平流沉淀池吸泥機自動化方式的探討

The discussion of sedimentation tank scraper automation

傅曉冬　張 鋒——杭州市水業集團有限公司

關鍵詞：吸泥機 真空引水系統 氣環泵 自控方式 控制邏輯

　　當前在新建水廠中平流沉淀池正得到日益廣泛的應用，而吸泥機作為平流沉淀池的重要設備，其自動化已經成為水廠自控系統中一個重要的組成部分。吸泥機運行正常與否直接關系到平流沉淀池的運行效果，因此有必要對如何簡單高效地實現吸泥機自動化進行探討。

一、吸泥機真空引水系統

　　目前采用的吸泥機大多為行車雙驅動式，排泥方式為虹吸式、泵吸式或虹、泵吸 轉換方式。泵吸方式適用于原水濁度較高、泥砂比重較大的場合，一般水廠中虹吸方式使用幾率還是比較高的。虹吸式系統工作原理簡單，就真空引水系統采用的設備而言有兩種不同的形式——潛水泵型和氣環泵型。以下是2種真空引水系統的示意圖：

　　潛水泵型真空引水系統是一種傳統的使用最為廣泛的真空引水系統，對其運行情況進行總結，具有以下4方面的缺陷：
　　 1、潛水泵置于水下，一般采用的國產潛水泵無故障運行時間較短，一旦出現潛水泵故障必須降低平流沉淀池水位才能進行檢修或更換，影響工藝系統正常運行，操作較為不便。
　　 2、潛水泵置于水下，吸口易被異物堵塞，造成吸力下降，真空形成時間拉長或難以形成真空。清除堵塞異物必須降低平流沉淀池水位才能進行，影響工藝系統正常運行，同樣操作不便。
　　 3、冬季低溫時，真空引水管路中積留的原水中雜物易造成管路結冰，無法形成真空，使吸泥機陷入癱瘓，只有自然或人工解凍后方能恢復運行，影響冬季的正常運行。
　　 4、利用潛水泵產生真空，電耗和水耗較大。以筆者所在的杭州市水業集團下屬的九溪和南星2家水廠為例，潛水泵選用功率為3KW，流量為45m³/h。
　　 而相比之下，氣環泵型真空引水系統雖出現較晚，但具有顯著優點：
　　 1、氣環泵置于吸泥機車體上，工作介質為清潔空氣，不易堵塞，噪音極低，即使出現設備故障也便于檢修，不影響工藝系統運行。
　　 2、氣環泵的工作方式決定了其具有較長的無故障運行時間。
　　 3、如輔以液位開關或延時控制，在水位到達氣環泵安裝高度前停止氣環泵運行，可保證冬季無結冰現象產生。
　　 4、按照一般設計規范，對于引水高度在氣環泵選用功率為1.5KW即可，水耗可忽略不計，節能節水前景較好。
　　 筆者所在的2家水廠在吸泥機改造中先后采用了氣環泵型真空引水系統，投入運行后效果良好。

二、吸泥機自控方式和控制邏輯

　　在傳統的吸泥機自控方式中，考慮到平流式沉淀池的沉淀特性，往往將沉淀池的前1/3段作為吸泥重點，一般設置工作行程為1/3行程往返+全程往返。在一些老水廠中吸泥機往往采用在起點、1/3處和終點分別設置機械撞塊來實現繼電控制，真空形成后吸泥機開始走行程，潛水泵在行程中一般不停運，此種運行方式較為呆板，原水濁度變化時調節余地較小，電耗水耗較高。另一種模式是在吸泥機上設置小型PLC，根據全程時間設置2~3個PLC定時器實現1/3+2/3+全程的控制模式，但如果要變更控制模式必須由技術人員攜手持式編程器到現場調整定時器預置值或修改程序，調整較為不便。
　　 筆者所在的九溪和南星2家水廠采用了吸泥機直接由已有的中型PLC控制，通過組態軟件在計算機上調整行程和周期的方式，具有遠程設定，調整靈活的特點，較好地實現了吸泥機的無人管理?，F簡單介紹一下其自控方式和控制邏輯。
　　 2家水廠原有吸泥機均為有軌普通雙驅動式，考慮到動力線已經是滑線形式，為降低改造成本，采用增加一條信號扁平電纜，與動力線一起固定在攜纜小車上的方式解決信號傳輸問題。與I/O信號采用2.4G無線主從電臺傳輸方式相比，實現了同樣功能卻可節約大量資金。吸泥機I/O信號線經過渡接線箱直接進入現場中型PLC柜。真空引水系統采用氣環泵形式，在氣環泵安裝高度以下設置液位開關，以便在引水水位到達氣環泵安裝高度前停止氣環泵運行。破真空采用電磁閥和延時繼電器組合控制方式。PLC只向吸泥機發出向前或向后指令，抽真空和破真空均由就地控制箱完成。PLC的吸泥機子程序中設置了3個行程和1個停止周期，均由PLC定時器控制，可由計算機輸入定時器預置值。控制邏輯如下：

　　除以上控制邏輯外，在程序調試中還陸續增加了一些輔助功能，以使吸泥機的控制更加完善。
　　 1、考慮到檢修需要，程序中增設了停止位，以便在需要時可將吸泥機從任意行程中停止。
　　 2、吸泥機停止運行后，就地控制箱內的破真空延時繼電器延時2分鐘后破真空，以節約半成品水，同時可避免在換向的短暫停止時間內破真空。
　　 3、為防止吸泥機在中途出現突發故障，當失去自動狀態或進入故障狀態時，對3個行程和進入停止周期的標志位清0，以保證故障恢復后先從故障地點返回起點。
　　 4、為防止行程輸入有誤，第一行程設默認值30%，停止周期設默認值8小時，如第2行程為空則跳轉到第3行程，如第3行程或第2、3行程均為空則跳轉到停止周期。這樣還可以實現1個、2個、3個行程的不同組合，如僅僅30%行程或20%+90%的組合行程，或是25%+50%+100%的組合行程。輔以停止周期的調節，值班人員可根據原水濁度變化在計算機上靈活調節吸泥機的吸泥量。如有需要還可進一步開發實現按照原水濁度遞增自動選擇相應行程組合，以最大程度地節約半成品水，與采用污泥泥位計有異曲同工之效。
　　 以上程序在九溪水廠SCHNEIDER Telemecanique V5系列PLC TSX67/455 和南星水廠ROCKWELL AB COMPACT LOGIX 系列PLC 1769 L32E 2種平臺上分別完成調試并投入運行，效果良好。

三、結語

　　水廠吸泥機的自控改造不僅是提高勞動生產率的需要，也是提升技術和管理水平，進而保障水質的需要。在設備改造中，一方面要注重新技術、新設備、新工藝的運用，另一方面也要因地制宜，注重發揮已有設備的作用，以最省的投入來實現最大的效益。以上的探討旨在總結工作經驗，與同行分享工作心得，有不當之處歡迎批評指正。

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