小型城市生活污水处理厂电气与自控系统设计

小型城市生活污水处理厂电气与自控系统设计

罗春梅

中国市政工程西北设计研究院有限公司新疆分院新疆乌鲁木齐830000

摘要：在大力提倡节能环保的背景下，污水处理厂的自控系统设计和应用也日益凸显其重要性。由于污水处理的工艺流程较多、能耗较大，为此，要注重自控系统的设计、运行和管理，在污水处理厂中引入先进的控制技术、网络通信技术和现场总线技术等，实现对污水处理的自动化控制，从而较好地提升污水处理厂的经济效益和社会效益。

关键词：小型城市；生活污水；处理厂；电气；自控系统设计

引言：十九大召开后，五水共治工作向纵深推进，对污水处理极为重视，污水处置、再生水利用以及配套管网，合流制管网改造、雨污分流管网等建设项目越来越多。现在无论是哪类污水处理厂，自控系统的应用都发挥着至关重要的作用。本文主要对小型城市生活污水处理厂电气与自控系统设计进行了分析与探讨。

1城市生活污水处理现状

随着中国的工业化进程不断加快，人们对于水资源的需求也越来越大，水资源变为一个很大的缺口，造成了人均水资源占有较少且分布不均衡。近年来，我国污水处理行业突飞猛进，污水处理能力逐渐提升，处理效率得到了很好的改善的同时处理量也快速增长。人们平时饮食所排放的残羹剩饭会随着时间和温度的变化发生腐烂的情况，随着污水的排放，滋养了不少的有害细菌和病毒，导致产生恶臭的同时，危害着人们的身体健康；洗洁精、洁厕灵等一系列的产品里面含有大量的化学物质，随着污水的排放，会对水造成氮磷污染，导致水体的富营养化，甚至会引起蓝藻爆发；生活污水如果未经处理便流入水源区域，极易对纯净水造成污染，让有毒物质随着水循环而进入到人们的饮用水中，造成的后果更是难以想象。因此，有效的污水处理再循环利用是当代社会不可缺少的工艺程序。

2污水处理厂自控系统设计原则

污水处理厂的自控系统与污水处理系统投资、运行稳定性有密切关联。为此，要注重把握污水处理厂自控系统的设计原则，以提升污水处理的有效性。①集中管理、分散控制。结合污水处理工艺的特点和整体管理要求，实现对污水处理工艺的控制和管理，可以降低人工管理成本。分散控制则是基于污水处理厂的构筑物相对分散而采用的一种方式，由于其生产工艺流程是连续性、不间断进行的，为此，还要考虑自控系统布线复杂的特点，通过分散控制的方式解决这一问题。②经济实用性。设计要考虑实际要求，以节约投资为前提，建构与实际相契合的自控系统。③先进可靠性。要引入先进、科学的自动控制技术，使之与未来发展方向相一致，较好地增强自控系统的运行安全与可靠性。④开放可扩展性。要与国际标准相适应，具有方便、可扩展性的特点，从而较好地提升污水自动控制的投资效率。

3现有自控系统情况

自控系统作为高级控制系统它是最顶层的控制系统。因此，处理厂的自控系统每年都在不断投入，运行成本增加，主要是设备需要定时定点巡视，有些污水厂为降低初期建设投资，没有对系统进行自控系统设计，造成了后期生产运行中仍需要大量的运行人员配合运行。

4小型城市生活污水处理厂电气与自控系统设计

4.1电气设计

4.1.1变配电所选址

以10KV变电所为例，在选址过程中，要综合考虑周边环境及城市污水处理厂用电负荷情况，保证10KV变配电所接近负荷中心，方便进出线、节省电缆，同时要避免在高温或存在剧烈震动的场所。

4.1.2计量、无功功率补偿和谐波抑制

污水厂商业计量采用高压供电高压计量方式。10kV系统设计量柜，安装符合计费精度的电流互感器、电压互感器和有功、无功电度表。非生产性低压负荷单独设表计量计费。

若污水厂无10kV电动机设备，高压母线不设电容补偿装置。在低压配电室0.38kV母线侧装设集中无功功率补偿电容器，并根据功率因数的变化情况自动投切电容器，最终保证污水厂供配电系统对外功率因数cosΦ≥0.95。

供电范围内较大型换流设备为变频装置、软启动装置、直流电源装置和UPS电源装置，这些换流设备共同构成谐波污染源。大量谐波导致线路损耗增加、电力设备过热，从而加大了电力运行成本，不利于节能；变压器在严重的谐波负荷下将产生局部过热，噪声增加，从而加速绝缘老化，大大缩短了变压器及电动机的使用寿命；还造成电容器过电压，甚至电容柜无法正常投切；同时影响设备的稳定性，尤其是对继电保护装置及PLC控制元件，危害特大，造成误动作。

为了节省造价，可不在低压系统中集中设置动态有源滤波器。可在较大功率的变频装置内设置电抗器、外加装集成无源滤波器，将谐波有效抑制在变频柜内；对电子设备电源另行加装浪涌抑制器件抑制残余谐波。

4.1.3供配电系统设计

以某小型城市生活污水处理为例，污水处理能力设计为4万m3/d，主要包括进水泵、搅拌机、推进器、鼓风机、脱水机、紫外线消毒等用电设备。根据《室外排水设计规范》，污水处理为二级用电负荷，市电网引入两路10kV电源供电，10kV开关柜采取单母线分段接线的方式，将母联开关设置在中间，母联开关不自投。设置两台干式变压器，一个供电一个备用，负载率控制在76%左右，当一台变压器出现故障时，另一台变压器负责全部负荷供电。

4.2自控系统设计

4.2.1自控系统网络设计

对于污水处理自动控制系统来说，网络通信的可靠性对系统控制性能有着重要的影响，这就对网络拓扑结构设计、传输介质选择及参数设置等提出了更高的要求气该文提出的小型城市生活污水处理。自动控制系统结构主要包括上位机监控系统和下位机监控系统。工业以太网以TCP/IP协议为基础，有着较强的抗干扰能力和优良的实时性，而且其能够延伸到污水处理。现场设备控制层，有利于远程控制及资源共享的实现。因此，采用环形光纤工业以太网来进行自控系统组网。

4.2.2监控系统

对于上位机监控系统来说，设计方法众多，可直接用组态软件进行系统开发设计，也可以用可视化软件编程进行设计。本文以西门子组态软件为基础，开发设计上位机监控系统。该软件有着功能强大、通讯稳定及开发简单的特点。在上位机监控系统总画面中，点击导航栏可进入处理环节，实现浏览与控制功能，同时还包括打印、报警确认、动态画面显不等多种基本功能，以及网络通断提示、设备故障提示、故障自诊断、远程控制维护等多种功能模块，为操作人员的监控工作提供了极大的便利。

4.2.3状态图编程

城市污水处理系统外部设备众多，尤其是泵类设备和阀类设备，其控制逻辑较为复杂，若采用传统PLC编程方法，很难起到良好的控制效果，且传统编程方法不仅修改麻烦，而且可读性差，对于复杂程序编写，需要对原有程序大幅修改，增加了错误概率。因此，提出一种状态图编程方法，对自控系统下位机系统进行编程，将复杂动作细致地划分为众多状态，以各个状态之间跳转关系为基础进行编程，能够打破传统编程方法的局限性。具体编程步骤为:以状态图的方式表达动作过程叭将状态图之间跳转用的梯形图语句写出来;结合输出寄存器中的控制指令与实际输出线圈，将相应的限制程序添加其中。

结束语

本系统设计实现了小型污水处理厂整个污水处理工艺的集散控制和管理。该控制系统不仅仅提高污水处理的质量，还对能耗进行控制，减轻了工人的劳动强度，提高了管理效率，取得了良好的经济效益和社会效益。

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