软启动器、变频器在污水处理厂鼓风机房的应用.pdf

软 起 动 器 So f t St ar t e r ‘ 变频嚣世界 2 0 0 4年 1 1月 软启动器、变频器在污水处理厂鼓风机房的应用 Ap p l i c a t i o n o f So f t St a r t e r a n d I n v e rt e r f o r Bl o we r Ro o m o f Se wa g e Tr e a t me n t Pl a n t 北京创联信控制技术有限公司颜清红张全胜 Y a n Q i n g j i a n g Z h a n g Q u a n s h e n g 摘 要 义介绍丁软 l j 动器 、变 } 乏} 1 C 污水 f受 f ‘ l f JL 嚼的 I ． 莳照描述 J 系统 托 制功能 关罐闻软 动器 变频器 茨鼓r WL 制系统 Ab s t r a c t Th e a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n o f s o f t s t a r t m ‘ i n x c r t m ’ a n d P L C I “o l ’ b l o we r r o o m o f s e wa g e t r e a t me n t p l a n t I t d e s c r i b e s t h e s y s t e m c o n f i g u r a t i o n a n d c o n t r o l f u n c t i o n ． Ke y wo r d s S oft s t a r t e r I nv e r t e r Roo t s hl O 、 e r Co n t r o l ’ s t e I 1 1 [ 中图分类 ‘ ]X5 2 [ 芝南 际 Ⅱ f _5 ]I 3 足 、 l l 引言 本污水处理厂地处华东地 区，建于长江下游江中的岛 屿上。此污水处理厂一期建设规模为 日处理污水 5万吨。 由于当地气候常年炎热潮湿， 又地 处江中。故整个污水 处理厂建设前业主对设备 以及 自动化程度要求很高。 2 鼓风机房设备选型 2 ． 1机房设备选型 本污水处理厂动力鼓风机房主要功能为对东、西两组 氧化池曝气，设备 配备如下 1 共安装了5台2 0 0 k w 的法国 HI B O N罗茨鼓风机， 2台为一组，正常工作时，1 、2 鼓风机与 4。 。 、5 鼓 风机各为一个工作组， 调节送风量 。1 5 使用变频器控制 鼓风机，2 4 使用软启动器控制鼓风机， 当某一工作组的 变频控制的鼓风机出现故障时，3 鼓风机 自动启动，替换 有故障的鼓风机继续运行 。 2 每台鼓风机出口配 2台电动调节阀， 执行头采用 a u ma品牌。其中 1 台排气阀，l 台放空阀。 3 总管配备 2台电动调节换向阀， 主要配合 3 备用 鼓风机投入系统工作。当 1 、2 鼓风机组 中的 l 风机 出现故障时开 1 换向阀，当4 、5 鼓风机组中的5 风 机出现故 障时开 2 换向阀。 工艺流程 图如图 1所示。 l 0 鼓风机 2 l 壹 E 风机 3 - 壹 E 风帆 4 0 鼓风机5 l 鼓风机 图1 工艺流程图 3 自控系统构成说明 3 ． 1 基本框架 本系统是实时监控系统，依据集散控制系统设计的基 本原则，整个鼓风机组的控制系统构成 DH4 8 5网络， 分为 以下 3个部分 1 主监控站 以下简称 MC P ； 2 l ～5 鼓风机组过程控制分站 以下简称 LC P ； 3 鼓风机组电气传动系统， 即3台鼓风机变频控制柜 和 2台鼓风机软启动控制柜。 鼓风机组控制系统原理框图如图 2所示 。 3 ． 2 MCP 功能说明 M C P由可编程控制器，以及相应的人机界面 触摸式 显示操作面板 鼓风机运行状态、报警等设备组成 。数 Th e W o r ld o f I n v er t er s I 7 3 维普资讯 ‘ 变频器世界’ 2 0 0 4 年 1 1 月 M C P I 控站 l 0 鼓风机 2 0 鼓风机 3 0 鼓风机 4 0 鼓风机 5 0 鼓风机 图2 鼓风机组控制系统图 据通过 DH4 8 5网络与 5台鼓风机组的就地控制盘 L C P 进 行数据交换。MC P将有关信息、数据进行分析和处理后通 过人机界面 触摸式显示操作面板 进行显示，同时将有关数 据上传给厂区上一级计算机管理系统。根据上级计算机管 理系统下发的调度命令，向各 LC P下发控制指令， 由各鼓 风机 L CP完成对鼓风机组的控制。 M CP的盘面示意 图如图 3所示。 ● ◆● ● ● ● ■■■■■目乜I W 囊l l函1日日 ●●●◆ ● 曩■■瑾目厦圃匡照 L 圃 ● ● ● ● ■圈圈雹圈囝圃匣匿 堙圈 图3 MCP 的盘面示意图 主要 功能 1 实现对鼓风机组的远程控制和调节功能； 2 实时显示鼓风机组的运行状态 3 提供声光报警 4 接受各 LC P上传信息，并按要求控制 LC P工作； 5 具有与污水处理厂的上一级计算机 自动控制系统 进行通讯的功能； 6 监视是否有故障产生， 判断是否启动备用风机； 7 4 l Th e Wo r ld o f In v er t er s 7 根据上一级计算机 自动控制系统的风量给定值， 调 节风机频率。 3 3 L CP 功能说明 每台 L C P分别由可编程控制器，以及相应的人机界 面 触摸式显示操作面板 、鼓风机运行状态指示、出口空气 温度显示、出口空气压力显示等设备组成。通过数据通讯 线与 MC P进行数据交换，同时可按照 MC P下发的调度控 制命令，完成对鼓风机组的启 ／停等控制。 LCP的盘面示意图如图 4所示。 图4 L CP 的盘面示意图 主要 功能 1 监视并控制单台鼓风机的运行； 2 带有就地仪表指示； 如 出口空气温度、出口空气 压力等鼓风机运行参数显示； 3 带有越限报警保护功能； 如 电机温度过高时产生声 光报警提示，且故障保护停机； 4 具有手动 ／自动工作方式选择； 正常运行时，转换 开关置于 自动位置运行，手动控制仅在电气系统和设备调 试时使用，同时也可在计算机系统故 障时临时使用； 5 带有启动、正常 ／紧急停车操作按钮； 6 按照设定的参数，对鼓风机电动机、冷却风机以 及调节阀等进行 自动控制； 7 按照要求，将相关鼓风机运行参数上传给 MC P ， 并接受 M CP的控制。 3 ． 4软启动器、变频器功能说明 整个鼓风机房五台鼓风机组的电气传动系统为 1 、 3 、5 鼓风机为变频控制，2 、4 鼓风机为软启动器 控制，3。 鼓风机为变频备用风机。 正常工作时， 1。、2 鼓风机与 4 、5 鼓风机各 为一个工作组，控制东西两侧出气管的送风量 。当其 中 某一工作组的变频器控制的风机出现故障时，3 变频鼓 风机 自动启动，替换有故障的鼓风机继续运行， 待电机故 维普资讯 障消除后， 则重新启动，3。 变频鼓风机停止 。 电气系统控制盘示意图如图 5所示。 软起动器 Sof t S c a| T e， ‘ 变频器世界2 0 0 4 年 1 1 月 图5 电 气系统控制盘示意图 主 要功 能 1 完成对单台鼓风电机的配电； 2 变频控制柜可就地显示所控鼓风电机的工作状态、 供 电电压 、电流、频率 、转速 、故 障报警 等，同时将 以上信息上传给 LCP，并接受 LCP的控制命令； 3 软起动控制柜可就地显示所控鼓风电机的工作状 态 、供 电电压 、电流 、故 障报警等 ，同时将 以上信息 传给 LC P．并接受 LCP的控制命令； 4 变频器控制的鼓风机可根据上一级计算机控制系 统计算出来的送风量来调节鼓风机的工作频率，使污水的 曝气环节达到最佳效果； 5 防止电机在低频工作时烧毁， 变频器提供了电机过 温保护 功能 6 鼓风机使用变频调速器和软启动器控制， 使电机平 滑 启 动 。 ABB软启动器的特点及选型 在本项 目中选用了 ABB公司的 P SD系列软启动器 。 P S D软启动器具有坚固的金属外壳设计，可适合各类常规 启动和重载启动。柔性组合的电位器式参数设定，清晰的 L ED状况与故障指示于前面板上，如图6所示，同时可选 附表 控制功能表 功能项 目 实现方式 l 一 5 鼓风机组本地就地手动操作方式 将鼓风机 L C P控制箱的于 ／自动l丌关切换到 “ 手动”位置，利用 L CP控制箱上的启停按钮和变频风机的 在鼓风机旁具备就地手动操作功能。 频率调节电付器控制鼓风机的启停和运行频率的调节。 l 一 5 鼓风机组远程 手动操作方式 将鼓风机 l J C P控制箱的手 ／自动开荚切换到 “ 自动”位置，同时中控室计算机监控系统设置为远程手动 中控室计算机监控系统 七 远程手动控 操作方式、 由I f 】 控幸计算机系统远程手动操作鼓风机的启停和变频风机的运行频率。 制鼓风机的运行。 l 、2 和 4 、5 鼓风机组 自动运 行方式 将鼓风机 1 C I 控制箱的于／自动l丌关切换到 “ 自动”位置，同时 中控室计算机监控系统设置为全 自动操 5台鼓风机分成两组．分别对爆气池 作方式。 进行曝气，其中 l 变频风机和2 T ／ 当风量给定值 l 1 5 n 1 ／ t l 时． 自动启动 2 或 4 工频软启风机，同时变频风机按照风量差值 设 池进行曝气。5 变频风机和 4 工频 定风量 一 l 1 0 m ／ h 调节变频Ix I 机运行频率 软启鼓风机为一组，对东边的曝气池 ／ 当风量给定值 9 0 m ／ h时 I 频软启冈 进行曝气。3 变频风机为备用风机。 3 风机 自动运行方式 ／ 当 l ／2 风机故障 l 换向 先打开， 当 1 ／ 2 或4 ／ 5 风机故障或正常 3 风机停止 l 换 阀关闭 检修保养时．为了不影响污水的正常 ／ 当4 ／5 风机故障 2 换向阀 白 ’ 先打开． 机 自动停 止。 全开后 3 鼓风机启动 。故障消除后 l 风机启动． 全开后 3 鼓风机启动 。故障消除后 5 风机启动． 处理工艺 3 风机将 自动接替故障风 3 风机停止，2 换向阀关闭 机的运行。 ／l ／ 2 风机本地 “ 手动” 检修保养 3 鼓风机的动作模式同 l ／ 2 风机故障状态时的动作流程； ／4 ／ 5 风机本地 “ 手动” 检修保养 3 鼓风机的动作模式同 5 风机故障状态时的动作流程。 l 、2 换向阀动 作方式 ／ 模拟 l ／ 2 风机故障 l 换向阀打开 3 风机向西侧管道送风； 与 3 风机配合使用，切换 3 风机 ／ 模拟 4 ／ 5 风机故障 2 换向阀打开、3 风机向东侧管道送风； 的送 风方向。 ／ l 、2 换向阀同一时间只能有‘ 个打开。同时向中控室计算机系统传送开或关到位信号以及过 力矩报警信号。 风机排气阀、放空阀动作方式 ／ 当风机为停止状态时 排气阀全关，放空阀全开； 跟随鼓风机联动、当风机停止时 排 }／ l当风机为运行状态时 排气阀全开，放空阀全关； 气阀全关，放空阀全开； 当风机运行时 ／ 同时向中控宦计算机系统传送开或关到位信号以及过力矩报警信号。 排气阀全开，放空阀全关。 i Th e W o r l d o f In v er l e m I 7 5 维普资讯 ‘ 变频器世界 2 0 0 4 年 1 1 月 图6 软起动器面板图 配先进的电子过载继 电器保护。 软起动器 So f {Sf a r t e r 因负载是 2 O O kW 罗茨鼓风机，选择软起动器时放大 型号为 P S D4 7 0 ，功率为 2 5 0 kW，标准不带电子过载保 护。外配 ABB公司 TA系列 SU 特性重过载热继 电器， 在启动过程 中能承载过高的电流，同时软启动器进线侧加 装快速熔断器，容量选定是软启动器额定电流的 3 5倍。 并增加旁路接触器。 3 ．5 主要电气自控设备选型 1 MP C的P L C控制系统选用美国AB公司的S L C 5 0 0 系列 P L C可编程控制器，人机界面选用美国 AB公司的 P a n e l v i e w1 0 0 0 l O寸触摸式彩色显示操作面板。 2 1 ～5 L C P的 P LC控制系统选用美国 AB公司 的 Mi c r o L o 西xl 5 0 0系列P L C可编程控制器，人机界面选 用美国 A B公司的P a n e l v i e w6 0 0 6 寸触摸式显示操作面板。 3 鼓风机变频器选用 ABB原装的 A C S 6 0 0系列变 频器 。 4 鼓风机软启动器选用 AB B原装的 P S D系列软启 动 器 。 5 电气控制柜内的低压元件 如断路器、交流接触 器、中间继 电器等选用 A B B 产品。 上接第6 页 6 结束语 以高压变频器应用市场为例，它具有广阔的市场需 求 。变频器产业可能会像汽车产业一样成为主要产业，成 为国家工业支柱及命脉。然而这个市场并不是现成的，需 要人们去开发。 目前，大部分人甚至还没有认识到通过 变频器技术到底可以实现些什么。因此我们需要不断开拓 市场，找出最需要这种技术的地方，并适当地进行应用。预 计未来将会出现很多由风险资金和企业家投资的企业来加 入变频器产业的发展，百家争鸣群雄争霸的局面将会继 续，但历史规律将会注定只有不断创新拥有核心技术的企 7 6 I Th e Wod d o f I n v er t e r s 7 考虑到当地气候潮湿，每套电气控制柜内装有自 动 除 湿 装 置 。 8 L C P盘面指示仪表选用相应的进口智能显示仪表。 9 LC P盘面的操作按钮、指示灯等电气元件选用进 口的电气产 品。 4 控制功能阐述 控制功能见 附表 。 5 结束语 整个鼓风机房设备已投入运行半年多， 自控系统能很 好的与厂区监控 系统协调工作，鼓风机房做到无人值守。 罗茨鼓风电机由于应用了变频调速器和软启动器，能做到 很好的平滑启动，即减少了对供 电系统的 电流冲击， 又 能很好的避免对设备的硬性冲击，延长设备使用周期。使 用变频调速控制的鼓风机节能效果尤为突出， 这在用电形势 极其严峻的情况下有着极其重要的意义 。 参考文献 [ 1 ]AB B公司．AC S 6 0 0 变频器及 P S D软启动器技术 手册[ Z ] ． 【 2 】郭宗仁， 吴亦锋， 郭永可．编程序控制器应用系统设 计及通信网络技术[ M] ．北京 人民邮电出版社，2 0 0 2 ． [ 3 ]AB公司．P L C选型应用手册[ Z ] ． 作者简介 颜清红 男 电气工程师就职于北京创联信控制技 术有限公司。 业 才 能立 于 不败 之地 。 参考文献 略 作者简介 吴加林 1 9 5 3 - 男 大学毕业 中国变频技术开拓 者，享受政府津贴的变频技术专家，中国优秀民营企业家， 成都佳灵电气制造有限公司总裁。多项国家火炬计划项目 及国家重点创新项目的负责人。在中 高 压变频器领域及 电机调速控制理论方面有突破性的研究，拥有三十多项专 利，在 国内外发表论文数 十篇，专著 多本 。 维普资讯