1、引言

近幾年來，在國家節能減排、循環經濟可持續發展經濟政策指引下，如何充分利用資源，節約能源是現代企業要面對的一大難題。錦州國儲洞庫工程施工中需要用到大量的自來水，如何節約用水和污水的處理是項目上一直關心的問題。結合水幕洞注水和施工用水的特點，項目上設計了一套污水循環利用系統。該系統采用了變頻技術控制水泵轉速，從而控制供水壓力。壓力控制變頻調速系統，達到了不必人為調節，壓力可自行設定，調節后壓力穩定，節約用電的目的。此系統的應用減少了自來水的使用，從而減少了污水的排放，達到了節能環保的效果。

2、污水循環利用系統

2.1施工用水和污水排放

錦州地下水封洞庫設置有儲油洞室、水幕巷道、施工巷道，儲油洞室及水幕巷道為水平布置的地下隧道結構，如圖1所示。本工程因工程特殊設計要求，進行噴射混凝土支護后不進行防排水及襯砌施工，造成滲水量較大，施工過程中產生大量廢水排放;水幕系統為了保證施工期地下洞庫水封安全、維持地下水系統平衡，需要在儲油洞室施工過程中對地下圍巖進行供水。同時，根據設計及環保要求，對水幕進行地下補水的水質要求較高，我部初始時均采用市政自來水，施工用水采用入口附近設置的高壓水池提供。施工過程中需要大量的清潔水作為施工用水及水幕供水，每日用水量達到數百立方米，現階段洞內每日排放污水1000余立方米，經初步沉淀處理后只能用于水質要求不高的灑水、混凝土養護、車輛清洗上，每日使用量十余立方米，循環利用率很低，大量廢水排出根據專業檢測機構對廢水的檢測結果，認為污水對周邊環境造成了污染。因此提高污水的循環利用率是節約水資源、減少污水排放、降低工程周邊環境污染的重要措施。

2.2污水循環利用系統的組成

1）污水收集和處理。水幕巷道施工已完成，其排水主要為圍堰周邊滲水，水幕滲水量較大，據統計平均大約為492m3/d。這部分水質較好。在水幕巷道兩側邊墻部位施工水溝，將滲水進行匯集，如圖1a）所示;然后在水幕巷道2與水幕巷道6交叉處，使用混凝土澆筑圍堰，并預留導水槽出口，如圖1b）所示;在水幕巷道口使用鋼板現場制作沉淀箱，將圍堰內集水通過槽鋼導水槽將水引入水幕巷道與施工巷道交岔口處沉淀集水箱內，由于收集的水質較好，經簡單沉淀處理就可重復利用。

2）水泵增壓供水。將收集并沉淀處理后的水通過增壓泵分別增壓后導入水幕供水管和主洞室供水管。在管道上裝有止回閥，并通過遠傳壓力表，流量計等獲取用水數據，同時根據遠傳壓力表采集的壓力信號經過控制器與設定壓力比較后，將控制信號傳送給變頻器，從而調節增壓泵轉速，調節水壓到設定值。3）污水循環利用系統總體結構。污水循環利用系統通過水幕巷道設置集水措施，將水幕巷道內滲水匯集后在沉淀池內經多次沉淀，再采用可控制增壓泵進行分別增壓后接入水幕供水管和主洞室供水管，以達到工作水壓要求;多余水量排入水幕巷道口的污水池內抽出洞外，如圖2所示。

3、變頻控制系統

3.1CHF100A變頻器

2.1.1變頻器的工作原理我們知道，交流電動機的同步轉速表達式為：其中，n為異步電動機的轉速;f為異步電動機的頻率;s為電動機轉差率;p為電動機極對數。由式（1）可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0Hz～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

3.1.2英威騰CHF100A變頻器技術特性

1）輸入輸出特性。a.輸入電壓范圍：380V/220V±15%;b.輸入頻率范圍：47Hz～63Hz;c.輸出電壓范圍：0～額定輸入電壓;d.輸出頻率范圍：0Hz～400Hz。2）外圍接口特性。a.可編程數字輸入：7路開關量輸入，1路高速脈沖輸入;b.可編程模擬量輸入0V～10V輸入，AI2:0V～10V或0mA～20mA輸入;c.開路集電極輸出：1路輸出;d.繼電器輸出：2路輸出;e.模擬量輸出：2路輸出，分別可選0/4mA～20mA或0V～10V。3）技術性能特性。a.控制方式：開環矢量控制（SVC）、V/F控制;b.過載能力：150%額定電流60s;180%額定電流10s;c.調速比：1∶100;d.載波頻率：0.5kHz～15.0kHz。

3.1.3英威騰CHF100A變頻器結構

英威騰變頻器外部有操作鍵盤面板，控制板端子，主回路端子，主回路電纜入口，控制電纜入口，安裝孔等。

3.1.4英威騰變頻器參數設置與接線端子

1）參數設置。在變頻器的操作鍵盤面板中設置變頻器參數，本系統中需要改變的參數有：a.設置P0.00=0，把數度控制方式設為V/F控制;b.設置P0.01=1，把運行控制方式設為接線端子控制（S1和GND）;c.設置P0.03=50Hz，把最大頻率輸出設置為50Hz;d.設置P1.06=1，把停機方式設置為自由停車;e.設置P5.01=1，把S1端子功能設置為正轉運行;f.設置P5.12=0.00V，把AI1下限值設置為0V;g.設置P5.14=10.00V，把AI1下限值設置為10V;h.其他參數保持默認或由系統根據電機參數自動設置。2）變頻器接線端子。變頻器接線主回路有三相電源輸入和變頻輸出，控制端子接線有運行控制S1，COM和頻率模擬控制信號AI1，GND，此型號（18.5kW以下）制動電阻內置無需外接。

3.2HD4000控制器

3.2.1技術特性

1）可編程設定多種泵工作方式，最多可拖4臺泵循環啟動;

2）液晶漢字顯示，參數調整和設定具有密碼鎖定及保護功能，系統運行狀態和故障狀態漢字提示，運行狀況一目了然;

3）采用人工智能模糊控制算法，設定參數少，控制精度高，雙看門狗電路，采用數字濾波及多項抗干擾措施，防止軟件跑飛;

4）可接無源遠傳壓力表、有源電壓及電流型壓力變送器，具有壓力傳感器零點和滿度補償功能;

5）具有缺水自動檢測保護功能和外部輸入停機保護功能;

6）具有手動操作功能，可手動調節輸出電壓來控制變頻器的頻率;

7）D/A輸出控制頻率電壓為DC:0V～10V，也可設定為DC:0V～5V;

8）控制器接線端子輸出容量：3A/AC:220V;

9）額定工作電壓220V±10%;

10）控制器額定功耗：不大于AC5W。2.2.2控制器結構HD4000控制器正面是控制面板，控制器背部是接線端子。

3.2.3參數設置與接線端子

1）參數設置。在控制面板中設置控制器參數，本系統中需要改變的參數有：a.設置P00=0.60，系統所需壓力設置為0.60MPa;b.設置P03=1，把水泵工作方式設置為一臺泵工作;c.設置P07=1，把模擬量輸出電壓設置為0V～10V;d.設置P08=1，把傳感器信號電壓設置為0V～5V;e.設置P09=1.0，把傳感器量程設置為1.0MPa;f.設置P15=50，把手動輸出頻率設置為50Hz;g.其他參數保持出廠默認值即可。

2）控制器接線端子。控制器接線有電源端子L和N，遠傳壓力表端子V+，IN和GND，停機信號端子DI2和CM2，模擬控制輸出端子D/A和CM2以及電機運行控制信號端子B1。

3.3YTZ-150遠傳壓力表

本系統中選用YTZ-150型電位器式遠傳壓力表。儀表機械部分與一般彈簧壓力表相同，電位器在齒輪傳動機上，當扇形齒輪發生偏轉時，固定在扇形齒輪軸上的電刷也滑動，從而被測壓力的變化轉變成電阻值的變化，輸出相應的壓力值。在壓力表盤的右邊接線盒內有紅、黃、綠三個接線端子，分別對應電源正、壓力信號輸出、電源負極。

3.4增壓水泵

本系統選用了兩臺ISG65-250A型立式離心泵作為增壓泵。電機功率11kW，額定轉速2930r/min。水泵流量6.5L/s，揚程70m。

3.5控制系統結構和工作原理

1）控制柜。控制系統中還有斷路器，交流接觸器，熔斷器，指示燈，旋轉開關和接線座等電氣元件。

2）控制系統工作原理。如圖3所示，當系統Q1，Q2閉合，變頻器得電，停止指示燈L2通電。打開旋轉開關SB1，控制器得電，系統自動工作，交流接觸器KM1線圈得電，接觸器主觸點閉合，增壓泵電機與變頻器接通;接觸器常閉輔助觸點斷開，停止指示燈L2斷電;接觸器常開輔助觸點閉合，運行指示燈L1得電，變頻器S1與GND接通，變頻器開始運行。通過遠傳壓力表采集管道水壓，控制器采集的壓力值與設定值比較輸出0V～10V的模擬控制信號給變頻器，變頻器控制增壓泵轉速，從而調節管道壓力。當Q3閉合時，控制器輸出斷開，系統暫停工作。當SB1斷開時，控制器斷電，系統停止工作。

4、結語

污水循環利用系統的應用為項目節能環保做出了很大的貢獻。據統計，平均每天循環用水量為314m3/d，對外排水量794m3/d，工程循環用水率達到28.3%（314/1108），節約自來水301m3/d，減少污水排放314m3/d（1108-794），經測算平均每月節約用水9030m3，數據表明了污水循環利用系統的經濟效益和環境效益。同時變頻調速技術為污水循環利用系統提供了技術支持，利用變頻技術實現水泵轉速由變頻器控制，調節水泵轉速實現壓力控制的技術方案科學合理、技術先進、功能完善、控制簡單、操作方便、手動和自動調節切換容易、系統經濟實用、運行穩定、可靠性高、有較好的應用前景，同時對相關領域自動控制系統設計有很好的借鑒和幫助意義。

審核編輯 ：李倩