電氣自控系統(tǒng)在污水處理工藝中的運用探索

高向前

[摘? ? 要]我國經(jīng)濟發(fā)展早期階段，雖然發(fā)展速度很快，但對環(huán)境污染問題缺乏重視，環(huán)境保護、自動控制系統(tǒng)等發(fā)展晚，相比于國外發(fā)達技術的成熟應用仍存在差距。隨著當前我國對環(huán)境問題的日益重視，特別是水污染問題，更加重視對污水處理工藝的改進優(yōu)化。其中，應用電氣自控系統(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。文章簡述污水處理工藝存在問題，分析其中電氣自控系統(tǒng)的運用基本情況以及污水處理自控影響因素，掌握電氣自控設計原則，以及具體設計要點，加強對該技術的了解，為其高效應用奠定基礎。

[關鍵詞]電氣自控系統(tǒng);污水處理工藝;影響因素;設計要點;運用

[中圖分類號]TM921.5 [文獻標志碼]A [文章編號]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

當前水資源問題愈加緊張，城市污水處理廠建設成為重要基礎設施。近年來我國建設了大量污水處理廠，其中有自主研發(fā)工藝技術，也有從國外引進技術，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污水處理廠設備分散、控制點多，以及實際運行中復雜控制信息的情況。當前需進一步建構優(yōu)化污水處理電氣自控系統(tǒng)，提高出水水質、降低能耗，滿足規(guī)定要求。

1 污水處理過程中出現(xiàn)問題及電氣自控系統(tǒng)應用基本情況

1.1 污水處理問題

當前城鎮(zhèn)化進程下，城市主城區(qū)人口增加，并進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)水量超出設計負荷的情況，未經(jīng)處理的污水直接排出，成為城市污水排放中一大問題。在各種因素影響下，污水處理廠全年來水量并不均勻，可有效處理污水有限，同時初沉池溢流量大，往往加大能耗和水資源浪費。同時，二沉池配水不均勻存在嚴重偏流現(xiàn)象，調(diào)節(jié)工作強度增加，且不容易達到及時調(diào)節(jié)的目的。二沉池負荷高還會導致翻泥現(xiàn)象，對出水水質造成影響。當前，在污水處理廠運行中，相關工藝還存在一些問題，需進一步分析其實際運行情況，然后采取合理措施解決改進。

1.2 電氣自控系統(tǒng)基本應用情況

電氣自控系統(tǒng)是一種人機操作系統(tǒng)，應用計算機軟件、硬件和PLC完成控制，工作人員利用計算機即可操控整個系統(tǒng)的運行，同時還可實時監(jiān)控各設備，采集設備數(shù)據(jù)后傳輸?shù)接嬎銠C，計算機系統(tǒng)景觀計算確定對控制對象需采取的控制量。污水處理系統(tǒng)中應用電氣自控系統(tǒng)，可以監(jiān)控整個污水處理過程中各項參數(shù)，數(shù)據(jù)采集完成后傳輸?shù)接嬎銠C由其進行分析、校驗，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，即負責自動化控制的PLC程序設計和負責PLC與PC端通信的VB程序設計。

2 污水處理自控影響因素

在科技進步下，污水處理行業(yè)中出現(xiàn)了不少新工藝和新技術，在運用先進工藝時，相關人員除了需考慮其先進性，還要考慮該工藝是否實用，并掌握其技術操作流程，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。當前，影響污水處理自控效果的因素主要有以下幾方面。

（1）對電氣自控系統(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用效果較差，比如相關領導不了解電氣自控系統(tǒng)，認為其節(jié)能效果不足，在設計建設污水處理系統(tǒng)時并不會積極建設電氣自控系統(tǒng)。部分監(jiān)管部門也缺乏對電氣自控系統(tǒng)的了解，認為電氣自控系統(tǒng)應用不會影響污水排放指標和電氣自控系統(tǒng)應用。

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

（3）污水處理自動系統(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對污水流量控制產(chǎn)生影響，前饋控制策略中傳感器不穩(wěn)定運行下，會降低污水處理效率。

（4）缺乏完善配套設備。一些污水處理廠建設年久，受當?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施和設備，隨著污水處理標準不斷提高，配套設備不足的問題進一步影響到電氣自控系統(tǒng)構建。

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

（6）對電氣自控系統(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)認識，不利于提升其實際利用效果。

3 污水處理工藝中電氣自控系統(tǒng)設計原則

3.1 先進技術

污水處理廠在設計電氣自控系統(tǒng)過程中，要站在前瞻角度開展設計，以成熟先進的設計理念，綜合對經(jīng)濟性考量，選擇可靠的技術方法與設備，保證污水處理中電氣自控系統(tǒng)先進性。

3.2 實戰(zhàn)服務

設計污水處理電氣自控系統(tǒng)，要契合國家相關部門規(guī)定和要求，響應上級應急指揮調(diào)度，立足實戰(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

污水處理工藝中應用的電氣自控系統(tǒng)，在設計中需最大程度整合當前系統(tǒng)資源，以提高網(wǎng)絡與通信設備利用率，實現(xiàn)有效信息數(shù)據(jù)共享，樹立起實用與經(jīng)濟理念，避免出現(xiàn)重復建設的問題。

3.4 可持續(xù)發(fā)展

在科技發(fā)展以及工廠規(guī)模擴大影響下，建設電氣自控系統(tǒng)要著眼于未來，立足實戰(zhàn)，適應擴展、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 中央控制設計要求

設計者需根據(jù)污水處理工藝使用情況、污水廠內(nèi)部結構特征、電氣自控系統(tǒng)要求，設計出控制站點。要想保證污水處理工藝中電氣自控工藝應用成效，需要注意以下問題。

（1）減少能耗。在污水處理中一項核心問題就是如何減少能耗、強化處理效果，為提升污水處理效率，相關人員需重視設備維修工作，以降低損耗，使污水處理系統(tǒng)良好運行。比如，在污水處理系統(tǒng)中安裝PLC模塊，分級管控系統(tǒng)，信息輸送量減小，可以及時輸出各項數(shù)據(jù)信息，充分發(fā)揮污水處理系統(tǒng)各項功能。工作人員可根據(jù)相關數(shù)據(jù)信息，對污水處理系統(tǒng)運行特點全面分析、加強監(jiān)控，真正實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)自動化。

（2）結合電氣自控系統(tǒng)應用情況科學保養(yǎng)各項污水處理設施，實行集中管理模式對各項污水處理設備高效管理，提高設備運行效率。

3.6 PLC設計要求

在污水處理工藝中，設施不穩(wěn)定會影響到最終污水處理質量。應用PLC控制系統(tǒng)可使其處理效率提高，幫助相關人員掌握排放生活污水、化學污水的時間，避免其長時間停留在系統(tǒng)內(nèi)部，因此對污水處理過程中化學反應應充分了解。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菌，避免二次污染。

在進行PLC系統(tǒng)安裝過程中，也可安裝監(jiān)測儀器，在地面直接建設污水控制室，將PLC控制裝置有序安裝好，采用先進控制模式，或者組合組態(tài)軟件與PLC模塊使用。配置系統(tǒng)和功能，要結合各類型污水處理工藝進行科學的系統(tǒng)控制模塊設計。

此外，污水處理工藝中需依據(jù)分層分布設計原則設計監(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)控單位需做好信號接收工作，并將其及時傳送到控制室，污水處理系統(tǒng)建立起完善的網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)。

4 污水處理工藝中電氣自控系統(tǒng)設計要點

4.1 智能設備層

智能設備層是在各現(xiàn)場控制站中布設變頻器、流量計和熱電阻等智能設備，以無人值守模式進行現(xiàn)場自控控制管理，可直接在觸摸顯示屏操作。此層信號傳輸采取通信或標準信號輸出方式，數(shù)據(jù)信號會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)場總線網(wǎng)絡布設方式，小型污水廠則布設為星形拓撲結構，用硬接線線纜連接自動化儀表和設備控制箱。

4.2 電氣設備設計

污水處理工藝要實現(xiàn)高效運行，需合理選擇使用的設備，保證設備經(jīng)濟性、先進性、安全性和可靠性，滿足污水廠運行需要。在過去電力系統(tǒng)中，需要通過調(diào)整發(fā)電機頻率實現(xiàn)負荷平衡運轉，因此要求電氣設備供電設備有足夠電能儲存量。但過大的電能儲存量，會加大技術難度，降低電網(wǎng)運行效率，可采取分布式儲能元件儲存電能，便于隨時放出解決不平衡供需問題，合理優(yōu)化資源調(diào)配。

4.3 電纜敷設設計

污水處理廠電氣自動系統(tǒng)設計中，電纜敷設也是重要內(nèi)容，一般采取電纜橋架、電纜溝的敷設方式，局部以直埋方式敷設。確定敷設方法要考慮電纜的實際使用環(huán)境，如果使用環(huán)境中構筑物電線電纜敷設為電纜溝、電纜托盤，或穿管明敷、暗敷;土建將模板支好后即開始放線，要仔細閱讀圖紙。綁好底筋后預埋先關，如果并排敷設多線管，彼此間應適當錯開距離，方便澆注混凝土。完成敷設后對照圖紙仔細檢查，及時糾正配漏、配錯情況。

4.4 整體調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試完之后，在進行工廠中安裝調(diào)試，要先在安裝前進行總調(diào)試以找到系統(tǒng)缺陷，如傳感器和通信等方面問題，及時解決處理。一般可以通過修改PLC程序來解決出現(xiàn)的大部分問題，系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試后，檢驗其是否滿足要求，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監(jiān)控站點與控制站，一般為做好銜接工作，會選擇較成熟工業(yè)總線網(wǎng)絡或者光線工業(yè)以太網(wǎng)，再使用PLC控制的混合結構通信方式，監(jiān)測、采集和分析各設備運行情況。在污水處理廠中設置現(xiàn)場控制站點，其中在細格柵間配電室內(nèi)部設置一個站點，以控制電動進水閥和變頻分離器等運行設備。污水廠變電所處設置一個站點，控制曝氣機、排泥泵和攪拌器等設備。污泥回流泵房內(nèi)設置另一站點控制箱，以控制帶式壓濾機等。通常在選擇運行設備控制器過程中，往往在中間控制層站點中選擇作為整個控制系統(tǒng)內(nèi)控制器，再利用具備良好傳輸功能的網(wǎng)絡媒介掌握設備運行狀態(tài)，并及時分析收集的信息數(shù)據(jù)，查找故障所在，采取有效措施處理，保證設備運行良好。

4.6 無功補償設計

污水處理廠電氣自控系統(tǒng)設備要做好無功功率補償，合理設定無功設備容量，在電氣設備站并網(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備。需加強研究，進一步優(yōu)化無功調(diào)節(jié)方案。

4.7 實施在線儀器監(jiān)測

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)測檢測儀器對硝化反應段、反硝化反應段監(jiān)督控制，以準確監(jiān)測溫度、pH等，調(diào)整不合理指標。此外，還可利用自動規(guī)劃技術，對污水段長期監(jiān)控。污水排口安裝檢測儀器，也可更好地把握脫氮處理后水質是否符合標準。

此外，需不斷完善控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全廠覆蓋監(jiān)控。設計電氣自控系統(tǒng)要完善快走系統(tǒng)，創(chuàng)設高效率系統(tǒng)，如選擇計算機軟件可集中控制。自控系統(tǒng)構建要站在全局角度考慮，基于各流程要素進行設計，升級改進程序保證控制效率。還要優(yōu)化計算機控制體系結構，從實際出發(fā)實現(xiàn)全廠監(jiān)控，保證自控效率。

5 結束語

電氣自控系統(tǒng)利用先進硬件和系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡總線技術，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量，且可靠性好、操作便利、實時控制性強。在運用電氣自控系統(tǒng)時，要合理設計、使用和維護，實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 魯剛.電氣工程自控系統(tǒng)在污水處理工藝中的運用探索[J].工程技術研究，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用探索[J].建筑工程技術與設計，2018（23）：4370.