平流沉淀池吸泥机自动化方式的探讨

平流沉淀池吸泥机自动化方式的探讨

The discussion of sedimentation tank scraper automation

傅晓冬　张 锋——杭州市水业集团有限公司

关键词：吸泥机 真空引水系统 气环泵 自控方式 控制逻辑

　　当前在新建水厂中平流沉淀池正得到日益广泛的应用，而吸泥机作为平流沉淀池的重要设备，其自动化已经成为水厂自控系统中一个重要的组成部分。吸泥机运行正常与否直接关系到平流沉淀池的运行效果，因此有必要对如何简单高效地实现吸泥机自动化进行探讨。

一、吸泥机真空引水系统

　　目前采用的吸泥机大多为行车双驱动式，排泥方式为虹吸式、泵吸式或虹、泵吸 转换方式。泵吸方式适用于原水浊度较高、泥砂比重较大的场合，一般水厂中虹吸方式使用几率还是比较高的。虹吸式系统工作原理简单，就真空引水系统采用的设备而言有两种不同的形式——潜水泵型和气环泵型。以下是2种真空引水系统的示意图：

　　潜水泵型真空引水系统是一种传统的使用最为广泛的真空引水系统，对其运行情况进行总结，具有以下4方面的缺陷：
　　 1、潜水泵置于水下，一般采用的国产潜水泵无故障运行时间较短，一旦出现潜水泵故障必须降低平流沉淀池水位才能进行检修或更换，影响工艺系统正常运行，操作较为不便。
　　 2、潜水泵置于水下，吸口易被异物堵塞，造成吸力下降，真空形成时间拉长或难以形成真空。清除堵塞异物必须降低平流沉淀池水位才能进行，影响工艺系统正常运行，同样操作不便。
　　 3、冬季低温时，真空引水管路中积留的原水中杂物易造成管路结冰，无法形成真空，使吸泥机陷入瘫痪，只有自然或人工解冻后方能恢复运行，影响冬季的正常运行。
　　 4、利用潜水泵产生真空，电耗和水耗较大。以笔者所在的杭州市水业集团下属的九溪和南星2家水厂为例，潜水泵选用功率为3KW，流量为45m³/h。
　　 而相比之下，气环泵型真空引水系统虽出现较晚，但具有显著优点：
　　 1、气环泵置于吸泥机车体上，工作介质为清洁空气，不易堵塞，噪音极低，即使出现设备故障也便于检修，不影响工艺系统运行。
　　 2、气环泵的工作方式决定了其具有较长的无故障运行时间。
　　 3、如辅以液位开关或延时控制，在水位到达气环泵安装高度前停止气环泵运行，可保证冬季无结冰现象产生。
　　 4、按照一般设计规范，对于引水高度在气环泵选用功率为1.5KW即可，水耗可忽略不计，节能节水前景较好。
　　 笔者所在的2家水厂在吸泥机改造中先后采用了气环泵型真空引水系统，投入运行后效果良好。

二、吸泥机自控方式和控制逻辑

　　在传统的吸泥机自控方式中，考虑到平流式沉淀池的沉淀特性，往往将沉淀池的前1/3段作为吸泥重点，一般设置工作行程为1/3行程往返+全程往返。在一些老水厂中吸泥机往往采用在起点、1/3处和终点分别设置机械撞块来实现继电控制，真空形成后吸泥机开始走行程，潜水泵在行程中一般不停运，此种运行方式较为呆板，原水浊度变化时调节余地较小，电耗水耗较高。另一种模式是在吸泥机上设置小型PLC，根据全程时间设置2~3个PLC定时器实现1/3+2/3+全程的控制模式，但如果要变更控制模式必须由技术人员携手持式编程器到现场调整定时器预置值或修改程序，调整较为不便。
　　 笔者所在的九溪和南星2家水厂采用了吸泥机直接由已有的中型PLC控制，通过组态软件在计算机上调整行程和周期的方式，具有远程设定，调整灵活的特点，较好地实现了吸泥机的无人管理。现简单介绍一下其自控方式和控制逻辑。
　　 2家水厂原有吸泥机均为有轨普通双驱动式，考虑到动力线已经是滑线形式，为降低改造成本，采用增加一条信号扁平电缆，与动力线一起固定在携缆小车上的方式解决信号传输问题。与I/O信号采用2.4G无线主从电台传输方式相比，实现了同样功能却可节约大量资金。吸泥机I/O信号线经过渡接线箱直接进入现场中型PLC柜。真空引水系统采用气环泵形式，在气环泵安装高度以下设置液位开关，以便在引水水位到达气环泵安装高度前停止气环泵运行。破真空采用电磁阀和延时继电器组合控制方式。PLC只向吸泥机发出向前或向后指令，抽真空和破真空均由就地控制箱完成。PLC的吸泥机子程序中设置了3个行程和1个停止周期，均由PLC定时器控制，可由计算机输入定时器预置值。控制逻辑如下：

　　除以上控制逻辑外，在程序调试中还陆续增加了一些辅助功能，以使吸泥机的控制更加完善。
　　 1、考虑到检修需要，程序中增设了停止位，以便在需要时可将吸泥机从任意行程中停止。
　　 2、吸泥机停止运行后，就地控制箱内的破真空延时继电器延时2分钟后破真空，以节约半成品水，同时可避免在换向的短暂停止时间内破真空。
　　 3、为防止吸泥机在中途出现突发故障，当失去自动状态或进入故障状态时，对3个行程和进入停止周期的标志位清0，以保证故障恢复后先从故障地点返回起点。
　　 4、为防止行程输入有误，第一行程设默认值30%，停止周期设默认值8小时，如第2行程为空则跳转到第3行程，如第3行程或第2、3行程均为空则跳转到停止周期。这样还可以实现1个、2个、3个行程的不同组合，如仅仅30%行程或20%+90%的组合行程，或是25%+50%+100%的组合行程。辅以停止周期的调节，值班人员可根据原水浊度变化在计算机上灵活调节吸泥机的吸泥量。如有需要还可进一步开发实现按照原水浊度递增自动选择相应行程组合，以最大程度地节约半成品水，与采用污泥泥位计有异曲同工之效。
　　 以上程序在九溪水厂SCHNEIDER Telemecanique V5系列PLC TSX67/455 和南星水厂ROCKWELL AB COMPACT LOGIX 系列PLC 1769 L32E 2种平台上分别完成调试并投入运行，效果良好。

三、结语

　　水厂吸泥机的自控改造不仅是提高劳动生产率的需要，也是提升技术和管理水平，进而保障水质的需要。在设备改造中，一方面要注重新技术、新设备、新工艺的运用，另一方面也要因地制宜，注重发挥已有设备的作用，以最省的投入来实现最大的效益。以上的探讨旨在总结工作经验，与同行分享工作心得，有不当之处欢迎批评指正。

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