变频器在污水处理系统的应用.doc

武汉理工大学华夏学院图像处理技术课程考报告书变频器技术课程论文 题 目： 康沃CVF-P2系列变频器在污水处理系统中的应用 学院(系)： 程系 年级专业： 1班 学 号： 35 学生姓名： 鱼鱼 指导教师： 摘 要 随着环境保护要求的提高及环境保护意识的加强，各行业生产厂家对排放的废渣、废气、废水都需要进行一定的处理。电子信息技术及污水处理行业自身的迅速发展，自动控制系统逐渐应用到污水处理的控制与监测过程之中，并且取得了很好的效果，既节省了人力资源，同时提高了污水处理的效果和效率。因此，污水处理的自动控制系统具有广阔的发展潜力与应用前景。本文主要介绍了污水处理过程及康沃变频器在污水处理系统中的应用。关键词 康沃变频器； 环保； 污水处理目录第一章 变频器基本原理及应用 4第二章 污水处理过程52.1污水处理流程 52.2污水处理示意图 5第三章 污水处理系统的电气控制63.1污水处理的电气控制63.2 污泥处理的电气控制63.3 污泥离心机的电气控制73.4污水处理电气控制图7第四章 污水处理三级自动控制系统的实现8第五章 变频器的参数设置和现场调试9 5.1变频器的参数设置9 5.2现场调试常见的几个问题处理95.3 电器柜安装及维护11第六章 总结与体会12参考文献13 第一章 变频器的基本原理变频器的工作原理：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器的调速：基于调速方便、节能、运行可靠的优点，变频调速器已逐渐替代传统的变极调速、电磁调速和调压调速方式。在推出PWM磁通矢量控制的变频器数年后，1998年末又出现采用DTC控制技术的变频器。ABB公司的ACS600系列是第一代采用DTC技术的变频器，它能够用开环方式对转速和转矩进行准确控制，而且动态和静态指标已优于PWM闭环控制指标。直接转矩控制以测量电机电流和直流电压作为自适应电机模型的输入。该模型每隔25s产生一组精确的转矩和磁通实际值，转矩比较器和磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的给定值进行比较，以确定最佳开关位置。由此可以看出它是通过对转矩和磁通的测量，即刻调整逆变电路的开关状态，进而调整电机的转矩和磁通，以达到精确控制的目的。第二章 污水处理过程2.1污水处理流程一般的污水处理主要采用二级处理方式: 第一级机械处理:一般采用格栅等机械设备过滤污水中漂浮物或颗粒较大的物质; 第二级生化处理:根据不同处理要求，处理污水含有的各种超标的硅物质或金属元素，使处理后的水能满足后续用水设备的要求，如生活用纯净水、工业锅炉软化与除盐水等。 2.2污水处理系统示意图如图1：以某矿厂污水处理为例，其污水处理系统图如图1所示，污水主要来源生产线各种设备、工艺用水及部分生活污水等，这些污水经下水管道排送到污水集水池，集水池中的污水先进行机械预处理，主要采用机械转动格栅，经过格栅过滤可将污水的漂浮物或颗粒较大的固状物滤去，由两台潜水泵将污水送入沉淀池，沉淀池采用对角斜板结构这样有利于污泥沉淀于底部，污泥混合物进入污泥池后由一台污泥泵将泥水混合物送入污泥离心机(脱水机)进行固液分离，分离水返回沉淀池重新处理，脱干后的污泥经消毒后送出。经沉淀池预处理后的污水由一台污水泵将水送入生化处理池进行处理，生化处理主要根据不同的用水要求对污水进行不同的化学处理如酸碱中和、除盐等，经生化处理后的水可进入后续环节。 第三章 污水处理系统的电气控制本污水处理电气控制系统分为污水处理电气控制与污泥处理电气控制两部分,其基本控制原理如下: 3.1污水处理的电气控制 污水集水池中的污水经两台污水泵1、污水泵2将污水送入沉淀池，两台水泵由一台变频器采用一拖二方式控制，为防止沉淀池水溢出发生事故，沉淀池中设置有水位检测装置，当实际水位超过报警水位时控制系统自动关闭格栅前的电动蝶阀以防止发生溢水事故。沉淀池中的污水由生化水泵送入生化处理池，生化水泵由一台变频器控制，生化处理池设有水位上限检测，通过控制生化水泵控制生化处理池水位。 该污水处理系统采用中工控机+PLC+变频器控制方式，其中PLC采用西门子S7-300，变频器采用深圳康沃电气技术有限公司生产的CVF-P2风机水泵专用变频器。 沉淀池内设置有上限、下限水位及上、下限报警水位检测，其控制过程为：当水位达到下限时水位检测将信号送给PLC，PLC启动变频器并将频率上升(变频器中UP端子闭合)信号输出给变频器，当变频器频率达到50Hz时，若此时水位仍处于下限位置，PLC发出切换信号将污水泵1切换到工频运行，延时一段时间后由变频器启动污水泵2，相反当水位达到上限位置时则停止污水泵1，PLC发出变频器频率下降低信号(变频器DOWN端子闭合)。若因水泵或其它原因造成水位低于下限超过或上限水位报警时，水位检测器将报警信号送给PLC，由PLC输出启动报警电路(报警指灯与响铃)，以提示操作人员查看原因。 污水泵1、污水泵2电机功率为22kW，选用变频器型为CVF-P2-4T0220。 上述污水处理控制系统中的生化水泵电机为30kW，由一台CVF-P2-4T0300变频器控制,生化处理池的水位控制方法同沉淀池，同样采用变频器的频率递增、递减功能实现水位自动控制。 3.2污泥处理的电气控制 斜板沉淀池中的污泥、污水混和物进入污泥池后由污泥泵将污泥混合物送入污泥脱水机(离心机)进行固液分离，污泥池中的污泥通过污泥泵定时排放，当污泥池中污泥水位达到检测位置时，水位检测器将检测信号送给PLC，由PLC启动变频器进行排污(排污时间根据实际情况设定)，该污泥处理系统污泥泵定时时间设定为1h，每次排污泥约6t。 当因控制系统不正常造成污泥池液面达到上限水位报警时，水位检测器将信号送给PLC，PLC输出信号启动报警电路(报警指灯与响铃)提示操作人员作相应处理，以防止污泥溢出事故发生。 污泥泵变频控制采用康沃CVF-P2-4T0300型号变频器，主要参数设定如下：3.3污泥离心机的电气控制污泥泵将污泥送给污泥离心机，由PLC输出污泥离心机进行脱水，脱水时间根据实际设定，离心机电机为22kW其控制柜也采用变频控制，变频器选用康沃CVF-G2恒转矩型变频器，由于离心机为惯性负载，采用变频器控制时须安装制动单元和制动电阻否则在减速中容易出现过流与过压保护。 离心机变频控制调试时由于离心机属于大惯量负载，要求负载起动转矩较大，变频器参数设置应适当调整起动转矩及加减时间，若起动时困难可用手动变频器起动转矩同时延长起动时间，延长减速停车时间并注意制动电阻的发热情况。 3.4污水处理电气控制（系统接线图） 第四章 污水处理三级自动控制系统的实现以上讲述的是污水处理的二级自动控制系统，即主要由现场PLC+变频器(各类电磁阀或仪表)构成，大多工厂对于污水处理系统采用三级自动控制系统，即中央控制室+现场PLC+变频器(各类电磁阀或仪器仪表)。 本控制系统具有手动与自动两种方式，手动控制时可在现场操作台控制污水泵变频器、污泥泵变频、污泥离心机及格栅电动蝶阀。自动控制时PLC与中央控制室的主机(个人计算机)进行通讯，污水集水池、污泥的水位检测、污水泵、污泥泵变频器、污泥离心机等运行状态均通过主机中组态软件进行仿真，同时在主机上可直接操作现场设备及监视到现场设备是否正常运行，采用这样的系统大大提高污水处理过程控制的自动化程度，提高设备运行效率。如图所示： 第五章 变频器的参数设置和现场调试5.1变频器的参数设置变频器的参数设定在调试过程中是十分重要的。由于参数设定不当，不能满足生产的需要，导致起动、制动的失败，或工作时常跳闸，严重时会烧毁功率模块IGBT或整流桥等器件。变频器的品种不同，参数量亦不同。一般单一功能控制的变频器约5060个参数值，多功能控制的变频器有200个以上的参数。但不论参数多或少，在调试中是否要把全部的参数重新调正呢？不是的，大多数可不变动，只要按出厂值就可，只要把使用时原出厂值不合适的予以重新设定就可，例如外部端子操作、模拟量操作、基底频率、最高频率、上限频率、下限频率、启动时间、制动时间(及方式)、热电子保护、过流保护、载波频率、失速保护和过压保护等是必须要调正的。当运转不合适时，再调整其他参数。 5.2现场调试常见的几个问题处理现场调试常见的几个问题处理：起动时间设定原则是宜短不宜长，具体值见下述。过电流整定值OC过小，适当增大，可加至最大150。经验值1.52s/kW，小功率取大些；大于30kW，取>2s/kW。按下起动键*RUN，电动机堵转。说明负载转矩过大，起动力矩太小(设法提高)。这时要立即按STOP停车，否则时间一长，电动机要烧毁的。因电机不转是堵转状态，反电热E=0，这时，交流阻抗值Z=0，只有直流电阻很小，那么，电流很大是很危险的，就要跳闸OC动作。制动时间设定原则是宜长不宜短，易产生过压跳闸OE。具体值见表1的减速时间。对水泵风机以自由制动为宜，实行快速强力制动易产生严重“水锤”效应。起动频率设定对加速起动有利，尤以轻载时更适用，对重载负荷起动频率值大，造成起动电流加大，在低频段更易跳过电流OC，一般起动频率从0开始合适。起动转矩设定对加速起动有利，尤以轻载时更适用，对重载负荷起动转矩值大，造成起动电流加大，在低频段更易跳过电流OC，一般起动转矩从0开始合适。 基底频率设定基底频率标准是50Hz时380V，即V/F=380/50=7.6。但因重载负荷(如挤出机，洗衣机，甩干机，混炼机，搅拌机，脱水机等)往往起动不了，而调其他参数往往无济于事，那么调基底频率是个有效的方法。即将50Hz设定值下降，可减小到30Hz或以下。这时，V/F>7.6，即在同频率下尤其低频段时输出电压增高(即转矩U2)。故一般重载负荷都能较好的起动。制动时过电压处理制动时过电压是由于制动时间短，制动电阻值过小所引起的，通过适当增长时间，增加电阻值就可避免。制动方法的选择(1)能耗制动。使用一般制动，能量消耗在电阻上，以发热形式损耗。在较低频率时，制动力矩过小，要产生爬行现象。(2)直流制动。适用精确停车或停位，无爬行现象，可与能耗制动联合使用，一般20Hz时用直流制动，>20Hz时用能耗制动。(3)回馈制动。适用100kW，调速比D10，高低速交替或正反转交替，周期时间亦短，这种情况下，适用回馈制动，回馈能量可达20的电动机功率。更具体详情分析以及参数选取。空载(或轻载)跳OC按理在空载(或轻载)时，电流是不大的，不应跳OC，但实际发生过这样的现象，原因往往是补偿电压过高，起动转矩过大，使励磁饱和严重，致使励磁电流畸变严重，造成尖峰电流过大而跳闸OC，适当减小或恢复出厂值或置于0位。起动时在低频20Hz时跳OC原因是由于过补偿，起动转矩大，起动时间短，保护值过小(包括过流值及失速过流值)，减小基底频率即可。起动困难，起动不了一般的设备，转动惯量GD2过大，阻转矩过大，又重载起动，大型风机、水泵等常发生类似情况，解决方法：减小基底频率；适当提高起始频率；适当提高起动转矩；减小载波频率值2.54kHz，增大有效转矩值；减小起动时间；提高保护值；使负载由带载起动转化为空载或轻载，即对风机可关小进口阀门。使用变频器后电动机温升提高，振动加大，噪声增高我公司载波频率设定值是2.5kHz，比通常的都低，目的是从使用安全着眼，但较普遍反映存在上述三点问题，通过增高载波频率值后，问题就解决了。送电后按起动键RUN后没反应。可能的原因有：(1)面板频率没设置；(2)电动机不动，出现这种情况要立即按“停止STOP”并检查下列各条：再次确认线路的正确性；再次确认所确定的代码(尤其对与起动有关的部分)；运行方式设定对否；测量输入电压，R，S，T三相电压；测量直流PN电压值；测量开关电源各组电压值；检查驱动电路插件接触情况；检查面板电路插件接触情况；全面检查后方可再次通电。5.3 电器柜安装及维护变频器的接地与动力设备的接地是两种内容不同的接地，变频器接地是为了泄放变频器工作时产生的感应电压，动力设备的接地是防止动力设备发生漏电或者短路时，使保护装置动作，同时切断供电电源，两种接地应该相互分开，更不能把变频器的接地端子与与设备外壳相连，虽然各自接地了，但是，如果万一有一方接地断开，又同时发生漏电故障，将会通过另一方的接地，对变频器或者人身安全造成危害。虽然变频器接地端子有两处，但是意思根本不是一回事，一个是输入信号的接地GND，也用G表示。一个是变频器电气设备的接地ERH，也用E表示，两种不能混淆。要确定一台变压器的经济运行特性，首先要对具有相同额定容量的变压器的运行成本和制造成本进行经济上的比较，并且分析总年度费用或损耗核定值的总投资。 变压器的电能消耗 (指空载损耗和负载损耗)会随着电力系统电压变化而变化，因此，在制定变压器经济运行方案时，必须确定变压器的总损耗方案。 一般认为，当变压器空载损耗的年度费用等于负载损耗的年度费用时，变压器损耗的总年度核定值最