電氣自控系統(tǒng)在污水處理工藝中的運(yùn)用探索

高向前

[摘? ? 要]我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展早期階段，雖然發(fā)展速度很快，但對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題缺乏重視，環(huán)境保護(hù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等發(fā)展晚，相比于國(guó)外發(fā)達(dá)技術(shù)的成熟應(yīng)用仍存在差距。隨著當(dāng)前我國(guó)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益重視，特別是水污染問(wèn)題，更加重視對(duì)污水處理工藝的改進(jìn)優(yōu)化。其中，應(yīng)用電氣自控系統(tǒng)污水處理效果好，且保證了污水處理系統(tǒng)運(yùn)行效率和能耗，因此電氣自控系統(tǒng)成為污水處理工藝發(fā)展中重要課題。文章簡(jiǎn)述污水處理工藝存在問(wèn)題，分析其中電氣自控系統(tǒng)的運(yùn)用基本情況以及污水處理自控影響因素，掌握電氣自控設(shè)計(jì)原則，以及具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的了解，為其高效應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]電氣自控系統(tǒng);污水處理工藝;影響因素;設(shè)計(jì)要點(diǎn);運(yùn)用

[中圖分類號(hào)]TM921.5 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–0–03

Exploration on the Application of Electric Automatic

Control System in Wastewater Treatment Process

Gao Xiang-qian

[Abstract]In the early stage of China's economic development， although the speed of development was very fast， it did not pay much attention to environmental pollution， and the development of environmental protection and automatic control systems was late. Compared with the mature application of foreign developed technologies， there is still a gap. With the current increasing attention to environmental issues in China， especially the problem of water pollution， more attention is paid to the improvement and optimization of sewage treatment processes. Among them， the application of electrical automatic control systems has good sewage treatment effects， and ensures the operation efficiency and energy consumption of sewage treatment systems. Therefore， electrical automatic control systems have become an important topic in the development of sewage treatment processes. The article briefly describes the problems in the sewage treatment process， analyzes the basic application of the electrical automatic control system and the influencing factors of the sewage treatment automatic control， masters the electrical automatic control design principles and specific design points， strengthens the understanding of the technology， and lays a foundation for its efficient application Base.

[Keywords]electrical automatic control system; sewage treatment process; influencing factors; design points; application

當(dāng)前水資源問(wèn)題愈加緊張，城市污水處理廠建設(shè)成為重要基礎(chǔ)設(shè)施。近年來(lái)我國(guó)建設(shè)了大量污水處理廠，其中有自主研發(fā)工藝技術(shù)，也有從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)，污水處理工藝愈加成熟。隨著污水處理控制要求提高，其操作也要求更加簡(jiǎn)捷。因此，在污水處理工藝中出現(xiàn)電氣自控系統(tǒng)，以此為控制核心可以良好適應(yīng)污水處理廠設(shè)備分散、控制點(diǎn)多，以及實(shí)際運(yùn)行中復(fù)雜控制信息的情況。當(dāng)前需進(jìn)一步建構(gòu)優(yōu)化污水處理電氣自控系統(tǒng)，提高出水水質(zhì)、降低能耗，滿足規(guī)定要求。

1 污水處理過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題及電氣自控系統(tǒng)應(yīng)用基本情況

1.1 污水處理問(wèn)題

當(dāng)前城鎮(zhèn)化進(jìn)程下，城市主城區(qū)人口增加，并進(jìn)一步完善配套的管網(wǎng)，污水收集量大大增加，特別是雨季容易出現(xiàn)水量超出設(shè)計(jì)負(fù)荷的情況，未經(jīng)處理的污水直接排出，成為城市污水排放中一大問(wèn)題。在各種因素影響下，污水處理廠全年來(lái)水量并不均勻，可有效處理污水有限，同時(shí)初沉池溢流量大，往往加大能耗和水資源浪費(fèi)。同時(shí)，二沉池配水不均勻存在嚴(yán)重偏流現(xiàn)象，調(diào)節(jié)工作強(qiáng)度增加，且不容易達(dá)到及時(shí)調(diào)節(jié)的目的。二沉池負(fù)荷高還會(huì)導(dǎo)致翻泥現(xiàn)象，對(duì)出水水質(zhì)造成影響。當(dāng)前，在污水處理廠運(yùn)行中，相關(guān)工藝還存在一些問(wèn)題，需進(jìn)一步分析其實(shí)際運(yùn)行情況，然后采取合理措施解決改進(jìn)。

1.2 電氣自控系統(tǒng)基本應(yīng)用情況

電氣自控系統(tǒng)是一種人機(jī)操作系統(tǒng)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件、硬件和PLC完成控制，工作人員利用計(jì)算機(jī)即可操控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)還可實(shí)時(shí)監(jiān)控各設(shè)備，采集設(shè)備數(shù)據(jù)后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)景觀計(jì)算確定對(duì)控制對(duì)象需采取的控制量。污水處理系統(tǒng)中應(yīng)用電氣自控系統(tǒng)，可以監(jiān)控整個(gè)污水處理過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)，數(shù)據(jù)采集完成后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)由其進(jìn)行分析、校驗(yàn)，發(fā)出控制指令控制處理工藝。污水處理工藝中，電氣自控系統(tǒng)主要包含兩部分內(nèi)容，即負(fù)責(zé)自動(dòng)化控制的PLC程序設(shè)計(jì)和負(fù)責(zé)PLC與PC端通信的VB程序設(shè)計(jì)。

2 污水處理自控影響因素

在科技進(jìn)步下，污水處理行業(yè)中出現(xiàn)了不少新工藝和新技術(shù)，在運(yùn)用先進(jìn)工藝時(shí)，相關(guān)人員除了需考慮其先進(jìn)性，還要考慮該工藝是否實(shí)用，并掌握其技術(shù)操作流程，以保證電氣自控系統(tǒng)得到良好影響，可以提高污水處理效果，降低能耗。當(dāng)前，影響污水處理自控效果的因素主要有以下幾方面。

（1）對(duì)電氣自控系統(tǒng)缺乏重視，一些傳統(tǒng)污水處理企業(yè)中由于不夠重視電氣自控系統(tǒng)，因此其電氣自控系統(tǒng)在污水處理工藝中應(yīng)用效果較差，比如相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)不了解電氣自控系統(tǒng)，認(rèn)為其節(jié)能效果不足，在設(shè)計(jì)建設(shè)污水處理系統(tǒng)時(shí)并不會(huì)積極建設(shè)電氣自控系統(tǒng)。部分監(jiān)管部門也缺乏對(duì)電氣自控系統(tǒng)的了解，認(rèn)為電氣自控系統(tǒng)應(yīng)用不會(huì)影響污水排放指標(biāo)和電氣自控系統(tǒng)應(yīng)用。

（2）污水處理自控檢測(cè)工具穩(wěn)定性差，如常見(jiàn)氣味檢測(cè)技術(shù)、污水除磷檢測(cè)技術(shù)等。使用落后的檢測(cè)工具不利于保證結(jié)果精確度，也就會(huì)降低污水處理效率、安全性。

（3）污水處理自動(dòng)系統(tǒng)未充分發(fā)揮傳感器性能，由于其中污水處理傳感器其使用功能有限會(huì)對(duì)污水流量控制產(chǎn)生影響，前饋控制策略中傳感器不穩(wěn)定運(yùn)行下，會(huì)降低污水處理效率。

（4）缺乏完善配套設(shè)備。一些污水處理廠建設(shè)年久，受當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件影響其處理工藝自控水平低，且缺乏完善的配套設(shè)施和設(shè)備，隨著污水處理標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，配套設(shè)備不足的問(wèn)題進(jìn)一步影響到電氣自控系統(tǒng)構(gòu)建。

（5）自控系統(tǒng)落后。不少污水處理廠電氣自控系統(tǒng)落后，缺乏先進(jìn)軟件支持、儀器設(shè)備規(guī)范性差，導(dǎo)致自控系統(tǒng)缺陷明顯，不利于保證其在污水處理中應(yīng)用效果。

（6）對(duì)電氣自控系統(tǒng)宣傳力度小，不少工作人員缺乏全面的污水處理自控系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，不利于提升其實(shí)際利用效果。

3 污水處理工藝中電氣自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

3.1 先進(jìn)技術(shù)

污水處理廠在設(shè)計(jì)電氣自控系統(tǒng)過(guò)程中，要站在前瞻角度開(kāi)展設(shè)計(jì)，以成熟先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，綜合對(duì)經(jīng)濟(jì)性考量，選擇可靠的技術(shù)方法與設(shè)備，保證污水處理中電氣自控系統(tǒng)先進(jìn)性。

3.2 實(shí)戰(zhàn)服務(wù)

設(shè)計(jì)污水處理電氣自控系統(tǒng)，要契合國(guó)家相關(guān)部門規(guī)定和要求，響應(yīng)上級(jí)應(yīng)急指揮調(diào)度，立足實(shí)戰(zhàn)需求，提升指揮效能、完善指揮手段，使電氣自控系統(tǒng)最大程度發(fā)揮其在輔助指揮環(huán)節(jié)中作用。

3.3 節(jié)約資源

污水處理工藝中應(yīng)用的電氣自控系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中需最大程度整合當(dāng)前系統(tǒng)資源，以提高網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)有效信息數(shù)據(jù)共享，樹(shù)立起實(shí)用與經(jīng)濟(jì)理念，避免出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)的問(wèn)題。

3.4 可持續(xù)發(fā)展

在科技發(fā)展以及工廠規(guī)模擴(kuò)大影響下，建設(shè)電氣自控系統(tǒng)要著眼于未來(lái)，立足實(shí)戰(zhàn)，適應(yīng)擴(kuò)展、更新和調(diào)整需要，且要保證兼容性，可以兼容其他系統(tǒng)，確保其可持續(xù)發(fā)展能力。

3.5 中央控制設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)者需根據(jù)污水處理工藝使用情況、污水廠內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、電氣自控系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)出控制站點(diǎn)。要想保證污水處理工藝中電氣自控工藝應(yīng)用成效，需要注意以下問(wèn)題。

（1）減少能耗。在污水處理中一項(xiàng)核心問(wèn)題就是如何減少能耗、強(qiáng)化處理效果，為提升污水處理效率，相關(guān)人員需重視設(shè)備維修工作，以降低損耗，使污水處理系統(tǒng)良好運(yùn)行。比如，在污水處理系統(tǒng)中安裝PLC模塊，分級(jí)管控系統(tǒng)，信息輸送量減小，可以及時(shí)輸出各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，充分發(fā)揮污水處理系統(tǒng)各項(xiàng)功能。工作人員可根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對(duì)污水處理系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)全面分析、加強(qiáng)監(jiān)控，真正實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)自動(dòng)化。

（2）結(jié)合電氣自控系統(tǒng)應(yīng)用情況科學(xué)保養(yǎng)各項(xiàng)污水處理設(shè)施，實(shí)行集中管理模式對(duì)各項(xiàng)污水處理設(shè)備高效管理，提高設(shè)備運(yùn)行效率。

3.6 PLC設(shè)計(jì)要求

在污水處理工藝中，設(shè)施不穩(wěn)定會(huì)影響到最終污水處理質(zhì)量。應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)可使其處理效率提高，幫助相關(guān)人員掌握排放生活污水、化學(xué)污水的時(shí)間，避免其長(zhǎng)時(shí)間停留在系統(tǒng)內(nèi)部，因此對(duì)污水處理過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)應(yīng)充分了解。工作人員根據(jù)污水中微生物代謝情況高效處理其附著的細(xì)菌，避免二次污染。

在進(jìn)行PLC系統(tǒng)安裝過(guò)程中，也可安裝監(jiān)測(cè)儀器，在地面直接建設(shè)污水控制室，將PLC控制裝置有序安裝好，采用先進(jìn)控制模式，或者組合組態(tài)軟件與PLC模塊使用。配置系統(tǒng)和功能，要結(jié)合各類型污水處理工藝進(jìn)行科學(xué)的系統(tǒng)控制模塊設(shè)計(jì)。

此外，污水處理工藝中需依據(jù)分層分布設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)，通常電氣自控系統(tǒng)主要就是中控室層和現(xiàn)場(chǎng)控制層，安裝好PLC模塊，污水處理系統(tǒng)中各監(jiān)控模塊功能才能更好地發(fā)揮。污水處理系統(tǒng)監(jiān)控單位需做好信號(hào)接收工作，并將其及時(shí)傳送到控制室，污水處理系統(tǒng)建立起完善的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。

4 污水處理工藝中電氣自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 智能設(shè)備層

智能設(shè)備層是在各現(xiàn)場(chǎng)控制站中布設(shè)變頻器、流量計(jì)和熱電阻等智能設(shè)備，以無(wú)人值守模式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)自控控制管理，可直接在觸摸顯示屏操作。此層信號(hào)傳輸采取通信或標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出方式，數(shù)據(jù)信號(hào)會(huì)被傳送到中間控制層PLC系統(tǒng)。如果是大中型污水廠則采取現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)布設(shè)方式，小型污水廠則布設(shè)為星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用硬接線線纜連接自動(dòng)化儀表和設(shè)備控制箱。

4.2 電氣設(shè)備設(shè)計(jì)

污水處理工藝要實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行，需合理選擇使用的設(shè)備，保證設(shè)備經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性、安全性和可靠性，滿足污水廠運(yùn)行需要。在過(guò)去電力系統(tǒng)中，需要通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)頻率實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，因此要求電氣設(shè)備供電設(shè)備有足夠電能儲(chǔ)存量。但過(guò)大的電能儲(chǔ)存量，會(huì)加大技術(shù)難度，降低電網(wǎng)運(yùn)行效率，可采取分布式儲(chǔ)能元件儲(chǔ)存電能，便于隨時(shí)放出解決不平衡供需問(wèn)題，合理優(yōu)化資源調(diào)配。

4.3 電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)

污水處理廠電氣自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電纜敷設(shè)也是重要內(nèi)容，一般采取電纜橋架、電纜溝的敷設(shè)方式，局部以直埋方式敷設(shè)。確定敷設(shè)方法要考慮電纜的實(shí)際使用環(huán)境，如果使用環(huán)境中構(gòu)筑物電線電纜敷設(shè)為電纜溝、電纜托盤，或穿管明敷、暗敷;土建將模板支好后即開(kāi)始放線，要仔細(xì)閱讀圖紙。綁好底筋后預(yù)埋先關(guān)，如果并排敷設(shè)多線管，彼此間應(yīng)適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)距離，方便澆注混凝土。完成敷設(shè)后對(duì)照?qǐng)D紙仔細(xì)檢查，及時(shí)糾正配漏、配錯(cuò)情況。

4.4 整體調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試完之后，在進(jìn)行工廠中安裝調(diào)試，要先在安裝前進(jìn)行總調(diào)試以找到系統(tǒng)缺陷，如傳感器和通信等方面問(wèn)題，及時(shí)解決處理。一般可以通過(guò)修改PLC程序來(lái)解決出現(xiàn)的大部分問(wèn)題，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試后，檢驗(yàn)其是否滿足要求，之后才可在生產(chǎn)中使用。

4.5 中間控制層

中間控制層主要作用就是銜接各個(gè)監(jiān)控站點(diǎn)與控制站，一般為做好銜接工作，會(huì)選擇較成熟工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)或者光線工業(yè)以太網(wǎng)，再使用PLC控制的混合結(jié)構(gòu)通信方式，監(jiān)測(cè)、采集和分析各設(shè)備運(yùn)行情況。在污水處理廠中設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)控制站點(diǎn)，其中在細(xì)格柵間配電室內(nèi)部設(shè)置一個(gè)站點(diǎn)，以控制電動(dòng)進(jìn)水閥和變頻分離器等運(yùn)行設(shè)備。污水廠變電所處設(shè)置一個(gè)站點(diǎn)，控制曝氣機(jī)、排泥泵和攪拌器等設(shè)備。污泥回流泵房?jī)?nèi)設(shè)置另一站點(diǎn)控制箱，以控制帶式壓濾機(jī)等。通常在選擇運(yùn)行設(shè)備控制器過(guò)程中，往往在中間控制層站點(diǎn)中選擇作為整個(gè)控制系統(tǒng)內(nèi)控制器，再利用具備良好傳輸功能的網(wǎng)絡(luò)媒介掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)分析收集的信息數(shù)據(jù)，查找故障所在，采取有效措施處理，保證設(shè)備運(yùn)行良好。

4.6 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)

污水處理廠電氣自控系統(tǒng)設(shè)備要做好無(wú)功功率補(bǔ)償，合理設(shè)定無(wú)功設(shè)備容量，在電氣設(shè)備站并網(wǎng)后可以迅速統(tǒng)一配電網(wǎng)，協(xié)調(diào)控制電容和電抗等設(shè)備。需加強(qiáng)研究，進(jìn)一步優(yōu)化無(wú)功調(diào)節(jié)方案。

4.7 實(shí)施在線儀器監(jiān)測(cè)

污水處理中在污水池中集中脫氮處理的污水，再按照一定比例分配為硝化段與反硝化段。因此，可以采用在線監(jiān)測(cè)檢測(cè)儀器對(duì)硝化反應(yīng)段、反硝化反應(yīng)段監(jiān)督控制，以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)溫度、pH等，調(diào)整不合理指標(biāo)。此外，還可利用自動(dòng)規(guī)劃技術(shù)，對(duì)污水段長(zhǎng)期監(jiān)控。污水排口安裝檢測(cè)儀器，也可更好地把握脫氮處理后水質(zhì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

此外，需不斷完善控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全廠覆蓋監(jiān)控。設(shè)計(jì)電氣自控系統(tǒng)要完善快走系統(tǒng)，創(chuàng)設(shè)高效率系統(tǒng)，如選擇計(jì)算機(jī)軟件可集中控制。自控系統(tǒng)構(gòu)建要站在全局角度考慮，基于各流程要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，升級(jí)改進(jìn)程序保證控制效率。還要優(yōu)化計(jì)算機(jī)控制體系結(jié)構(gòu)，從實(shí)際出發(fā)實(shí)現(xiàn)全廠監(jiān)控，保證自控效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

電氣自控系統(tǒng)利用先進(jìn)硬件和系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)，很好地滿足了污水處理工藝需要，提高了污水處理效率和質(zhì)量，且可靠性好、操作便利、實(shí)時(shí)控制性強(qiáng)。在運(yùn)用電氣自控系統(tǒng)時(shí)，要合理設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 魯剛.電氣工程自控系統(tǒng)在污水處理工藝中的運(yùn)用探索[J].工程技術(shù)研究，2020，5（12）：102-103.

[2] 李剛.電氣工程自控系統(tǒng)在污水處理工藝中的運(yùn)用探索[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（23）：4370.