卧式螺旋卸料离心脱水机控制系统的设计与实现

卧式螺旋卸料离心脱水机控制系统的设计与实现摘要卧式螺旋卸料离心脱水机（简称卧螺离心机）是实现固液分离的关键设备。

卧螺离心机工作时，转鼓转速及其与螺旋输送器之间的差速，决定着物料的分离效果和分离效率等。

是离心机的重要控制参数。

离心机的高效分离性能必须通过完善的自控系统才能得以实现。

随着离心机设备的要求越来越高，设备不断更新，可靠性、易操作性、可监视性和易维护性已是最基本的要求了。

由继电器组成的控制电路具有可靠性差、不易维护、不易监示等缺点，己不能适应当前的要求。

随着电子技术、软件技术和控制技术飞速发展，可编程控制器（ＰＬＣｌ控制已成为国内外的主流控制方式。

本课题主要是根据卧式螺旋卸料离心脱水机的特点，设计研制满足卧式螺旋卸料离心脱水机使用要求的、高性能的控制系统。

本课题深入分析了离心脱水机的工作原理及其关键技术，选用电磁调速电机驱动污泥泵，选用变频器调速方式驱动卧式螺旋卸料离心脱水机的转鼓和螺旋输送器，实现了对污泥泵、转鼓和螺旋输送器的无级调速。

并对转鼓支承轴承实行温度自动控制，保证了设备的长期可靠运行。

我们根据设备的特点与要求，完成了ＰＬＣ电控系统的操作方便性设计和可靠性设计，结合软件编程实现系统的功能。

在制作控制箱及现场调试的过程中，进行了抗干扰分析，并从硬件和软件等方面采取措施，提高了控制系统的抗干扰能力。

在本课题的设计与研究中，以实用为原则，注意设计方案的可行性、可靠性及稳定性等。

本课题虽然是选择的某一特定型号的卧螺离心机，但其设计思路和方法可为其他型号的卧螺离心机控制系统的设计提供参考。

关键词：卧螺离心机，控制系统，变频器，可编程控制器，抗干扰插图清单图２一ｌ图２－２图３—１污水处理过程…………………………………………………………８卧螺离心机结构图…………………………………………………………．．９离心机系统总体结构……………………………………………．．１４变频器结构图…………………………………………………………………．．１５变频器的功用……………………………………………………………………．１６电动势原理图…………………………………………………………………．１６图３—２图３—３图３－４图３－５图３－６图３—７表３－Ｉ变频器并联操作两个及两个以上电动机………一１９变频器顺次起动多台电动机……………………………………．１９ＰＬＣ机硬件构成…………………………………………………２０ＰＬＣ端子分配表………………………………………………………２１ＰＬＣ外部硬件配置图……………………………………………．２４图３—８控制系统硬件配置图……………………………………………２３图３－９图３—１０污泥泵调速电机接线图…………………………………………２５图３－１１共直流母线交流变频调速系统的结构…………………………～２６图３－１２卧式螺旋卸料离心脱水机控制箱的面板………………………．．２７图３—１３卧式螺旋卸料离心脱水机控制箱的外型………………………．．２８图３—１４卧式螺旋卸料离心脱水机控制箱的内部结构…………………．．２９图４—１图４—２图４—３图４－４图５—１图５—２图５—３图５－４卧式螺旋卸料离心脱水机的工作过程…………………………．３２转鼓和螺旋输送器的升速流程图………………………………．３２离心机／污泥泵控制电压的计算程序流程图……………………３５ＰＬＣ、变频器及若干外围设备的综合接线图……………………．３６采用继电器进行隔离……………………………………………４２ＤＩ输入模块光电隔离……………………………………………４３ＤＯ输出模块光电隔离………………………………………………４３变频器抗干扰外部接线…………………………………………４７可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检致谢值此论文完成之际，谨向我的导师陈远龙表示最真诚的感谢和敬意！在研究生阶段近三年的学习和生活期间，陈老师都给予了我无微不至的关怀和毫无保留的教导。

本论文的选题、资料收集到撰写、修改都凝聚着陈老师的心血．陈老师渊博的学术知识、严谨的治学态度、诲人不倦的育人精神都使我受益终身，并将指导我在以后的人生道路中不断进步。

谨向导师陈远龙致以最诚挚的敬意和衷心的感谢。

感谢万胜美老师，丁苏赤老师，是他们的聪明智慧和辛勤劳动才使课题得以顺利完成。

十分感谢他们给予我的关心和帮助。

感谢我所有的授课老师，感谢师弟贾志华、徐必超，以及宿舍里我亲密的室友对我在学习上和生活上的关心和帮助。

尤其要感谢我的父母，他们教给我做人的道理，他们给予我向前的勇气，他们是我挫折后永远的避风港。

最后，衷心感谢所有给予我帮助的人！作者：张凤霞２００７年５月第一章１．１我国水污染控制现状绪论随着人口的增加，经济的发展以及工业化步伐的加快，我国城市污水的排放量也与日俱增，导致水体污染严重。

近２０年来，污水的年排放量在大幅度增加。

１９９９年全国工业和城市生活废水排放总量为４０１亿吨，比上年增加１．５％。

其中工业废水排放量１９７亿吨，比上年减少２．Ｏ％；生活污水排放量２０４亿吨，比上年增加５．２％；生活污水排放量超过工业废水摊放量。

２００３年全国工业和城镇生活废水排放总量为４６０．０亿吨，比上年增加４．７％。

其中工业废水排放量２１２．４亿吨，比上年增加２．５％；城镇生活污水排放量２４７．６亿吨，比上年增加６．６％１１】Ｉ”。

由此可见，我国污水的排放量逐年上升，并且上升的速度有增加的趋势。

我国人均水量少，只有世界平均水量的１／４，水资源供需矛盾突出，加上污染严重，水资源问题是当前我国社会经济可持续发展最突出的问题之一。

为适应经济发展和人民生活水平不断提高的要求，加快城市污水治理工作已刻不容缓。

然而，污水处理是一门涉及化学、物理、生物等多门科学的综合性技术，其工艺机理复杂，操作要求十分严格，实现起来难度较高。

如果单凭现场人员手动操作，往往操作繁琐，劳动强度大，处理效果差。

我国水污染控制水平尤其是工业废水的污染控制水平较低。

虽然工业废水水量相对较少，但是它分散广，浓度高，处理工艺流程复杂。

这与我国现阶段自控水平低，控制设备落后的状况形成尖锐的矛盾，以致工业废水难以得到有效的处理，出水水质状况差，处理水不达标的情况。

面对水量增加，处理效率低的双重压力，增加对污水处理的资金投入，应用性能优良的污泥处理设备和控制技术，是尽快解决我国城市水环境污染问题的关键，这也可以为未来的城市污水处理打下良好的基础。

１．２污泥脱水设备性能比较过去，国内城市污水处理厂的污泥（浓缩）脱水，绝大部分都采用带式压滤机，离心机因其噪音大、能耗高、处理能力低而很少采用，然而，最近几年来，卧螺离心机（简称离心机）的应用大有超过带式压滤机（简称带滤机）之势。

在国外，卧螺离心机的应用很普遍。

而在国内，卧螺离心机的推广主要得益于离心机厂家成功的市场营销。

国外采用离心机的主要原因是其脱水后含固率高，可达３０％以上，而国内由于污泥处置费用不高，对含固率要求也不高，一般只要求超过２０％，这样国外供给国内的离心机的材质和加工精度降低一个档次仍能满足要求。

由于国内部分设计人员对采用离心机的认识模糊，选用离心机而对其处理后含固率仍与带滤机要求相同，这样离心机就失去了其竞争优势。

国内许多设计院或用户常常忽视了这一点。

下面根据带滤机和离心机的使用调查情况，就污泥浓缩脱水设备的性能作以下探讨。

由于带滤机为污水处理厂污泥脱水的主流，因此离心机的优点主要建立在与带滤机的比较上，离心机对带滤机来说，具有如下优点：①卧螺离心机利用离心沉降原理，使固液分离，由于没有滤网，不会引起堵塞，而带滤机利用滤带使固液分离，为防止滤带堵塞，需高压水不断冲刷；②离心机适用各类污泥的浓缩和脱水，带滤机也适用各类污泥，但对活性污泥需投药量大且脱水困难；③离心机在脱水过程中当进料浓度变化时，转鼓和螺旋输送器的转差和扭矩会自动跟踪调整，所以可不设专人操作，而带滤机在脱水过程中当进料浓度变化时，带速、带的张紧度、加药量、冲洗水压力均需调整，操作要求较高；④在离心机内，细小的污泥也能与水分离，所以絮凝剂的投加量较少，一般混合污泥脱水时的加药量为３ｋｇＡ［干泥】，污泥回收率为９５％以上，脱水后泥饼的含水率为６５％～７５％左右，而带滤机由于滤带不能织得太密，为防止细小的污泥漏网，需投加较多的絮凝剂以使污泥形成较大絮团，一般混合污泥脱水时的加药量大于３ｋｇ，ｔ［千泥］，污泥回收率为９０％左右，脱水后泥饼含水率８０％左右：⑤离心机污泥脱水耗电为１．２ｋｗ／ｍ３，运行时噪音为７６～８０ｄｂ，全天２４ｈ连续运行，运行中不需清洗水，停机除外；而带滤机污泥脱水耗电为Ｏ．８ｋＷ／ｍ３，运行时噪音为７０～７５ｄｂ，滤布需松驰保养，一般每天只安排二班操作，运行过程中需不断用高压水冲洗滤布；⑥离心机占用空间小，安装调试简单，配套设备仅有加药和进出料输送机，整机全密封操作，车间环境好；而带滤机占地面积大，配套设备除加药和进出料输送机外，还需冲洗泵，空压机，污泥调理器等等，整机密封性差，高压清洗水雾和臭味污染环境，如管理不好，会造成泥浆四溢；⑦离心机易损件为轴承和密封件，螺旋输送器的维修周期一般在３年以上；而带滤机易损件除轴承、密封件外，滤带也需更换，价格昂贵；⑧运行费用的计算。

离心机厂商在进行离心脱水与带式压滤脱水运行费用比较时，采用如下算法ｐｌ：假设：以８ｘ１０４ｔ／ｄ的污水处理厂为例，泥浆量为３３３ｍ３／ｄ，干泥量为ｌＯｔ／ｄ，进泥含固量为３％（浓缩后污泥），脱水后污泥含固率＞２０％。

带机投药量４ｋ＃ｔ［干泥】计，单机处理电耗以Ｏ．８ｋＷ／ｍ３泥浆计，冲洗水：污泥浆为ｌ：ｌ；离心机投药量以３ｋｇ＆［干泥１计，单机处理电耗以１．２ｋＷ／ｍ３泥浆计，２冲洗水以０计，电费Ｏ．５３元／ｋｗ，水费１．０元／ｍ３，药费８０元／ｋｇ。

计算得：带式压滤机：药费为３２００元／ｄ；电费为１４１．１９２元，ｄ；水费为３３３元，ｄ。

则带机的日运行费用为∑＝３２００＋１４１．１９２＋３３３＝３６７４．１９２元，ｄ。

离心机：药费为２４００元／ｄ；电费为２１１．７８８元／ｄｉ水费为Ｏ元／ｄ；则离心机的日运行费用为∑＝２４００＋２１１．７８８＋０＝２６１１．７８８元／ｄ。

运行费差额：１０６２．４０４元，ｄ，１年以３６０ｄ计，△＝１０６２．４０４元／ｄｘ３６０ｄ－３８２４６５．４４元人民币。

即１年运行费带机大约比离心机多３８．２５万元人民币．根据上述分析，得出如下结论：污泥脱水采用离心机比带滤机更合适；离心机由于分离效率高，对污泥的絮凝要求比带滤机低，所以药耗低，且运行费用低、月收益和脱水效果好。

１．３离心机概况随着工业的不断发展，在化工、石油化工、石油炼制、轻工、食品，医药、纺织、冶金、煤炭、船舶、国防工业等各个领域都需要进行固液分离。