变频控制柜应用与反冲洗系统

1．现状及存在问题

在污水处理站中，正常过滤时，滤料在滤罐内被压实；当过滤过程完成后，先导通流程，启动反冲洗泵，滤料被冲起。反冲洗过程需要控制反冲洗强度，强度低，达不到反冲洗效果；强度大，会破坏滤层的分布。因此，在反冲洗泵出口汇管设有流量计和调节阀，工艺要求一次滤罐每隔12h要进行一次自动反冲洗，二次滤罐每隔24h要进行一次自动反冲洗。

反冲洗过程存在以下问题：

(1)工频启动时，管道内流体经历一个突然启动的过程，当滤料板结程度较深时，容易整体被顶起，导致滤罐内部筛筐、筛板、配水管等部位损坏，进而造成滤料流失。不但出水水质较差，而且要经常补充滤料，造成资金浪费。

(2)污水处理站内的二次滤罐都要进行反冲洗，每个滤罐在反冲洗过程所表现的流通阻力特性不尽相同，而过程仅有十多分钟，反冲洗强度随时间变化的曲线很难把握得当。对于不同的滤罐，工人仅凭经验控制阀门的开度以控制水量及强度，想达到良好的反冲洗效果几乎是不可能的。

2．设计控制方案

(1)主电路设计。由变频器、低压断路器、熔断开关、接触器、电抗器等组成主电路。按照工艺和设备互备的要求，设计的主电路具有工频／变频与工频／工频组合方式，满足了安全和连续生产的要求。同时，使用电抗器可以抑制变频器产生的高次谐波对电网的污染，防止对现场敏感电子设备的干扰，符合EMC规范。

(2)控制电路设计。由西门子s7—226、PLC可编程控制器、文本编辑器TD200、继电器、流量计信号等组成闭环变频调速系统的控制部分。可以实现本地／远程启停控制、工频／变频运行模式选择、自动故障检测及自动／手动控制的任务。当工况改变时，工人可通过安装在变频柜盘面的文本编辑器TD200更改反冲洗强度、反冲洗运行时间和上升时间。变频运行时PLC通过PID运算处理流量信号，输出4～20mA的变频器频率调节信号，调整电机转速，改变泵的排量和扬程，使反冲洗泵满足工艺上压力与流量的要求，控制流量与压力。

PLC在线检测交流接触器的触点，确保变频器在电机过热或电机失速时可自动停止运行；在线检测低压断路器的触点，防止变频器在电源瞬间掉电的冲击下而导致变频器损坏。接触器互锁、继电器互锁、PLC内部编程互锁的三级互锁保护确保系统安全可靠的运行；在运行期间随时监测变频器、PLC、低压电器的状态，发现故障立即处理并报警，紧急情况可以自动停运，保护关键设备的安全。提供各种信号及状态指示，可直观地观察系统运行情况。

3．控制策略及编程思想

(1)安全可靠：由于现场环境较为恶劣，电磁干扰严重，而且变频器及控制柜自身也产生较强的电磁干扰和高次谐波，因此抗干扰性能和纠错能力是控制电路的首要指标。通过硬件三级互锁和PLC软件编程相联合，有效地提高了系统的安全可靠性。

(2)冗余设计：低压电器及其它主令开关等元器件的电气与机械性能毕竟不是绝对的，因此采用少量备用电器来完成冗余设计。即在主要设备正常时可用几个同级电路完成同级的控制任务。设计了变频器的启停冗余、变频器控制冗余、启动机泵运行冗余。三处冗余电路可确保变频器非正常时系统仍可连续运行，提高系统的运行时率。

(3)故障监测：系统运行时在线检测运行状态，实时处理并报警。提高了系统的安全可靠性，并且在系统正常维护保养时提供必要的技术数据，便于故障定位，减轻维护强度。

4．结语

目前杏四联合站、杏五一联合站、杏五二联合站都已使用了该系统。以常用的泵洗核桃壳滤罐为例，通过应用反冲洗变频调速控制，不仅能冲洗掉滤层表面上的油污及杂质，而且使滤料内层的油污及杂质翻移到滤层表面而随水冲出，滤料清洗更彻底，提高了注入水质合格率。