水厂污泥离心脱水系统控制方案解析

水厂污泥离心脱水系统控制方案解析
摘要：主要介绍了可编程控制器自动控制系统在水厂污泥离心脱水系统中的
应用，包括污泥脱水系统的组成、离心机的结构和工作原理、污泥脱水固液分离
领域的可编程控制器自动控制系统的组成和设计，涉及硬件设备选型、软件编程等。

关键词：离心脱水系统；自动控制；组成和设计
为保证污泥离心脱水系统稳定运行，多采用PLC和触摸屏控制方式。

PLC是
一种数字化操作的电子系统，是专为工业环境应用而设计的。

它采用可编程存储
器(其中存储有执行逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算的操作指令)，
通过数字和模式输入输出控制各种机械或生产过程。

PLC是20世纪70年代以来
在集成电路和计算机技术基础上发展起来的新型工业控制设备，广泛应用于自动
化控制的各个领域。

1PLC在水厂污泥离心脱水系统中的应用
1.1污泥离心脱水系统简介
整个污泥离心脱水系统由离心机、絮凝剂制备装置、切割机、进泥螺杆泵、
加药螺杆泵、进泥流量计、加药流量计、螺旋输送机等组成。

1.2离心机的结构和基本原理
上逆流卧式螺旋卸料沉降离心机是一种能同时完成污泥浓缩和脱水的设备。

主机由柱锥滚筒、螺旋卸料器、差速器、轴承座、机座、机壳、主副电机和电气
系统组成。

其工作原理是:悬浮液通过进料管和螺旋出料口进入滚筒；在高速旋
转产生的离心力作用下，密度较高的固体颗粒沉积在转鼓内壁；与滚筒相对运动
的螺旋叶片不断刮掉固体颗粒并将其推出出渣口；分离出的澄清液体通过液体层
调节板的开口流出滚筒。

螺杆与滚筒之间的相对运动(即差速)是通过差速实现的，其大小由辅助电机控制。

差速器壳体与转鼓连接，输出轴与螺旋体连接，输入轴
与辅助电机连接。

主电机驱动滚筒旋转，也驱动差速器壳旋转。

辅助电机通过联
轴器连接控制差速器输入轴的转速，使差速器能够以一定的速比向螺杆传递扭矩，从而实现离心机对物料的连续分离[3]。

离心机有两种自动控制功能，即差速控制和扭矩控制。

由于物料的固含量可
能波动，应采用差速控制系统，以保证差速的稳定性，实现恒定的渣干；采用恒
转矩控制时，需要保证离心机负荷稳定，分离效果处于最佳状态，以保证离心机
可靠安全运行。

目前，离心脱水系统的电气控制系统大多采用PLC加触摸屏的控
制方式，实现系统平稳、连续、自动运行。

在运行过程中，PLC会对轴承温度、
振动、扭矩、药罐液位、污泥罐液位、离心机进料流量、加药流量进行判断，确
保系统安全运行。

出现异常情况时，触摸屏上会显示报警信息，可以根据报警信
息确定故障位置。

与上位机的PROFIBUS-DP通讯可以实现对离心脱水系统运行参
数的实时监控。

1.3设计方案
1.3.1系统配置
控制柜内主要部件包括主变频器(Abbas 510)、辅助变频器(ABBACS550)、加
药变频器(Abbas 510)、给料变频器(Abbas 510)、供粉变频器(Abbas 510)、
PLC(西门子S7-200)(配置表见表1)、西门子触摸屏(SMART1000IE)和接触器。

表1PLC配置表
槽位
模
块
参数
1CP
U22624点输入，16点继电器输出
2EM16点输入，16点
223继电器输出
3EM
235
4路模拟量输入，1路模拟量输出
4EM
235
4路模拟量输入，1路模拟量输出
5EM
235
4路模拟量输入，1路模拟量输出
6EM
235
4路模拟量输入，1路模拟量输出
7EM
277Profibus-DP通讯模块
1.3.2软件编程和模拟量处理
PLC编程软件采用step7-micro/winV4.0，触摸屏采用SIEMENSSMART1000IE。

每个开关控制和计时、计数和联锁采用顺序控制。

浓缩池中聚丙烯酰胺(PAM)的
用量、药池中的液位、污泥池中的液位以及辅机的扭矩都由工艺控制。

对于PLC控制系统来说，其抗干扰能力直接影响系统的稳定可靠运行。

从
S7-200PLC的安装手册可以看出，模拟/数字(A/D)模块之间没有隔离，模拟模块
抗干扰能力弱，因此从硬件接线和程序两方面进行抗干扰处理。

(1)硬件布线。

电源线和控制线分开布线；开关和模拟信号分开走线，模拟
信号(如药箱液位、加药、进料流量计信号、污泥池液位、振动信号)采用屏蔽线，一端接地，接地电阻小于屏蔽电阻的1/10；用M短路变送器采集的模拟信号的负
端，消除共模电压差；为PLC电源增加隔离变压器；传感器输出信号加入阻容滤波，滤除高频干扰信号；有效接地。

(2)程序方面。

模拟输入信号在程序中平均128次，每次读取时间为毫秒，
完全满足实际需要。

1.4PLC控制系统软件设计
PLC控制系统考虑了各种联锁保护，如轴承座振动、温度变化、主变频器故障、辅助变频器故障、加药变频器故障、给料变频器故障、输送机故障、刀闸阀
故障、给料蝶阀故障、偏心阀故障、污泥罐混合器故障、污泥罐液位变化、药罐
液位低、扭矩大、主机电流大、加药流量小、给料流量小等。

(故障联锁和地址
见表2和)变频器的运行、故障反馈和启停均由PLC开关模块完成，运行频率、
运行电流和给定频率由模拟输入输出模块通过0~20mA电流信号进行监测或控制[5]。

1.5PLC自动控制过程
1.5.1离心脱水系统
按下程序启动按钮，离心机将在5分钟内达到分离速度(2700r/min)，输送
机将在3分钟内稳定启动。

检查药罐、污泥罐液位是否正常，无异常加药泵启动，污泥进料偏心阀开启，加药流量大于0.3m3/h后启动污泥泵，延时3min后刀闸
阀开启，离心机进入正常分离状态；当扭矩大于45N·m或按下程序停止按钮时，加药泵停止，延时1分钟后泥浆泵停止。

离心机空转10分钟排泥后，关闭进料
偏心阀，关闭刀闸阀，停止输送机；停止离心机25分钟，然后再次提速至冲洗
速度(10Hz)，打开冲洗阀冲洗15分钟，停止离心机。

表2故障联锁
地址注释说明地
址
注释说明
I 1.6
输送机
故障
与进料系统联锁M
13.0
轴温
高
与离心机运行、
进料系统联锁
I 1.7
刀闸阀
故障
与进料系统联锁M
12.2
力矩
大
与离心机运行、
进料系统联锁
I 2.1
主变频
器故障
与离心机运行、
进料系统联锁
M
13.4
振动
大
与离心机运行、
进料系统联锁
I 2.2
副变频
器故障
与离心机运行、
进料系统联锁
M
12.3
进料
流量小
与进料系统联锁
I 2.3
进料变
频器故障
与进料系统联锁M
12.4
加药
流量小
与进料系统联锁
I 2.4
加药变
频器故障
与进料系统联锁I
0.5
蝶阀
故障
与进料系统联锁
M 12.0
主机电
流大
与离心机运行、
进料系统联锁
I
0.7
偏心
阀故障
与进料系统联锁
V D584
污泥池
液位
与进料系统联锁M
11.0
药箱
液位低
与进料系统联锁
在运行过程中，PLC会实时监控轴承温度、振动、扭矩、药罐和污泥罐的液位，并在出现异常时联锁保护相关设备，确保离心机安全可靠运行。

编程分为自动和手动两种模式。

手动模式是指每个设备都可以独立操作，每个设备的顺序控制都是通过手动操作进行的；自动模式是一键启动，所有设备按照编制的自动程序顺序控制，自动和手动联锁。

PLC根据设定的转矩，通过调节辅助电机的转速，实现对实际转矩的比例、积分、微分控制(PID控制)。

1.5.2PAM制备系统
选择自动模式，第三罐混合器自动运行，自动检测第三罐液位，中间液位开始自动配药，检测药斗的药位，一切正常时自动启动供水阀、推杆、供粉电机、振动器，自动按设定比例调整PAM干粉用量，使第三罐高液位时自动停止推杆、供粉电机、供水阀、振动器。

1.5.3PAM加药系统
在浓缩罐中设定PAM干粉投加量，PID根据进泥量通过调节加药泵转速来控制PAM投加量。

2结论
通过介绍控制方案在水厂离心脱水系统中的应用实例，说明随着现代工业自动化的进步，PLC在工业自动化控制领域仍将发挥巨大的主导作用。

随着PLC与现代网络设备的不断连接和应用，未来必将在工业自动化控制领域获得更大的发展空间，为现代工业自动化提供有力的技术支撑。

参考文献：
[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].2版.北京:北京航空航天大学出版社,2008:80-96.
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[3]李强,谢世艺,陈裕晖.浅析离心机在飞灰水洗固液分离中的应用[J].化工装备技术,2018,39(4):62-64.
[4]张浩.PLC控制系统抗干扰能力的优化措施[J].信息记录材
料,2019,20(1):98-99.
[5]徐昌红,林录云.通信技术在离心机控制系统中的应用[J].过滤与分离,2017,27(4):32-35.。