郑州西门子一级代理商触摸屏供应商

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    电镀废水中污染物种类多、毒性大、危害严重、含有重金属离子或物等，有些属于致癌、致畸或致突变的剧毒物质，对人类危害大，电镀废水因镀件和工艺的不同，污染物的种类也不同，浓度差异较大，成分复杂，不仅含有Cr6＋、Pb2＋、Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等大量的重金属离子，而且含有剧毒的CN－。另外，电镀废水含有大量的有金属，如处理不当，排入自然体系既污染环境，又浪费资源。

    目前国内传统的含Cr6＋电镀废水处理方法为化学还原法、电解还原法、离子交换法等。笔者受顾毓刚等人处理重金属废水的试验启发，对该厂的废水处理进行了试验，开发出“微电解——中和——混凝沉淀”的电镀废水处理新工艺。

    1·处理工艺

    1.1 处理工艺流程

    处理工艺流程，见图1。

    1.2 处理工艺简介

    微电解罐中的填料为1∶1的铸铁屑和焦炭，当酸性废水通过微电解罐中的填料时，低电位的Fe与高电位的C在废水中产生电位差，形成无数的微小原电池，电反应主要为以下两种：

    阳：Fe－2e→Fe2＋，阴：ZH＋＋2e→H2↑反应中生成的Fe2＋将Cr6＋还原成Cr3＋，反应式如下：CrO42－＋3Fe2＋＋4H＋→Cr3＋＋3Fe3＋＋4OH－完成上述反应后，废水进入中和沉淀池，中和沉淀为间歇式反应，当废水到达中和沉淀池预定水位时，停止进水，通过pH计和PLC系统控制加入NaOH溶液，并进行搅拌，控制废水的pH值在合适的范围，在此条件下Cr3＋、Cr2＋、Ni2＋、Fe3＋形成氢氧化物絮凝沉淀，静置沉淀1h后，上清液达标外排，污泥进入污泥浓缩池，经板框压滤机压滤后，泥饼运至砖厂制砖。

    1.3 废水处理的工艺条件

    为了确保电镀废水处理后达标排放，在设计时对废水处理进行了微电解——中和——混凝沉淀的实验，以确定设计的工艺条件，实验用的原水pH＝2.85，［Cr6＋］＝25.1mg/L，［总Cu］＝128mg/L，［总Ni］＝26.2mg/L。

    1.3.1 微电解接触时间对还原Cr6＋的影响

    含Cr6＋废水通过微电解罐时，发生电反应，被还原成Cr3＋，笔者进行了微电解接触时间与处理后的［Cr6＋］的关系的实验，见图2。通过实验得出，当接触时间大于5min时，处理后的［Cr6＋］＜0.5mg/L。

    1.3.2 中和沉淀时pH值的确定

    各种金属离子生成氢氧化物沉淀的pH值各有所不同，由于电镀混合废水共存离子体系十分复杂，要满足各种离子都沉淀、达到排放标准，则应按实际试验结果来确定，由于Ni（OH）2的Ksp为1.6×10－14，在Cr3＋、Ni2＋、Cu2＋三种离子中对pH值要求，笔者进行了中和沉淀后pH与［总Ni］浓度关系的实验，见图3，通过实验得出处理后出水pH＞7.5时，［总Ni］＜1.0mg/L。根据微电解接触时间与处理后的［Cr6＋］的关系的实验和中和沉淀后pH与［总Ni］浓度关系的实验，将处理工艺中的接触时间定为10～20min，中和沉淀的pH值控制在7.5～8.5之间。

    2·主要构筑物及设备

    主要构筑物及设备设计参数，见表1。

    3·验收监测结果

    该厂污水处理站经过3个月的试运行，于2009年11月4－6日，由环境监测站进行验收监测，监测结果及排放标准符合《污水综合排放标准》（GB89782－1996二时间段一级标准），由此可见，出水的各项指标均已达标。

    4·结论

    电镀行业从实际出发，不断地提高科技含量，选择合适的废水处理方法，对环境的污染，通过资源的综合利用，走可持续发展的道路，实现社会效益、经济效益和环境效益的三统一。本项工程采用Fe－C微电解法处理含Cr6＋电镀混合废水，是一种新型的处理工艺，其通过Fe－C微电解的作用还原Cr6＋，不需另外增加还原剂，降低了处理成本，在中和沉淀时采用间歇式处理，便于操作管理，效果好，可确保处理后废水稳定达标排放。

    一、引言 

    目前矿用提升机控制系统普遍采用绕线电机转子串电阻的方式进行调速，该系统存在以下缺点： 

    （1）大量的电能消耗在转差电阻上，造成了严重的能源浪费，同时电阻器的安装需要占用很大的空间。 

    （2）控制系统复杂，导致系统的故障率高，接触器、电阻器、绕线电机碳刷容易损坏，维护工作量很大，直接影响了生产效率。 

    （3）低速和爬行阶段需要依靠制动闸皮摩擦滚筒实现速度控制，特别是在负载发生变化时，很难实现恒减速控制，导致调速不连续、速度控制性能较差。 

    （4）启动和换档冲击电流大，造成了很大的机械冲击，导致电机的使用寿命大大降低，而且容易出现“掉道”现象。 

    （5）自动化程度不高，增加了开采成本，影响了产量。 

    （6）低电压和低速段的启动力矩小，带负载能力差，无法实现恒转矩提升。 

    采用变频调速系统可以很好地克服上述缺点，本文以风光牌提升机变频器为例，详细介绍变频调速系统在矿用提升机上应用的系统方案。 

    二、采用变频调速系统的优点 

    （1）在电网波动± 20% 范围内，恒转矩提升，不会因为电网波动影响负载提升情况。 

    （2）实现了电机软启动，启动力矩大，带负载能力强。 

    （3） 电机可以实现无级调速，加、减程很平滑，电流冲击小，大大减轻了机械冲击的强度。 

    （4）采用芯片统一控制和 PLC 外端电路接口相结合，使调速系统具有很高的性，同时利用 PLC 强大的控制能力实现灵活的控制方式。 

    （5）机内带有回馈单元，回馈能量直接输给电网，且不受回馈能量大小的限制，适应范围广，节能效果明显，系统可以实现四象限运行。 

    （6）保护功能齐全，除了过压、欠压、过载、过热、短路等自身保护外，还设有外围控制的连锁保护，包括制动闸信号与正、反转信号的连锁，变频器故障信号与系统回路的连锁，机内备有自动减速程序等。 

    三、接口电路 

    变频器提供完善的接口电路，内设 PLC ，既可以与新装系统实现配套使用，也可以对老系统进行改造，可以接受 DC 0-5V 、 DC 0-10V 和 4-20 mA工业标准信号。用于系统改造时，增加远控装置就可以实现工频与变频的相互转换，监视系统的操作和运行状况等功能。 

    五、提升机变频器主要功能简述 

    （1） 回馈制动 

    变频器采用能量回馈单元将再生能量回馈给电网，从而实现变频器的四象限运行。 

    （2） 能耗制动 

    能耗制动单元可单使用，也可以与能量回馈单元配合使用。 

    （3） 直流制动 

    主令控制器给出“正转”或“反转”命令后，如果没有给出“松闸”信号，变频器会在电机上施加直流制动转矩，确保松开制动闸过程中重车不下滑。在给出“松闸”信号后，变频器开始运行。 

    制动油泵开启后，若不小心松开制动闸触动“松闸”行程开关，变频器接收到“松闸”信号，同时在电机上施加直流制动转矩，确保重车不下滑。 

    当重车在井筒中间停车时，变频器由高速至停机后，随之施加直流制动转矩使电机停止转动，当机械制动起作用后，方去掉直流制动，使重车靠机械抱闸的作用停止。 

    （4） 多段速 

    变频器内部预置了五个速度段，分别对应于变频器运行频率 6Hz、15Hz、25Hz、35Hz、50Hz,以适应控制系统对提升机不同运转速度的要求。 

    各速度段对应频率可以分别设置，以满足各种工况运行需要。 

    （5） 自动减速 

    变频器接收到系统给出的减速信号后，启动机内的减速程序，按照设定要求将提升机的运行速度逐渐降低。 

    （6） 紧急停车 

    变频器提供了紧急停车信号输入端子，急停信号动作后，变频器立即停止输出，电机处于自由运转状态，然后依靠机械制动装置停车。 

    六、系统方案 

    （1） 配套用变频器系统方案 

    a 主回路 

    三相交流电源经自动空气开关接至变频器三相输入端子，变频器三相输出端子接至电机。如图 4所示。

    b 控制回路 

    电控系统与变频器配套使用，系统已经提供了与变频器的接口，可按照各自的接线说明正确连接。 

    （2） 改造用变频器系统方案 

    改造用变频器是在原提升机电控系统的基础上，用变频调速系统替代原工频调速系统，同时保留工频调速系统，使两套系统互为备用，增加系统运行的性。改造时需要增加工、变频转换功能。系统运行前，将主回路和控制回路各转换开关切换至相应的变频或工频位置。具体接法如下。 

    a 主回路 

    增加三个三双掷开关（ QS1、QS2、QS3）作为主回路切换装置，三相电源、定子线圈、转子线圈分别接至相应开关的位置。如图5 （a）、（b）所示。

    所有开关切换至变频位置时，三相电源经双掷开关 QS1、自动空气开关QA接至变频器输入端子（R、S、T）（同时将零线接至变频器零线端子N），变频器输出端子（U、V、W）经双掷开关QS2接至电机定子线圈，绕线电机转子线圈经双掷开关QS3后处于短接状态。 

    所有开关切换至工频位置时，三相电源经双掷开关 QS1、QS2接至定子线圈，绕线电机转子线圈经QS3接至原调速电阻装置。 

    b 控制回路 

    变频器远控装置用做工、变频控制回路的切换装置。远控装置内用七个双双掷开关作为正、反转和五段速的切换部件，其原理如图 6 所示。 

    图 6 中，虚线方框内表示的是一个双双掷开关，LK3、LK4分别表示主令控制器的正转和反转触头，LK5、LK6、LK7、LK9、LK11分别表示主令控制器的五个档位触头。 

    七、操作与控制 

    由于变频器提供了适应提升机现场应用的完善的接口，依据提升机控制系统的不同，采用适当的接线方式，就可以实现灵活的操作方式。 

    对于旧系统改造用变频器，为了不改变原来的操作习惯，可以用原来的操纵系统操作变频器，用远控装置切换工频与变频运行方式，两个系统之间可以实现无缝连接。 

    变频调速系统可以实现自动运行和手动运行两种方式： 

    （1） 自动运行方式 

    利用机内 PLC 强大的控制能力，通过设置适当的参数，变频器就可以实现自动化运行，大地提高了提升机的运行效率。 

    图 7 中，以正转为例，开机时低速爬行时间 t1 、减速信号动作后延时 t2 、中速运行时间 t3 、停机前爬行时间 t4 根据现场情况可以自由设置。提升机运行过程中，除开、停机外，可以不需要人工干预。 

    （2） 手动运行方式 

    该方式下，操作者通过主今控制器控制电机转速，以实现电机的爬行、加速、减速、恒速运行，但在系统给出减速信号后，为保整个系统，变频器仍然会启动机内自动减速程序。 

    八、现场应用情况 

    我公司从 2000 年开始研制提升机变频器，从 2002 年至今，我公司的产品发往山西、内蒙、新疆、河南、河北、四川、黑龙江等地数十台。其中，既有新装系统配套用，又有老系统改造用，包括单筒、双筒，直井、斜井等各种工况。从使用情况来看，节电率均在 30% 以上。提升机变频调速系统具有很高的性，而且操作简单，利用机内 PLC 接口可以轻易地实现各种控制功能，大大提高提升机运行的自动化程度。 

    九、结束语 

    提升机变频器由于其控制软件专门为提升机类负载设计，充分考虑了提升机实际运行中的各种特殊要求，采用各种措施保证系统的运行，又因为它具有传统调速系统所无可比拟的调速和控制性能，其取代传统调速系统将成为必然趋势。 

   风光牌 JD—BP37/38 系列高压（ 6000/10000V ）提升机变频器于 2005 年 12 月 18 日在济南通过了省级技术 / 产品鉴定。以陈伯时教授、李永东教授为主任的鉴定给出的产品鉴定结论是： 

    鉴定一致认为， JD-BP 系列矿井提升机高压变频调速器具有技术指标、性高等优点，在级联高压逆变器控制方面了，达到国内水平，具有较大的经济、社会效益和推广应用，可以批量生产。 

    本文将把该变频器研制过程中的几个主要技术问题呈现给大家，希望得到和**的指教。 

    在“节约中国”的大形势下，变频器行业正呈方兴未艾之势，销售势头十分喜人。但高压机的应用领域有很大局限性。虽然各使用手册上会列出一大串适用领域，可实际应用多局限于风机类或水泵类负载。其实，还有一种负载急切地等待着实现变频化，那就是矿山提升机。在市场的强烈呼唤下 [1] ，我公司于 2000 年召开了低压矿山提升机变频器的鉴定会 [2] ，当时鉴定结论也是 了，达到国内水平。 五年后的今天， 6000/10000V 的高压提升机变频器终于正式上市了。 

    把变频器推广到高压提升机上去存在着很大风险，世界上早生产这类高压变频器的罗宾康公司也未见其将这类产品用于矿山提升机的报道。要打入提升机领域，解决几个棘手的难题，概括说来有以下几点：四象限运行、苛刻的力矩特性、高性、频繁开停机。下面的讨论将针对这几个难点展开。 

    一、四象限运行 - ——- 能量回馈 

    矿井提升机处于四象限运行的工况，当提升机负重下放或快速减速时，电机处于发电运行状态，变频器妥善处理这部分能量。单元串联结构决定了耗能电阻的办法不再适用，只有将再生能量回馈电网这一条路可走，四象限运行的关键就是能量回馈。 

    本文的方案是每个功率单元主电路均采用双逆变器，电源侧是一个三相逆变器，输出侧是一个单相逆变器，主电路如图 1 所示。当电机处于电动运行状态时，能量从电源流向负载；当电机处于发电运行状态时，输出侧的逆变器处于整流工作状态，电源侧的逆变器将能量馈送至电网。

    回馈过程的控制策略有二： 

    1 、间接电流控制，原理简述如下： 

    单相简化电路如图 2 所示：

    为电源电压，为逆变器输出的低频电压
    
    稳态回路电流：
    
    三相回馈电网的总功率为： 
    
    由此可见，改变与角，即可改变回馈功率的大小。
    、与电感压降向量图 3 所示：
    

    当回馈能量与电机发电提供能量相一致时达到平衡，此时母线电压保持稳定。如果要使回馈电流始终与电源电压反相，则应同时调整角度与幅度满足， 调整 由改变调制度实现。 

    实际上，当很小时，， 影响回馈功率的主要因素是角，因此，在母线幅度变化不大的条件下，可以仅调整角来改变回馈功率。

    这种控制方法较简单，系统易稳定。由于没有电流闭环，回馈波形较差。要改善回馈电流波形，则应增加电流闭环，即直接电流控制。 

    2 、直接电流控制 

    直接电流控制可有多种方法实现，常见的是滞环电流控制。这种方法是将实测回馈电流与参考电流相比较，根据比较的差值直接给出 PWM 信号，以调整回馈电流，在不断的调整过程中，使实测回馈电流跟踪参考电流，与参考电流之间的误差控制在一个允许的范围之内。实现电流跟踪的控制方法有多种： SPWM 、 SVPWM 、 d-q 变换控制等。 

    正常回馈时，回馈的能量应与电机发电能量相等，这时母线电压保持一个定值。参考电流取自电源电压乘以一个系数，这个系数的获得是实测母线电压与给定的母线参考电压的差，经运算获得。系统方框图见图 4

    其中 U 0 ＊ 为母线电压给定， U 0 为实测母线电压， U m ， i m 分别为实测电源电压、电流（ m=a,b,c ） 

    整个系统是一个双闭环系统，外环为电压环，其作用是保证母线电压为恒定。内环为电流环，其作用是保证回馈电流始终跟踪参考电流。直接电流控制可同时保持母线电压恒定且回馈电流波形较好。正因为它是一个双闭环系统，系多点反馈系统，若参数选择不当，可能不稳定，尤其在回馈大幅突变时，若采用这一控制方式应系统稳定的措施。 

    二、力矩特性的优化 

    1 、 提升机变频器的力矩特性： 

    与普通风机、水泵类负载相比较，提升机变频器对力矩有着非常苛刻的要求。 

    （ 1 ）起动力矩很大：起动力矩一般在额定力矩的 1.8 倍以上； 

    （ 2 ）加速力矩大：加速力矩大方能保动态性能好； 

    （ 3 ）制动力矩大：高速运行时快速减速、带重物下放，停止状态机械抱闸尚未起作用的时间段，要求制动力矩以防重物下滑溜车； 

    （ 4 ）低频力矩大。 

    为得到所需力矩特性，采取如下的措施： 

    异步电动机等效电路如图 7 所示：

    为电机端电压

    为电机端感应电势，它与定子磁通相对应：

    在等效电路上表现为互感压降，它与气隙磁通相对应：

    对应于转子磁通：

    在与频率成正比的控制中，高频区大转矩不变，为恒力矩调速。低频时由于定子电阻上压降的影响，将使定子磁通降低，影响了大转矩的输出。因此，低频时施加电压补偿。 

    提升机起动力矩比稳速力矩大得多、加速力矩也比稳速力矩大得多，所以低频段补偿一定要补偿恰当。 

    提升机每次的负载多变，有时空载、有时满载。怎样才能保电机转矩足够又不严重过励磁呢？思路有二： 

    （ 1 ）依实测力矩确定补偿 

    提升机在每次提升过程中，负载是不变的，起动后先测电机的负载转矩，然后确定补偿量。电机转矩由下式计算： 

    其中 k 为常数
    
    

    电动运行时，转矩为正，发电运行时转矩为负，不同的转矩对应不同的低频补偿值，这可用查表法实现。此法简单，易于控制，但准确度不高，属磁通开环控制。 

    •  实测电机磁通，且令电机磁通等于预定值，若在运行中补偿掉定子电阻上的压降，保持与频率的比为定值，则保证了定子磁通为定值。若进一步补偿上的压降，则保证了气隙磁通为定值。若再进一步补偿掉上的压降，则保了转子磁通为定值。保持定子磁通为定值，低频时大转矩大于 V/F 恒定时的转矩数值，但大转矩仍将随频率降低而减小，若保证了气隙磁通恒定，则能使大转矩与频率无关，若保了转子磁通恒定，则能使转矩与转差成正比。三种磁通是相互联系的，它们之间可以互相换算，知道其一便可算出另外两个。本文所讨论的变频器具有磁通开环、磁通闭环两种工作模式。

    2 、磁通闭环控制 

    矢量控制系统的做法通常是将旋转坐标系定位于转子磁场，此时，异步电机的电压方程为：
    

    为转差角频率

    磁链方程为：
    
    
    为对数
    对于电流型的变频器，这一变换将定子电流分离成为励磁分量和转矩分量，做到了解耦。定子电流的励磁分量与转子磁通的关系是一个简单的一阶微分方程。控制转子磁通为定值则可以比较容易地实现。 

    对于电压型变频器，情况则大不相同，电压型变频器的输出电压与电流本身即是一个相当复杂的关系。要控制转子磁通为定值，要求出转子磁通与定子电压之间的关系。由以上电压和磁链方程，可以得到：

    转子磁通与定子电压的关系相当复杂，这是一个二阶微分方程，而且没有解耦，式中包含一个旋转耦合项；式中还包含转子时间常数 而转子电阻又是一个时变量，在有些情况下需要在线辨识。这样一个系统是相当复杂的。 

    文献 [3] 提出了一种称为“定子电压定向矢量控制系统”的控制方法。这种方法得到定子电压与定子磁通之间的关系是一个代数方程，且方程中不含转子电阻。这种方法可以将磁通闭环控制大大地简化。 

   此式给出由当前电机的实测电流及定子磁通计算保持转子磁通为定值所需定子电压的关系式。此式为一代数方程，且不含，因此用做控制方程甚是方便。用（ 17 ）式做控制方程实现磁通闭环，比转子磁通定向矢量控制中的磁通闭环大为简化。

    三、性的保证措施 

    为提高性采取了以下措施： 

    •  冗余技术 

    这包括器件冗余（电压冗余、电流冗余等）、电路冗余、单元冗余等等。 

    2 、改进吸收电路设计，减小 IGBT 的电压、电流应力。 

    3 、低温升设计 

    功率器件、电解电容使用寿命和工作温度密切相关，一般给出 80 0 C 时的工作寿命，温度每升高 10 0 C 寿命约降低一半，每下降 10 0 C 寿命增加一倍。尽可能地降低整机温升，将会大幅度提高整机性。 

    4 、抗干扰性能 

    要保证整机高性运行，应大限度的提高整机抗干扰性能，主要从以下几方面着手：结构设计（屏蔽、接地隔离等措施）、工艺设计（排板、布线等尽可能合理）、电源设计（控制电源应良好净化，避免从电源引入干扰）、电路设计、软件设计、制造工艺等等。 

    四、现场运行情况 

    现有两台样机在现场正常运行。台安装在邯郸市峰峰矿务局新三矿付井提升机上，副井为立井，其任务是人员和物料的下放与提升。电机为 6000V 、 380KW ，额定负载为 5 吨，额定提升速度为 5.8m/s ，变频器在安装调试完成后，做了各项性能试验，试验项目包括： 

    轻载起动： 

    轻载爬行：爬行运行频率 2.2Hz ； 

    重载起动：额定负载（ 5 吨）； 

    载（大负载约 7 吨）； 

    重载爬行：额定负载（ 5 吨）； 

    载（大负载约 7 吨）； 

    升速运行：从起动到额定频率（ 50Hz ）升速时间为 10s 带额定负载； 

    负重下放：带额定负载下放，升速时间 8s ；停机过程、减速时间 8s ； 

    载负重下放：下放约 7 吨重物，加速时间为 8s ，加速到 15Hz 后，稳速下放，停机过程减速时间为 8s 。 

    在以上各个试验项目中，工作平稳、正常，各项性能均能满足现场工况要求。 

    此变频器已运行半年多，性尚好。 

    二台变频器安装在峰峰矿务局九龙矿，井下提升机，此提升机电机为 6000V 、 240KW ，向上提煤、下放物料，同时也运送人员，这台变频器于 2005 年 9 月正式运行。 

    三台安装在山西晋普山煤矿。副井提升机，额定功率为 6000V 、 320KW ，功能是向上提矸石。此机正在进行现场调试。 

    五、结束语 

    虽然说高压提升机变频器研制成功了，得到了用户和的，我们清醒地认识到这是鼓励，实际上产品性能的完善、长期性的考验还有很长的路要走，我们会进一步优化控制方式、完善结构设计，为矿业提供优良的变频设备，让国产越来越风光