小型城市生活污水處理廠電氣與自控設計研究

摘要：如今的水資源短缺以及環境污染是世界共同面臨的問題，我國的經濟社會發展由此也受到了很大程度的制約。為了提升城市居民的生活質量，改善我們的生活環境，必須加緊腳步對生活污水處理廠進行各方面的完善工作。小型城市生活污水處理廠有著規模小和能耗高的特點，因此，需要合理進行電氣設計與自控系統設計。以此來降低城市污水處理成本，改善城市生活環境，從而促進城市可持續發展。基于此背景，本文主要分析了小型城市生活污水處理廠電氣與自控設計的有關內容，可供參考。

關鍵詞：小型城市;生活污水;處理廠;電氣;自控設計

1城市生活污水處理現狀分析

我國的生活污水處理廠大體上可分為大型、中型和小型三種。大型污水處理廠通常是建在大城市，其規模基建投資以萬計數，基建投資以億計數，而年運營費更是以千萬元計。中型污水處理廠一般建于中、小城市和大城市的郊縣，基建投資幾千萬至上億元，年運營費用幾百萬到上千萬元。小型污水處理廠通常建于小城鎮，基建投資幾百萬到上千萬，年運營費用幾十萬到上百萬。隨著我國工業化進程不斷加快，人們對于水資源的需求也越來越大，水資源變為一個很大的缺口，造成了人均水資源占有較少且分布不均衡。近些年來，我國污水處理行業突飛猛進，污水處理能力逐漸提升，處理效率得到了很好的改善的同時，處理量也快速增長。

2電氣自控系統的概述

隨著科學技術的不斷發展，城市生活污水電氣自控系統逐步應用了越來越多的技術，通訊技術、可編程邏輯控制器技術以及計算機技術是應用比較多的技術，因此遠程監控就得以實現。我們主要是用于監控運行當中的遠端設備、水質以及流量等一系列在污水處理當中非常重要的數據，及時獲取反饋信息，這樣才可以實現城市生活污水處理的網絡化、信息化以及自動化。在城市生活污水處理當中應用的遠程監控中心主要是由計算機操作實現，以一臺計算機為中心，然后通過因特網與多個污水廠的PLC控制器實現網絡通訊，從而形成一個復雜的監控網絡系統。計算機監控中心主要由中心計算機、打印機、接入因特網的網絡通訊設備等組成。有這些技術的支持，就可以獲得大量有效的終端連接，實現信息的及時共享。而每個分散的污水站主要包括了無線傳輸模塊、集中控制器（PLC）。PLC控制器控制整個污水站的設備運行狀態和采集水質指標等重要參數。通過無線傳輸模塊將PLC接入因特網，和監控中心實現網絡通訊，從而實現監控中心遠程監控和維護污水站的目標。由于小型城市生活污水處理站數量多且分散的特點，通過上述的遠程監控技術來實現對其進行實時的監視、控制以及維護工作，可以大大提高工作效率和處理效果，降低運行維護成本。

3電氣自控系統的設計研究

3.1電氣設計研究

城市生活污水處理電氣自控系統設計的基礎是電氣設計。它主要包括對全廠水泵、風機、成套設備進行配電設計，以及廠區照明，廠區防雷接地設計，廠區總動力平面圖設計，變配電所設計，單體設備動力平面圖設計等。電氣設計還包括一些計算內容，主要有變壓器容量選擇，應急電源容量選擇，照明計算，斷路器、接觸器、熱繼電器的電流參數計算及選型，電纜截面型號計算選型。有了這些電氣設計，整個污水廠的電氣自控系統就相當于人一樣有了軀體，而自動化控制設計相當于人的思想，靈活的控制著污水廠里各類設備的工作狀態。

3.2自控系統設計研究

3.2.1應用CASS技術

CASS（循環式活性污泥法）工藝不僅具備除磷、脫氮、降解有機物等功能，同時具備單池連續循環污水處理功能，且占地面積小，運行維護量少，十分適合于小型城市生活污水處理廠。生物池是CASS工藝的核心構筑物，在生活污水處理廠中，整個污水處理流程都在生物池中完成，不需要設置二沉池和調節池。整個工藝流程簡單，設備設置緊密。

3.2.2設計監控系統

第一，在電氣與自控設計中，要著力完善控制體系，通過高功率系統的創設，更好滿足實際需求。如在監控計算機的選擇中，可選擇SIEMENS的WINCC組態軟件，能夠有效實現集中控制，保障自動化控制體系的控制功能。第二，全自動化控制對自控系統設計有更高要求，要求系統構建應著眼于全局，能夠基于各流程要素的設計，實現對程序的升級改進，以更好地提高控制效率。第三，污水處理廠要優化計算機控制體系結構，特別是在自控體系建設中，要從實際需求出發，通過全廠監控設計，提高自控效率。

3.2.3網絡系統設計

對于污水處理自動控制系統來說，網絡通信的可靠性對系統控制性能有著重要的影響，這就對網絡拓撲結構設計、傳輸介質選擇及參數設置等提出了更高的要求。該文提出的小型城市生活污水處理廠自動控制系統結構主要包括上位機監控系統和下位機監控系統。工業以太網以TCP/IP協議為基礎，有著較強的抗干擾能力和優良的實時性，而且其能夠延伸到污水處理廠現場設備控制層，有利于遠程控制及資源共享的實現。因此，采用環形光纖工業以太網來進行自控系統組網，上位機監控管理層。此層為系統網絡最上層，由WinCC組態構成。通訊層。此層為系統網絡中間層，由環形工業以太網構成，利用CP343-1通訊模塊實現以太網與S7-300PLC之間的連接，對WinCC組態設備網絡參數進行設置，通過收發器實現以太網與上位機之間的連接。執行層。執行層是系統網絡結構的最底層，由下位機PLC及污水處理廠現場設備構成，能夠實現污水處理的過程控制和設備執行，整個執行層包括4個S7-300PLC站，能夠分布式控制整個處理工藝流程中的各個分區工段。。

4結語

總之，很多小型城市擁有的生活污水處理廠都存在建設管理問題，本文主要結合其電氣與自動系統應用訴求，提供了相關的建設性建議。為了能夠獲取更高的污水處理效率以及更優質的處理質量，我們需要引用先進的科學技術來完善城市生活污水處理廠的電氣自控系統。所以國家要加大對電氣自控系統的人力物力投入，重視人才培養，力求科技創新，為大眾營造一個更加方便高效的污水處理系統，讓我國的城市環境更加適宜人民居住，以便于緊緊追隨可持續發展腳步。

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作者簡介：袁鑫（1987.10-），男，山東省德州市，湖南大學電氣工程及其自動化本科，湖南省長沙市，研究方向：生活污水處理廠電氣與自控設計研究。