畢業(yè)論文 通用變頻器在污水處理水位控制系統(tǒng)上的應(yīng)用

1、通用變頻器在污水處理水位控制系統(tǒng)上的應(yīng)用通用變頻器在污水處理水位控制系統(tǒng)上的應(yīng)用摘要：介紹了污水處理水位控制系統(tǒng)上通用變頻器的選型和應(yīng)用情況，以及變頻器控制系統(tǒng)中PLC和PID調(diào)節(jié)器的選擇和優(yōu)化對(duì)比。關(guān)鍵字：通用變頻器、控制系統(tǒng)、PLC、PID調(diào)節(jié)器1 問(wèn)題的提出水位的控制是污水處理過(guò)程中很重要的調(diào)節(jié)手段，對(duì)保證污水的絮凝沉降時(shí)間起到關(guān)鍵的作用。長(zhǎng)煉催化劑廠污水處理裝置中清水池的水位控制，在沒(méi)有采用變頻器之前，主要通過(guò)調(diào)節(jié)回流閥和開(kāi)停泵來(lái)控制水位，費(fèi)時(shí)費(fèi)力同時(shí)還不利于沉降（如圖1所示）。圖1要實(shí)現(xiàn)清水池水位的自動(dòng)控制，可選擇的主要有兩種方案，方案一：將出水閥和回流閥改用氣動(dòng)閥，通過(guò)改變出水和回

2、流的流量以達(dá)到自動(dòng)控制水位的目的。方案二：利用變頻器的調(diào)速作用，對(duì)排水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)水位調(diào)節(jié)。2 方案對(duì)比 前述兩種方案即常提的閥門(mén)控制和轉(zhuǎn)速控制，閥門(mén)控制價(jià)格便宜，但依然無(wú)法消除回流水對(duì)清水池沉降效果的影響，而且從節(jié)能的角度來(lái)看，也有很大的缺點(diǎn)。圖2節(jié)電量變頻器控制閥門(mén)控制從圖2可以清楚，轉(zhuǎn)速控制比閥門(mén)控制的節(jié)電效果明顯的多，尤其是在低速區(qū)，變頻器由于效率高，接近泵運(yùn)行的理想曲線。所以從長(zhǎng)期運(yùn)行的角度來(lái)看采用變頻器調(diào)速控制，具有節(jié)能和不影響清水池沉降效果等優(yōu)點(diǎn)。故應(yīng)當(dāng)采用轉(zhuǎn)速控制。3 變頻器的選擇 變頻器容量的選擇選擇變頻器容量的基本原則是：最大負(fù)荷電流不能超過(guò)變頻器的額定電流。污水崗

3、位兩臺(tái)出水泵是型號(hào)為250S-65的雙吸水泵，所配電機(jī)功率為132kw，選擇的變頻器容量應(yīng)該132kw 變頻器類型的選擇污水輸出對(duì)過(guò)載能力方面要求不高，低速運(yùn)行時(shí)負(fù)荷較輕，負(fù)載對(duì)轉(zhuǎn)速的精度沒(méi)有特別的要求，在選型時(shí)以廉價(jià)適用為主要原則，選用普通功能型變頻器即可滿足要求。我們選用日本三肯公司生產(chǎn)的型號(hào)為：MF-132K-380變頻調(diào)速器，其主要性能指標(biāo)和特征如下：適用電機(jī)容量132KW額定輸出電流260A額定輸入電壓3380V±15% 50/60Hz±15%控制方式電壓矢量控制方式調(diào)頻范圍0.5400 Hz 可于0.550 Hz間隨意設(shè)定始動(dòng)頻率額定輸出電壓3380VV/F比率

4、設(shè)定以28種模式任意選擇轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償手動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)補(bǔ)償加減速時(shí)間設(shè)定0.19999秒/50 Hz標(biāo)準(zhǔn)附屬功能電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)、寸動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)、頻率上下限的可變限幅回避頻率、4檔速度的設(shè)定及其他功能制動(dòng)轉(zhuǎn)矩電容反饋（約20%）DC動(dòng)態(tài)制動(dòng)（轉(zhuǎn)矩設(shè)定可調(diào)）頻率設(shè)定信號(hào)在操作面板上進(jìn)行數(shù)字設(shè)定或外部設(shè)定（DC 010V 或 AC 420Ma）保護(hù)功能過(guò)電流失速防止、過(guò)電流限幅、短路及接地障礙的保護(hù)、電子熱敏器、過(guò)電壓失速防止、輸入欠壓保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)顯示功能（以7段字符和LED表示）頻率、電流、轉(zhuǎn)速、設(shè)定數(shù)據(jù)、異常內(nèi)容及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等的顯示過(guò)電流承受能力150% 1分鐘周圍溫度-1040-1050（取下上下罩

5、且裝于配電盤(pán)內(nèi)）周圍濕度90%以下4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器 或P L C變 頻 器水泵電機(jī)清 水 池水 位 測(cè) 量 變 送水位給定實(shí)際給定圖3如圖3所示，清水池的水位控制應(yīng)采用閉環(huán)系統(tǒng)，采用通用變頻器驅(qū)動(dòng)水泵來(lái)控制清水池的出水量，變頻器則可通過(guò)調(diào)節(jié)器或PLC（可編程邏輯控制器）來(lái)控制。 PLC控制方案的實(shí)現(xiàn)：在選用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法時(shí)，一開(kāi)始設(shè)計(jì)單位采用的是可編程邏輯控制器，該系統(tǒng)電氣控制原理如圖4所示，主要由6個(gè)部分組成：可編程邏輯控制器、液位測(cè)量變送器、液位顯示、變頻調(diào)速器、繼電器隔離及信號(hào)放大電路、報(bào)警器等。工作過(guò)程如下：1XK和4XK處設(shè)置的變頻器的工作頻率分別為0Hz和50H

6、z，使水位限定在該極限環(huán)內(nèi)，而在3XK和2XK處，是根據(jù)水位變化速度進(jìn)行頻率設(shè)置。表1所示，如果水位在1XK處，那么控制器將使變頻器的輸出達(dá)到0Hz，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。假如水位能由1XK上升到 2XK的位置，上升時(shí)間為T(mén)。當(dāng)T60min時(shí)，控制器讓變頻器選擇50Hz；當(dāng)T240min控制器讓變頻器選擇25Hz。假如變頻器選擇25Hz時(shí)，水位繼續(xù)由2XK上升到3XK的位置，當(dāng)T60min時(shí)，控制器讓變頻器選擇50Hz；當(dāng)T240min時(shí)，控制器讓變頻器仍選擇25Hz不變。如果水位在4XK處，那么控制器將使變頻器的輸出達(dá)到50Hz，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。假如水位能由4XK下降到 3XK的位置，下降時(shí)間為T(mén)

7、。當(dāng)T60min時(shí)，控制器讓變頻器選擇0Hz；當(dāng)T240min控制器讓變頻器選擇45Hz。假如變頻器選擇45Hz時(shí)，水位繼續(xù)由3XK下降到2XK的位置，當(dāng)T60min時(shí)，控制器讓變頻器選擇0Hz；當(dāng)T240min時(shí)，控制器讓變頻器仍選擇45Hz不變。如表1所示。采用PLC控制方法，變頻器采用多檔速度的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，連接線路比較復(fù)雜。且PLC的型號(hào)價(jià)格較高，型號(hào)選定和采購(gòu)都不方便，出現(xiàn)故障不易解決。故在PLC損壞后，我們改用了PID調(diào)節(jié)器直接控制。1XK2XK3XK4XK由1XK上升由3XK下降由2XK上升由4XK下降253545500025354560 min0050000000254550505

8、0050120 min004500002535354550502550180 min003500253545253545503550240 min002525354550002535454550時(shí)間頻率水位控制器輸出信號(hào)的規(guī)律表1圖4 PID調(diào)節(jié)器控制方案的實(shí)現(xiàn) 比較PLC控制方法，PID調(diào)節(jié)器的控制只需接入420mA，通過(guò)信號(hào)直接來(lái)控制變頻器的輸出頻率，雖然水位控制過(guò)程具有非線性、大慣性的特點(diǎn)，但在實(shí)際使用過(guò)程中PID調(diào)節(jié)器的控制應(yīng)用還是比較成功。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖5所示：PID調(diào)節(jié)器420mA信號(hào)信 號(hào) 分 配 器4#變頻器3#變頻器泵931/3泵931/4液位 測(cè)量變送報(bào)警420mA信號(hào)420mA信號(hào)380V供電圖55 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)半年多的實(shí)踐，采用PID調(diào)節(jié)器控制通用變頻器，