(huán)回路3章變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器概述（frequencychanger/frequencyconverter）是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。過去，變頻器一般被包含在電動發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。隨著半導(dǎo)體電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨立的變頻器。變頻器通常包含3個組成部分：整流器（rectifier）和逆變器（Inverter）,還有直流部分(DC)。其中，整流器將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，逆變器將直流電再轉(zhuǎn)換成所需頻率的交流電。除了這2個部分之外，變頻器還有可能包含變壓器和電池。其中，變壓器用來改變電壓并可以隔離輸入/輸出的電路，電池用來補償變頻器內(nèi)部線路上的能量損失。不同的變頻器能夠處理的電源功率是不一樣的，從幾瓦到幾兆瓦都有。變頻器主要是由主電路、控制電路組成。圖3-1變頻器工作原理圖流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電容和電感吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。（1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運轉(zhuǎn)。（2）中間直流電路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型PWM逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護(hù)電路”組成。（1）運算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。（3）驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測電路：以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。（5）保護(hù)電路：檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。3.2變頻器的節(jié)能原理變頻器是輸出頻率可變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機使用。由水泵的工作原理可知，風(fēng)機、水泵特性為：Q∝CH∝2P∝3即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成反比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。根據(jù)轉(zhuǎn)速公式：n=n1(1-s)=60f(1-s)/p式中f——電源頻率，在我國工頻為50Hzp——極對數(shù)s——轉(zhuǎn)差率（(定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)/定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速）調(diào)節(jié)電動機電源頻率就可調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)