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1、水厂行车式虹吸排泥车的自动控制王 梁1、摘要本文介绍了plc控制在水厂实际生产中的应用即在平流式沉淀池排泥过程中的应用。着重说明了此套系统的构造，程序运行过程，以及应用plc的优势，并给出了自动运行的程序框图。2、关键词：plc 节能减排 自动化运行，调速3、引言随着我国经济和城市的发展，自来水供水需求亦同步增长，水厂供水量的不断增加导致了排泥自用水量的日益增大。大量的水厂排泥废水直接排入水体不仅污染水体，浪费大量水资源，而且造成制水成本的大大增加。因此，有效的减少排泥水量不仅可以节约制水成本，而且可以降低水资源污染，降低社会制污成本。 平流沉淀池是水厂生产工艺的重要组成部分，而虹吸排泥设备是
2、水厂平流沉淀池的重要设备。雪浪水厂沉淀池排泥机采用西门子MMV-150/3变频器实现变频调速、西门子S7-200PLC实现排泥机的自动化控制，从而实现排泥机各项工作要求，达到节能降耗。4、水厂生产特点及工艺要求概述 雪浪水厂是平流沉淀池+快滤池的生产工艺，自用水主要由平流沉淀池排泥水和滤池反冲洗水组成，其中平流沉淀池排泥水量约占总排泥水量的70%，根据水厂的生产特点，夏季源水藻类多，水较难处理，需要加矾量较大，产生的排泥水量也大；冬季源水水位低，浊度变化大，根据统计数据，源水浊度变化范围10245NTU，多数时间在3070NTU，水较易处理，矾耗低，需要排泥的水量较小。平流式沉淀池是各大中型水
3、厂常见工艺构筑物，是给水处理工艺流程中的重要一环。原水与硫酸铝或其它净水药剂混合反应后进入沉淀池，水中杂质逐步沉淀到池底，上清液在沉淀池末端溢流进入下一道工序。原水中的大部分杂质与净水药剂结合形成的截留在沉淀池底部的污泥需及时排出，否则如积泥过多将影响出水水质，而虹吸式排泥机正是这样的设备。平流沉淀池中的虹吸式排泥机，由桥式桁架、桁架传动电机及真空泵、电气装置及微型PLC、四极电源滑触线及八极信号滑触线、集泥板、喇叭式吸泥口及虹吸管等部件组成。集泥板随桁架行走，将沉淀池底部污泥汇集至吸泥口，经多组虹吸排泥管排到污泥；实行以定时启动排泥机沿池长全程吸除池底积泥的自动排泥控制方式为主，就地手动、远
4、程中控为辅的控制模式。排泥机自动运行流程为：每间隔2小时（经验设定）启动真空泵抽真空真空形成虹吸排泥开始（停真空泵）排泥机桁车以1.8m/min速度匀速前行并停真空泵桁架行至终端换向返回桁架返回起端自动停止破坏虹吸管真空停止排泥，虹吸排泥机一个运行周期（t=96min）结束。排泥机运行频率6.7次/d，虹吸排泥机排泥水量为4.7t/min，单台虹吸式排泥机的排水量为3023t/d。虹吸式排泥机的运行可以在设定后实行单次或数次自动运行，设定每天的运行次数是根据进水浊度和平流池积泥情况手工设定，初期运行时，净水厂自用水量达总处理量的10%以上，平流沉淀池中的虹吸式排泥机用水量占自用水量的70%以上
5、。很明显，水厂的沉淀池排泥水量消耗太多，加大了水厂现行工艺的运行成本，如果有排泥水处理工艺，也增加了排泥水处理的负担。整个排泥机系统主要由滑触线、椼架、不锈钢吸泥管及附属阀门、集泥架、抽虹吸潜水泵、行星齿轮减速机、不锈钢电气控制箱、固定钢轨等组成。虹吸形成后排泥机一般是无人操作，通过接近开关和限位设置自动连续在沉淀池两头匀速往返行走。水厂长期运行实践表明，沉淀池底部的积泥量呈现从始端到末端明显减少的特点，如下图所示：雪浪水厂是一个设计供水量25万吨的水厂，有四个沉淀池四台排泥机运行，平流沉淀池全长130多米，积泥大多集中在前70米，甚至可以说是主要是前30米（C-B），中间70米（）比较平均，
6、后30米积泥较少，如果采取24小时虹吸长时间排泥，将造成平流沉淀池中后部大量清水被排掉；如安排职工手动排泥，积泥少处减少排泥次数，这样既增加职工劳动强度，也不现实。因此我厂采用变频调速装置、PLC控制方式来实现排泥自动化，在夏季适当延长排泥时间，降低排泥行车速度，杜绝排泥管堵死的可能；冬季可适当缩短排泥时间，加快排泥车速度，节约排泥水量。这样可以降低劳动强度和生产成本，改善水处理效果，也提高了水处理行业的自动化水平。5、虹吸式排泥机不参与自控的缺陷净水厂运行的首要目标是出厂水水质达标，在确保出厂水水质的前提下，一些基本参数不会轻易地修改。加矾量根据原水流量、原水浊度变化进行比例投加，再根据沉淀
7、池出水浊度进行自动调整；加氯量以原水流量为前馈量，滤后水余氯为反馈量组成出厂水余氯值PID控制。加矾、加氯量在系统运行正常后不再进行手动参与，虹吸式排泥机的启闭掣设定后，管理者仅对沉淀水浊度进行监控，沉淀池出水指标偶尔超标时，不会对虹吸式排泥机的参数进行修改，只有沉淀水出水浊度超标频繁，且当矾投加量与小样实验数值相符，沉淀水出水浊度仍然偏高时，才会考虑重新整定虹吸式排泥机的运行参数：增加虹吸式排泥机的运行频率或调慢排泥机桁架的行走速度，从而延长虹吸排泥时间。这里有二个不合理的问题，一是沉淀水浊度未超标时，不等于此时的排泥设定是最佳，是否还有再调整虹吸排泥时间的余量；二是沉淀水出水浊度频繁超标时
8、，如何准确地设定排泥机的参数，做到最合理，缺少一个科学的测定方法，况且，根据平流沉淀池积泥沉降曲线可知平流沉淀池的池底沉泥主要集中在近絮凝池的前1/3段，近25米的区域内，沉淀池后2/3段区域虹吸排出的排泥水含固率往往很低，而排泥机启动后为全长匀速均匀排泥，25米后的时间过长，不同的存泥量，相同的排泥时间，存在着明显不合理。如此，以上二种情况，导致虹吸式排泥机的运行不合理，因而加大了水厂的运行成本。6、变频调速技术特点 排泥行车采用2台0.55KW电机同步运行，减速比是43:17，行走速度约为2.5米/分，现利用西门子MMV-440 1.5KW变频器的P041P049的功能，设定4档速度0.8
9、米/分、1.21米/分、1.81米/分、2.42米/分，实现行车调速，利用西门子S7-200 PLC控制变频器和排水阀门，实现自动调速排泥。另外利用模拟量模块EM231，显示屏TD400，可以显示行走速度、段距离和自动运行停车时间。变频调速自动排泥装置配置示意图如下：操作面板 模拟量模块 PLC电磁阀 变频器 TD400显示屏 行车 信号通讯 与PLC对接变频调速自动排泥装置的技术特点是： 运用PLC（可编程控制器）、变频器、继电保护等多项技术控制行车和电磁阀形成一套完整的变频调速自动排泥系统，实现了排泥自动化。 能进行自动监测、多通道逻辑控制、手/自动控制；能采集阀门开关量、行车速度模拟量、
10、事故量、脉冲量输入信号；能输出数字量和模拟量控制，并具有面板参数调节、程序锁存等功能。 提供手动、定时自动控制方式，还可以通过 PLC的RS232，RS485或专用工业通讯模块接口实现与计算机以太网的实时通讯，实现计算机远程监控。7、工作原理变频调速自动排泥装置的工作原理为：现阶段根据我厂实际生产情况，变频调速通过面板手动设置来实现速度调整（1.2m/min恒速运行），行车自动采用两段式运行。 系统自检，如电源等有故障，输出故障报警，无故障继续执行。 判断是否有强制启动信号或排泥时间达到设定值。如果是，检查阀门的输入状态是否有故障；行车运行状态是否有故障，进行逻辑判断，有故障就输出报警，无故障
11、继续执行； 执行输出开阀命令，在开阀过程中，计时器限定最大行程时间。如果开阀出现超出正常行程时间或过力矩等故障，就复位开阀输出位，以防止损坏设备；开阀无故障，则用阀门开到位信号来复位开阀的输出位； 阀门全开到位后，等待一定的排泥时间（操作员可在程序中设定）；PLC输出指令排泥机正向行走（顺水水流方向）至起始点A，停车计时，在结束设定停车时间后进入自动循环运行，自动运行流程如下： 从始点启动启动前：已设定运行区段及停车时间；两个蝶阀处于关足状态。沉 淀 池 水 流 方 向 C B A 终点 30米 90米 始点 1.2m/min 1.2m/min 停车计时运行时序：按“自动运行启动” 钮，PLC
12、控制开启两只蝶阀，两只蝶阀都开到位2分钟后，行车由始点A正行过B至终点C停车，延时1 分钟反行至B停车 ，延时 1分钟 正行回终点C停车，延时1分钟反行过B返回起点A停车并关闭两只蝶阀；在结束设定的停车时间后自动进入第二个循环。 从非始点启动启动前：两个蝶阀处于关足状态？运行时序：按“自动运行启动” 钮，PLC控制开启两只蝶阀，两只蝶阀都开到位2分钟后，行车由中间停车位反行至始点A 停车并关闭两只蝶阀；在结束设定的停车时间后自动进入第二个循环C B 中间停车位 A 终点 30米 90米 始点 停车计时 停车计时指令其流程图如图所示：手动形成虹吸 系统初始 人工控制手/自动 No Yes 命令到
13、？ 故障报警故障检测Yes返回始点A No 回到始点A 停车计时 系统参数初始化 阶段1排泥No阶段1结束阶段2排泥No阶段2结束 阶段3排泥 No阶段3结束 程序结束8、实用效果与分析经过自动化改造，根据沉淀池运行特点，行车速度作适当调整，自动运行停车时间合理的设定（时间间隔以30分钟为一个单位，最长可满足在次日自动启动运行），变频调速自动排泥装置运行效果较好，由于排泥的科学合理性，从而减少了池中泥层的堆积，提高了源水的利用率。排泥机运行一个周期约6个小时（运行排泥4小时，停车停排2小时），根据测算，每台排泥车排水量约80T/ h，全年平均每天运行16个小时，每天可节约水量2560T，大大降
14、低了药耗和水耗（节约自用水量约30%）；与人工操作相比，不仅保证了排泥的及时性和有效性，而且降低了制水工人的劳动强度，提高了生产效率，具有显著的经济效益和社会效益。9、问题探讨1、PLC、变频器工作环境差，夏季温度较高，要做好防雨、防雷、防高温等措施。2、排泥虹吸管注意密封效果好，避免漏气引起虹吸失败，从而使沉淀池中积泥过多。3、停车时间的核定，在面板显示中加入停车倒计时，增加计时报警。10、总结本文所设计的平流式沉淀池排泥机自动运行排泥系统已成功地应用于无锡自来水公司雪浪水厂，运行结果表明，该系统完全满足其设计要求，具有操作方便、可靠性强、数据完整、监控及时等突出优点，并大大地减轻了操作工人的劳动强度、缩短了操作时间，节约了水资源，是厂区自用水比例得到明显下降。真正做到了节能减排的效果。参考文献1平流沉淀池运行中存在的问题及改造措施 给水排水 2平流沉淀池中虹吸排泥桁车的控制改进 中国给水排水3利用污泥沉降曲线优化沉淀池排泥控制 给水排水4水厂自用水方面的节能减排 城镇供水 5雪浪水厂设计资料 上海设计院6雪浪水厂CAD图形资料 无锡市自来水总公司城乡设计院
