污水廠電氣自控設計若干建議

葛 炎

南京公用水務有限公司橋北污水處理廠

污水廠電氣自控設計若干建議

葛 炎

南京公用水務有限公司橋北污水處理廠

在污水處理系統中采用電氣工程自控技術，不僅可以提高污水處理系統的性能和產率，保證可靠性和安全性，還可以有效降低成本預算和防止設備出故障。

污水處理；電氣工程；技術

國民經濟的迅猛發展和城市化帶來的人口激增以及大氣污染不可避免的污染了水資源。以前生活污水和工業污水毫無例外的經過污水處理系統的稀釋和過濾就排到江河湖海中去，這樣的結果是重金屬過度、氣味惡臭和食物中毒現象。針對這個問題，現代的污水處理系統采用先進的電氣自控技術，加大對污水的處理力度來減少污染惡化。

污水資源化已成為當前我國合理開發充分保護水資源的途徑，因此在電氣工程自控技術被推廣及應用時得到了極大的反響和支持。它能幫助了解運行情況和工藝控制，節省能源，進化雜質，優化水質最終提高人類生活品質。

在一般的污水處理過程中，水質具有很大的不確定性，為了保證電氣自控技術的良好運轉，PLC作為輔助手段將其加以控制提升。電氣工程自控系統因結合實際需要，以其可靠性、抗干擾性和靈活性為核心。為了發揮最大功效，電氣控制系統的設計安裝和日常維護都要有嚴格要求來保障系統平穩運行，避免水質波動較大引起錯誤信號而導致處理工作中斷。以下總結若干建議。

1 污水廠的進水泵設獨立的PLC站和MCC(含進線總開關)進行控制，不與其它設備共用一個PLC和MCC控制和供電。

進水泵是污水處理廠的重要關鍵設備，進水泵的穩定運行是污水廠運行的前提條件。早期污水廠中進水泵與粗細格柵間、曝氣沉砂池等預處理單元設備共用一個PLC和MCC進行控制和供電是很常見的，但這種設計對進水泵的穩定運行存在著很大的風險和隱患。由于控制的設備和儀表數量多，且都長期工作在水下或潮濕的腐蝕性氣體中，就可能造成以下幾種情況的發生：(1)設備多工況差導致電氣故障多，短路、過流或對地放電會引起MCC柜進線總開關和進水泵跳閘、PLC故障甚至進水泵供電問題。(2)強電通過就地按鈕箱等接線端子或破損線路傳送到PLC的自控模塊上造成運行不穩定，嚴重時還會導致CPU模塊燒毀、PLC供電線路跳閘或供電電源燒毀。(3)該PLC控制的設備多，相應的模塊數量和控制點位就多；CPU模塊的運算負荷和發熱量也大，自身出現故障的幾率也大。(4)有些設備和儀表是露天設置，若防雷不到位，該PLC和MCC遭受雷擊破壞和影響的幾率也大。MCC和PLC的故障或者停機，都會導致進水泵停止，造成液位升高污水溢流。小則使格柵間淹水，大則造成污染環境的環保責任事故。另外PLC發生故障時，不能向中控室計算機傳送真實的設備和現場信息，值班人員很難遠程監控到。所以將污水廠的進水泵作為成套設備，和脫水機、鼓風機等設備類似擁有自己單獨的PLC和MCC，不受其它因素影響，穩定性大大增加后才能有力保障污水廠運行。缺點：進水泵設單獨的PLC和MCC，由于多了一個PLC柜、一個CPU模塊、一個MCC進線柜和進線開關，柜體占地面積也要多出幾個平方米，會增加建設資金。

2 污水廠電氣自控系統要有完善的避雷防雷設計

由于污水廠占地面積大、自控線路廣、設備儀表多且分散、部分設備工作在露天環境下和廠區內建構筑物普遍較低，電氣自控系統相對容易遭受雷擊，因此污水處理廠要有完善的避雷防雷設計。

較早的污水廠在設計防雷時，只設計了變電站和MCC柜的強電防雷擊，沒有設計弱電自控儀表的防雷，雷擊會造成很多自控模塊燒毀。而且一個PLC站遭受雷擊，感應高壓還會順著總線傳到其它的PLC，造成CPU總線端口燒毀，損失和危害較大。

雷擊分直接雷擊和感應雷擊兩種。直擊雷的防護：直擊雷防護主要靠接閃帶和避雷針。污水廠所有構筑物屋脊和屋頂四周均敷設接閃帶，一些地方應立高桿式避雷針。為讓產生的電流能快速泄散，接閃帶應設立多處有接地極的引下線并與構筑物的基礎相連。下線可靠地連接到接地極上，盡量減少接地電阻，避免很大阻抗耦合效應，減少反擊電壓。普通構筑物接地電阻不大于10Ω，中控室接地電阻不大于1Ω。感應雷擊防護：將污水處理廠建筑基礎內的鋼筋(如樁基、底板、地梁等)和地面建筑(如梁柱)等金屬框架與上述的避雷帶防雷引下線連接起來，形成閉合的法拉第籠式接地。有法拉第籠式接地的保護，在很大程度上減少了感應雷的危害，但仍有一部分電磁場會在導線上，如電源線、控制電纜和通訊電纜產生感應電壓。因為屏蔽層具有感應電荷集膚效應，所以控制系統中均采用屏蔽電纜敷設，感應雷產生的電壓均在屏蔽層上，內部電纜不受影響。電纜的屏蔽層均連接到共用接地系統的法拉第籠式接地引出線上，接地電阻很小，感應雷在屏蔽層上產生的感應電流很快就經接地瀉散。在空氣中裸露的線纜最好用鍍鋅鋼管或金屬電纜橋架進行防護，盡可能使其不受感應雷的影響。對于數字信號使用電磁繼電器的方式將PLC的輸入輸出和外部信號、執行機構隔離。對于模擬量信號采用三端隔離的隔離變送器。即輸入、輸出和電源均隔離。PLC間的通訊總線建議不采用金屬材質的雙絞線，而用徹底隔離電壓和電流的光纖。

3 污水廠粗細格柵間、污泥脫水機房和加藥間等的電氣自控系統要有完好的防潮防腐設計

在電氣自控儀表維護工作中會發現電控元件、接線端子銹蝕的很快，特別是進水泵房、粗細格柵間、脫水機房等電控間的電控元件銹蝕的更快，嚴重影響了電氣自控系統的運行穩定和使用壽命。污水和污泥都能產生和散發出硫化氫等多種腐蝕性氣體，這些腐蝕性氣體和潮氣會順著橋架、電纜溝和電控間通風口等路徑進入到電控間的MCC柜和PLC柜，腐蝕內部元件。粗細格柵間屬于污水處理的初始階段，臭味大，再加上格柵的阻攔和進水泵的提升攪動，水霧飛濺大，硫化氫揮發的快，粗細格柵電控間受到的腐蝕相對就大。脫水機房由于是生產污泥和污泥堆積的地方，也會產生大量硫化氫等腐蝕性氣體，所以脫水機電控間受到的腐蝕也大。這就決定了污水廠電氣自控儀表系統必須要有很好的防潮防腐設計。(1)各個污水處理工段要有獨立的電控間，盡量不要把電控柜設計在生產現場，現場僅設置密封性強的就地塑殼開關按鈕箱。(2)電控間和電纜溝和電纜橋架在進電控間墻體處做有效封堵(如發泡、制作密封墻等)，必要時可采取放置干燥劑等方式阻止潮氣和腐蝕性氣體從電纜溝或橋架進入電控間。(3)電控間的門窗采用密封性好的門窗并設置空調，通風扇采用帶自動打開和關閉功能作為空調的備用，在氣溫高且空調故障不得已時使用。采用這樣的設計后，電控間的潮氣、腐蝕性氣和灰塵大為減少，元件銹蝕快的問題得到有效解決，電控系統的穩定性和壽命都大大增加。

4 污水廠自控通訊系統采用工業以太環網設計，取代現場總線是大勢所趨。

污水廠有很多大型成套設備，如鼓風機、脫水機系統等。這些設備一般自帶PLC控制系統，由于這些PLC的品牌和型號與污水廠自控系統PLC的不同和差異，若用總線實現通訊則相當復雜和困難。如果采用以太網，可在上位機上安裝不同PLC的驅動程序就能實現上位機用一種組態軟件監控不同的PLC，并能實現PLC間的通訊，監控和通訊就方便的多。此外以太網還有功耗小、傳輸快、拓撲結構靈活等優點。其中環網在任何一點斷開或故障時不影響整個網絡運行，此外還可實現局域網通訊。

5 結語

保證污水處理安全性、連續性和提高污水處理水平中，PLC電氣控制系統起到了關鍵作用，污水處理系統的正常運作對社會發展和日常生活影響重大，電氣工程自控系統和PLC的結合，不斷的修正錯誤并提供幫助，帶來的高標準、高質量的結果定會受到社會的一致肯定和認可。