污水廠電氣自控設(shè)計若干建議

葛 炎

南京公用水務(wù)有限公司橋北污水處理廠

污水廠電氣自控設(shè)計若干建議

葛 炎

南京公用水務(wù)有限公司橋北污水處理廠

在污水處理系統(tǒng)中采用電氣工程自控技術(shù)，不僅可以提高污水處理系統(tǒng)的性能和產(chǎn)率，保證可靠性和安全性，還可以有效降低成本預(yù)算和防止設(shè)備出故障。

污水處理；電氣工程；技術(shù)

國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)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(yè)污水毫無例外的經(jīng)過污水處理系統(tǒng)的稀釋和過濾就排到江河湖海中去，這樣的結(jié)果是重金屬過度、氣味惡臭和食物中毒現(xiàn)象。針對這個問題，現(xiàn)代的污水處理系統(tǒng)采用先進(jìn)的電氣自控技術(shù)，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(dāng)前我國合理開發(fā)充分保護(hù)水資源的途徑，因此在電氣工程自控技術(shù)被推廣及應(yīng)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(jié)省能源，進(jìn)化雜質(zhì)，優(yōu)化水質(zhì)最終提高人類生活品質(zhì)。

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

1 污水廠的進(jìn)水泵設(shè)獨立的PLC站和MCC(含進(jìn)線總開關(guān))進(jìn)行控制，不與其它設(shè)備共用一個PLC和MCC控制和供電。

進(jìn)水泵是污水處理廠的重要關(guān)鍵設(shè)備，進(jìn)水泵的穩(wěn)定運行是污水廠運行的前提條件。早期污水廠中進(jìn)水泵與粗細(xì)格柵間、曝氣沉砂池等預(yù)處理單元設(shè)備共用一個PLC和MCC進(jìn)行控制和供電是很常見的，但這種設(shè)計對進(jìn)水泵的穩(wěn)定運行存在著很大的風(fēng)險和隱患。由于控制的設(shè)備和儀表數(shù)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(fā)生：(1)設(shè)備多工況差導(dǎo)致電氣故障多，短路、過流或?qū)Φ胤烹姇餗CC柜進(jìn)線總開關(guān)和進(jìn)水泵跳閘、PLC故障甚至進(jìn)水泵供電問題。(2)強(qiáng)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(wěn)定，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致CPU模塊燒毀、PLC供電線路跳閘或供電電源燒毀。(3)該P(yáng)LC控制的設(shè)備多，相應(yīng)的模塊數(shù)量和控制點位就多；CPU模塊的運算負(fù)荷和發(fā)熱量也大，自身出現(xiàn)故障的幾率也大。(4)有些設(shè)備和儀表是露天設(shè)置，若防雷不到位，該P(yáng)LC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(jī)，都會導(dǎo)致進(jìn)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(huán)境的環(huán)保責(zé)任事故。另外PLC發(fā)生故障時，不能向中控室計算機(jī)傳送真實的設(shè)備和現(xiàn)場信息，值班人員很難遠(yuǎn)程監(jiān)控到。所以將污水廠的進(jìn)水泵作為成套設(shè)備，和脫水機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備類似擁有自己單獨的PLC和MCC，不受其它因素影響，穩(wěn)定性大大增加后才能有力保障污水廠運行。缺點：進(jìn)水泵設(shè)單獨的PLC和MCC，由于多了一個PLC柜、一個CPU模塊、一個MCC進(jìn)線柜和進(jìn)線開關(guān)，柜體占地面積也要多出幾個平方米，會增加建設(shè)資金。

2 污水廠電氣自控系統(tǒng)要有完善的避雷防雷設(shè)計

由于污水廠占地面積大、自控線路廣、設(shè)備儀表多且分散、部分設(shè)備工作在露天環(huán)境下和廠區(qū)內(nèi)建構(gòu)筑物普遍較低，電氣自控系統(tǒng)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(shè)計。

較早的污水廠在設(shè)計防雷時，只設(shè)計了變電站和MCC柜的強(qiáng)電防雷擊，沒有設(shè)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(yīng)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(yīng)雷擊兩種。直擊雷的防護(hù)：直擊雷防護(hù)主要靠接閃帶和避雷針。污水廠所有構(gòu)筑物屋脊和屋頂四周均敷設(shè)接閃帶，一些地方應(yīng)立高桿式避雷針。為讓產(chǎn)生的電流能快速泄散，接閃帶應(yīng)設(shè)立多處有接地極的引下線并與構(gòu)筑物的基礎(chǔ)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(yīng)，減少反擊電壓。普通構(gòu)筑物接地電阻不大于10Ω，中控室接地電阻不大于1Ω。感應(yīng)雷擊防護(hù)：將污水處理廠建筑基礎(chǔ)內(nèi)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(hù)，在很大程度上減少了感應(yīng)雷的危害，但仍有一部分電磁場會在導(dǎo)線上，如電源線、控制電纜和通訊電纜產(chǎn)生感應(yīng)電壓。因為屏蔽層具有感應(yīng)電荷集膚效應(yīng)，所以控制系統(tǒng)中均采用屏蔽電纜敷設(shè)，感應(yīng)雷產(chǎn)生的電壓均在屏蔽層上，內(nèi)部電纜不受影響。電纜的屏蔽層均連接到共用接地系統(tǒng)的法拉第籠式接地引出線上，接地電阻很小，感應(yīng)雷在屏蔽層上產(chǎn)生的感應(yīng)電流很快就經(jīng)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(jìn)行防護(hù)，盡可能使其不受感應(yīng)雷的影響。對于數(shù)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(zhí)行機(jī)構(gòu)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(zhì)的雙絞線，而用徹底隔離電壓和電流的光纖。

3 污水廠粗細(xì)格柵間、污泥脫水機(jī)房和加藥間等的電氣自控系統(tǒng)要有完好的防潮防腐設(shè)計

在電氣自控儀表維護(hù)工作中會發(fā)現(xiàn)電控元件、接線端子銹蝕的很快，特別是進(jìn)水泵房、粗細(xì)格柵間、脫水機(jī)房等電控間的電控元件銹蝕的更快，嚴(yán)重影響了電氣自控系統(tǒng)的運行穩(wěn)定和使用壽命。污水和污泥都能產(chǎn)生和散發(fā)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(fēng)口等路徑進(jìn)入到電控間的MCC柜和PLC柜，腐蝕內(nèi)部元件。粗細(xì)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(jìn)水泵的提升攪動，水霧飛濺大，硫化氫揮發(fā)的快，粗細(xì)格柵電控間受到的腐蝕相對就大。脫水機(jī)房由于是生產(chǎn)污泥和污泥堆積的地方，也會產(chǎn)生大量硫化氫等腐蝕性氣體，所以脫水機(jī)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(tǒng)必須要有很好的防潮防腐設(shè)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(shè)計在生產(chǎn)現(xiàn)場，現(xiàn)場僅設(shè)置密封性強(qiáng)的就地塑殼開關(guān)按鈕箱。(2)電控間和電纜溝和電纜橋架在進(jìn)電控間墻體處做有效封堵(如發(fā)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(jìn)入電控間。(3)電控間的門窗采用密封性好的門窗并設(shè)置空調(diào)，通風(fēng)扇采用帶自動打開和關(guān)閉功能作為空調(diào)的備用，在氣溫高且空調(diào)故障不得已時使用。采用這樣的設(shè)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(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命都大大增加。

4 污水廠自控通訊系統(tǒng)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計，取代現(xiàn)場總線是大勢所趨。

污水廠有很多大型成套設(shè)備，如鼓風(fēng)機(jī)、脫水機(jī)系統(tǒng)等。這些設(shè)備一般自帶PLC控制系統(tǒng)，由于這些PLC的品牌和型號與污水廠自控系統(tǒng)PLC的不同和差異，若用總線實現(xiàn)通訊則相當(dāng)復(fù)雜和困難。如果采用以太網(wǎng)，可在上位機(jī)上安裝不同PLC的驅(qū)動程序就能實現(xiàn)上位機(jī)用一種組態(tài)軟件監(jiān)控不同的PLC，并能實現(xiàn)PLC間的通訊，監(jiān)控和通訊就方便的多。此外以太網(wǎng)還有功耗小、傳輸快、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點。其中環(huán)網(wǎng)在任何一點斷開或故障時不影響整個網(wǎng)絡(luò)運行，此外還可實現(xiàn)局域網(wǎng)通訊。

5 結(jié)語

保證污水處理安全性、連續(xù)性和提高污水處理水平中，PLC電氣控制系統(tǒng)起到了關(guān)鍵作用，污水處理系統(tǒng)的正常運作對社會發(fā)展和日常生活影響重大，電氣工程自控系統(tǒng)和PLC的結(jié)合，不斷的修正錯誤并提供幫助，帶來的高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的結(jié)果定會受到社會的一致肯定和認(rèn)可。