摘要：污水处理厂现场设备多而繁杂、分布面积广且环境恶劣，电动机作为拖动系统中的重要组成部分在污水处理过程中占有举足轻重的地位，全面建立完善的自动检测监控系统势在必行。本文介绍智能电动机保护器在污水处理厂系统中的应用，智能电动机保护器与现场电机构成一整套专业化的集控制、保护与监测于一体的智能化管理模式，保证生产过程中电机设备能够连续不间断的运行，大大提高了污水处理厂的工作效率。

关键词：智能化；保护；监控系统

1前言

传统的电动机保护元件大多是采用热继电器，其工作原理是采用双金属片是由不同膨胀系数的两片金属铆合而成，当电流通过时它将产生热量，并向膨胀系数小的一边弯曲，电流的大小和弯曲的程度成正比，当电动机过载时，热元件中流过电流增大，产生热量增加，经过一定时间，双金属片推动导板使动触点断开，切断电动机控制回路，终切断电动机电源，使电动机得到保护。但热继电器存在致命缺陷，包括整定粗糙、受环境影响大、重复性差、误差大及功能单一等，已无法满足污水处理厂越来越高的要求，智能电动机保护器的出现大大改观了热继电器留下的种种弊端。因此，某污水处理厂通过使用智能电动机保护器取代了热继电器，并融接现场总线技术，形成一个设备级的自动化控制系统，完全摆脱原始的“硬接线”控制方式，实现与自动化系统的信号交接与信息传递。

本文介绍的是智能电动机保护器在污水厂污水处理过程中的应用，通过现场总线连为一体，并将数据通过通讯接口传送到控制室中的PLC与监视器，方便控制室的控制设备实时监视现场电动机的运行状态。智能电动机保护器具有保护功能强大、各类参数设置方便，人机沟通容易、三相电流及故障信息等显示直观，功耗小（小于1w）等优点，是对电机监控发展的必然趋势，根据现场实际应用情况来看，已取得了显着的经济效益。

2智能电动机保护器应用于污水厂的系统结构

某污水处理厂控制系统由监控系统，若干水泵控制箱等通过总线连接方式组成，水泵可实现手动或自动控制，PLC选用SIMATIC S7-200 SMAR，CPU模块本体集成以太网接口和RS485串口，支持以太网接口 程序，通过信号板扩展通信端口、模拟量和数字量通道，把污水处理过程中的水位传感器的开关量信号以及压力传感器、流量传感器、温度传感器、PH值等模拟量信号参数接入到现场总线中。上位机监控采用力控组态软件来实现，软件提供的大量可导入设置和等值化工具，实现包括变量、数据库、I/O设备、对象数据、图库等的高度复用，从而极大的提高了工程的组态效率。同时可以实施远程控制，这样极大的提高了工作效率。现场主要用来显示工艺流程图、报表、现场泵参数、工艺参数以及报警显示，实现对现场监控运行和实时在线记录。

图1总体方案图

从图1总体方案图中可以看出，在整个系统中ARD系列智能电动机保护器只是作为系统的设备级实施对象控制的一个组成部分，与控制箱之间通过通信功能进行数据和信息的传输和交换，对受控电机设备进行实时控制与监视，从而实现系统的网络控制和网络管理，使现场电机设备运行在优状态，传统的热继电器只能对受控设备进行控制，而不能实施监控管理。

3智能电动机保护器

ARD系列智能电动机保护器能对电动机运行过程中出现的过载/欠载保护、断相保护、电流不平衡保护、接地/漏电保护、短路保护、起动超时保护、堵转保护、阻塞保护、过压/欠压保护、外部故障保护等多种数字保护功能。电动机的保护可以实现分段式保护，分为启动过程和运行过程分别对电动机进行保护。起动过程中投入起动超时保护、断相保护、电流不平衡保护、接地/漏电保护、短路保护、tE时间保护功能；起动过程结束后将其他保护投入。当电机正常工作时，可以通过保护器显示模块实时查询电机工作电流和电压、功率等参数。带通讯功能电动机保护器的微处理器将采集信号通过现场总线至PLC系统并显示在工控机上。当故障发生时，保护器迅速执行脱扣等保护动作，并记录发生故障的类型、时间以及电机的运行参数等。

图2中电流检测是通过标配的电流互感器ZT来实现的，其中QA为空气断路器；QAC1，QAC2，QAC3为接触器，可实现电动机星-三角起动；A1为ARD3智能电动机保护器，1，2为电源端子，T1和T2端子连接电动机内部热敏电阻，14~22为输入端子，可连接现场起动、停止按钮、复位按钮、外部故障输入和控制权限设置等信号；7、8、9、10、11、12、95、96、97、98、为继电器输出端子，输入输出端子功能可编程设定，LCD显示模块可通过接口与ARD3智能电动机保护器连接，操作面板上有8个LED指示灯，8个按钮，用来直观地显示各种测量参数和设置参数。

图2 ARD3智能电动机保护器典型控制

4智能配电及控制方式

某污水处理厂是一座新建的采用改良工艺的中型污水处理厂，一期工程为日处理污水数万立方米。整个工艺流程主要由污水贮存池、污水调节池、混合反应池、接触厌氧池、曝气池、PH调整池、Ca(OH)2、H2SO4池、PAC池、NaClo池、沉淀池、污泥贮存池、鼓风机、污泥脱水池、消毒池组成。

图3现场工艺流程图

图3为现场工艺流程图。污水贮存池主要用于厂里产生的经过栅格处理以后的废水贮存：高水位时1#2#水泵需同时启动，中水位时1#2#水泵间隔4小时交替启动，低水位时1#2#水泵停止，其中LA为液位测试探头；污水调节池是用以调节进、出水，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，在废水处理之前设的水池：高水位时3#4#水泵需同时启动，中水位时3#4#水泵间隔4小时交替启动，低水位时3#4#水泵停止，其中LB为液位测试探头；混合反应池主要是在废水处理过程中，往混合反应池加药剂，使污水进行净化，达到排放标准的水池：通过读取PH计的值控制在高中低水位时M1、M2、M7、M13电磁阀的开关来实现；PH调整池：在水处理过程当中进行PH的调整，终进行排放，不合格则重新进调节池：主要通过读取PH值在高中低水位控制11#、12#水泵的起停及M3、M4、M8电磁阀的开关来实现；接触厌氧池：利用厌氧菌的作用，使有机物发生水解、酸化，去除废水中的有机物，并提高污水的可生化性，有利于后续的耗氧处理：M5电动阀开合大小根据所测压力传感器信号得到；曝气池：池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件：通过控制M11、M14电磁阀的开关实现；沉淀池主要用于在废水处理过程中水质当中，去除水质当中的杂质，通过加絮凝剂与杂质一起沉淀下去：通过控制M15电磁阀的开关实现，M6电动阀开合大小根据所测压力传感器信号得到；Ca(OH)2池是一种强碱用于调节PH值，H2SO4池是一种高腐蚀性的无机强酸用于调节PH值，都是通过读取LC/LD液位测试探头判断水位高低后控制7#、8#水泵的开关实现；PAC池用于污水处理中杂质的沉淀：通过读取LC/LD液位测试探头判断水位高低后控制5#、6#水泵的开关实现；NaClo池主要对水质进行消毒、漂白：通过读取LK液位测试探头判断水位高低后控制16#、17#水泵的开关实现；污泥贮存池:主要用于污水处理过程中沉淀产生的杂质污泥：通过读取LL液位测试探头判断水位高低后控制13#、14#水泵的开关实现；鼓风机是在曝气池曝气过程中，使污水与空气充分接触：通过读取LC/LI液位测试探头判断水位高低后控制13#、14#水泵的开关实现，其中1*、2*为鼓风机。在整个工艺流程中，电机设备数量很多，通过改造工程在系统中加入ARD3智能电动机保护器对现场电机设备进行监测、保护和控制后，提高了整个控制系统的安全性、可靠性。

5智能电动机保护器运行评述

ARD3智能电动机保护器的电流检测是通过外置的小型专用电流互感器来实现的，额定载流能力达100A的馈电电缆可由互感器的3个预制穿孔中通过，节省了现场级的空间、布线和附加设备。其中250A、800A大电流可采用专用电流互感器。

由于ARD3智能电动机保护器具有在线故障诊断、报警和运行时间等强大的记录功能，提供一路RS-485通讯接口将相关信息进行上传，并且能够实现多种协议的选择（Modbus-RTU/Profibus-DP），通过RS-485与上位机之间的通信，用户在中心控制室上位机可以查询所有电机设备的相关信息，随时诊断设备的运行状态和优化现场设备的控制，使整个系统设备一直运行在优节能状态。同时在中心控制室可以对ARD3智能电动机保护器器进行在线参数化，无需在各设备间奔波进行电动机馈电装置参数化，也无需使系统停机，系统可用率提高。

当通信系统一旦出现故障时，ARD3智能电动机保护器仍能正常独立安全运行，运行模式由自动切换至手动模式，此时可以通过ARD3智能电动机保护器显示模块上的按钮或现场外接按钮盒对设备进行控制，停机时间得到大幅度缩短。

ARD3智能电动机保护器采用模块化的产品结构形式，方便安装于现场控制箱，且具有较强的抗干扰能力，能适应各种工矿环境工作，可对污水处理厂各个节点的电动机运行情况进行实时处理，有效地提高了电机设备利用率。

6结束语

随着城市化进程的不断发展，人口数量的增加，工业科技的发展，对于生活用水、工业用水也在逐年增加，在此条件下，通过建立污水处理厂对所有的污水进行集中处理、形成中水，再利用，才能达到良好利用率。该污水处理厂系统建成后，通过使用智能电动机保护器对低压电机提供一整套专业化的集控制、保护与监测于一体的智能化管理模式，使得现场电机设备运行稳定、安全，其维护量几乎为零，系统投运后，自动化程度高，工作人员维护量小，出水水质能达到国家规定的标准，该污水处理厂对智能电动机保护器的应用，对于提高污水处理电气控制系统的自动化水平起到积极的推动作用，将是一个很好的榜样。（选型详见附录。）

附录：

1、  产品选型

表1 额定电流

表2 额定电流附加说明

注：表2数据适用于AC400V，50Hz，1500转/分的四极鼠笼式电动机

表3 起动方式

备注：

1） 手动模式：保护器参与控制，起动方式为直接起动（全压起动）、双向起动时，保护器设置为手动模式。

2） 两步模式：保护器参与控制，起动方式为星/三角起动（两继电器）、自耦变压器（两继电器）时，保护器设置为两步模式。

表4 附加功能

注：

1、附加功能可以同时选择多种，起动方式、额定电流只能选择一种，如有一台电动机电流为45A，直接起动需要有通讯功能、剩余电流保护、温度保护功能，显示方式为分体液晶显示，订货型号为ARD3—100T/LTC-90L。

2、剩余电流分为接地电流和漏电流，二者只能选其一。接地电流采用三相电流矢量和叠加而成；漏电流通过使用零序互感器检测，在订货时注明漏电流信号量程，便于出厂设置，漏电互感器标配。

3、4～20mA模拟量出厂默认为电动机2倍额定电流，即电动机2倍额定电流对应20mA，0对应4mA。用户可选择模拟量对应的电量参数：如A相电流，B相电流，C相电流，AB线电压，BC线电压，CA线电压，有功功率等。DC4mA对应所选变量的小值，DC20mA对应所选变量的大值，订货时注明具体要求，否则按默认值设置。

4、过载保护选择是tE时间保护或反时限过载保护，默认是反时限过载保护，需要tE保护时要在订货单中注明，否则按默认值设置。

5、电动机保护器应与其产品编号一致的电流互感器、零序电流互感器配套使用。

6、通讯功能C、CP只能二选一。