淺談城市生活污水處理廠電氣與自控設計

王 志

（廈門水務中環(huán)污水處理有限公司， 福建 廈門 361008）

0 引言

現(xiàn)階段社會發(fā)展中，資源使用與人口數(shù)量增長之間存在的沖突愈發(fā)嚴重，水污染問題已經(jīng)在我國多個地區(qū)存在。隨著物聯(lián)網(wǎng)、計算機等技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，智慧城市理念一經(jīng)問世就受到各個國家的重視。而智慧排水作為智慧城市中的核心組成，依托于電氣自控系統(tǒng)的設計，可最大化發(fā)揮出智慧排水的作用與功能。正因此，電氣自控系統(tǒng)的設計，以及智慧排水的應用，已然成為各個污水處理廠的重點研究課題。

1 城市生活污水處理廠電氣自控系統(tǒng)的設計方案

1.1 涉及控制系統(tǒng)的設計

作為污水處理中電氣處理應用的基礎前提，電氣設計需依據(jù)對污水處理廠實際情況的分析，進行的電氣控制的強化，高質(zhì)量開展配電工作。總結(jié)筆者獨立設計、制作某泵站自動控制系統(tǒng)，審核強弱電各系統(tǒng)圖紙等工作的經(jīng)驗，得出電氣設計并非是指處理廠照明電氣設計，而是針對自控系統(tǒng)的電氣設計。通常情況下，開關、熔斷器為電氣線路設置中常用的電器，而針對電氣線路接通與斷開的控制，則是以電氣設備的觸電特征來實現(xiàn)有效控制，確保電氣系統(tǒng)中各個電機與電氣始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免對民眾日常生活造成嚴重影響[1]。

1.2 自控系統(tǒng)的設計

針對自控系統(tǒng)的設計，需秉持著資源信息共享、集中與分散管控的準則，結(jié)合SCADA 系統(tǒng)的應用，進行污水處理設備運行狀態(tài)、處理工藝應用、各項參數(shù)的全面監(jiān)控。實際設計過程中，需重視對操作水平與管理水平的提升，積極引進先進技術(shù)工藝。通過對模擬量與開關量的模擬來實現(xiàn)自控系統(tǒng)的有效設計，確保其操控需求得到滿足。要想保證自控系統(tǒng)設計符合預期要求，需重視對污水處理情況的綜合分析，以此為依據(jù)強化系統(tǒng)設計。例如在某污水處理廠改擴建工程自動化項目施工過程中，筆者與施工方相關人員深入到現(xiàn)場對污水處理廠實際運行開展考察調(diào)研，結(jié)合對考察資料的分析進行方案設計，最終實現(xiàn)自控系統(tǒng)滿足污水處理廠運行管理需要的同時，也減輕了一線工作人員的負擔。

2 智慧排水在城市污水處理應用分析

2.1 建設要求

要想最大化發(fā)揮出智慧排水的作用與功能，需以智慧排水體系的建設為基礎。而在具體構(gòu)建智慧排水體系過程中，需依據(jù)對數(shù)據(jù)資源建設要求的分析，具體包括監(jiān)測、業(yè)務、基礎以及多媒體數(shù)據(jù)等。其中處理廠與泵站的智能預警以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)、指標實時采集分析和監(jiān)控尤為重要。針對生產(chǎn)指標的監(jiān)測與采集，需囊括進出水水污染檢測、水量檢測、集水井水位監(jiān)控。水污染檢測涉及到對污水的化學需氧量、氨氮、總氮、總磷、固體懸浮物等物質(zhì)的檢測；針對生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測與采集，必須做到充分利用傳感器設備、檢測儀，實時且全面的監(jiān)測各類設備運行狀態(tài)、壓變、流量的模擬量與開關量，并將檢測值反饋至監(jiān)控中心[2]。

智慧排水系統(tǒng)的運行，依托于數(shù)據(jù)采集設備、智能采集終端、壓力傳感器、液位計、無線網(wǎng)絡設備、視頻監(jiān)控等在線監(jiān)測設備的應用，實現(xiàn)對城市排水系統(tǒng)運行的實時、全天候感知，而排水設備與管理部門則借助可視化的形式進行有機整合，充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來采集、處理、分析大量的信息，以此為基礎構(gòu)建完善的模型，為相應處理決策的制定提供幫助與參考。正因智慧排水體系的完善構(gòu)建，實現(xiàn)從排污企業(yè)至排污口的全閉環(huán)管理，提升污水系統(tǒng)管理的精細性、動態(tài)性以及智慧性。

2.2 工作目標

智慧排水的應用，其工作目標體現(xiàn)為：借助對物聯(lián)網(wǎng)、計算機等技術(shù)的應用，實現(xiàn)城市污水處理的感知物聯(lián)化、設施數(shù)字化、數(shù)據(jù)可視化、運維信息化、管理科學化、決策智慧化，促進我國污水建設事業(yè)不斷朝著智能化、智慧化的方向邁進。

2.3 實現(xiàn)框架

立足于物理層面，智慧排水的系統(tǒng)架構(gòu)組成包括檢測與控制設備、監(jiān)控中心平臺、使用終端。不同組成部分之間的關聯(lián)依據(jù)為互聯(lián)網(wǎng)，充分利用監(jiān)控中心進行城市污水處理廠的統(tǒng)一監(jiān)控、檢測與控制，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎，構(gòu)建完善且科學的智慧排水處理系統(tǒng)。針對智慧排水系統(tǒng)的構(gòu)建，借助對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用構(gòu)建五層式系統(tǒng)架構(gòu)，包括感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應用層及展示層。所構(gòu)建的智慧排水系統(tǒng)具備遠程集中管理功能，可達到“遠程治水”的目的[3]。

不同系統(tǒng)層次功能不同，感知層主要功能體現(xiàn)為相關數(shù)據(jù)的檢測與采集，即依托于傳感器的應用，對各個地區(qū)處理廠進出水水量、水質(zhì)及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的檢測與采集。同時，應用層可實現(xiàn)對設備參數(shù)與環(huán)境參數(shù)的自動檢測，遵循相關指令定期將檢測結(jié)果上傳至監(jiān)控中心。應用層的有效構(gòu)建，可實現(xiàn)自動化、統(tǒng)一化的處理污水廠數(shù)據(jù)信息，依據(jù)檢測數(shù)據(jù)分析進行設備故障的預警；傳輸層的主要作用是進行數(shù)據(jù)傳輸，等到數(shù)據(jù)采集完畢，利用物聯(lián)網(wǎng)通訊網(wǎng)絡將采集完成的數(shù)據(jù)信息傳輸至數(shù)據(jù)層；應用層主要功能體現(xiàn)為對所有信息資源的采、存、管及查詢應用，為應用系統(tǒng)層提供數(shù)據(jù)支撐，具體運行過程中，數(shù)據(jù)層主要包括信息資源規(guī)劃管理、數(shù)據(jù)采集加工、數(shù)據(jù)權(quán)限管理、數(shù)據(jù)分析應用等功能。應用層則是通過智慧管理、智慧調(diào)度、智慧運維等幾大應用模塊，實現(xiàn)統(tǒng)一的一體化、規(guī)范化、精細化、智慧化的智慧排水管理體系。展示層則是通過展示大屏、智慧排水網(wǎng)站、智慧排水APP、公眾號等向社會展示城市排水運行情況。

2.4 設計特點

分析智慧排水系統(tǒng)的設計，其特點具體體現(xiàn)為：（1）實時監(jiān)控。系統(tǒng)可實現(xiàn)對城市排水管道設施的實時、全面監(jiān)控，做到對城市污水排放情況的全面掌握。例如筆者參與杏林污水處理廠安防監(jiān)控系統(tǒng)改造項目中，發(fā)現(xiàn)原有監(jiān)控系統(tǒng)運行時間已經(jīng)長達8年，不僅存在嚴重的設備老化問題，甚至部分監(jiān)控設備的夜視功能喪失。同時，原有的攝像設備均為模擬機，無法做到對數(shù)據(jù)信息的共享、存儲以及傳輸。對此，2016年該廠在長度超過1000 米的圍墻上進行監(jiān)控器的安設，并在重點設施場所如化驗室、設備室等區(qū)域進行監(jiān)控器的安設，以此促進智慧排水系統(tǒng)的進一步建設，并達到廠區(qū)全覆蓋監(jiān)控的目的。（2）動態(tài)調(diào)控。依據(jù)對相關檢測數(shù)據(jù)的采集與分析，實現(xiàn)對管網(wǎng)輸送、泵站運行以及污水廠運行的動態(tài)調(diào)控。例如筆者參與的廈大泵站項目改造中，以往采用的自耦降壓方法無法滿足系統(tǒng)的實際運行需求。對此，廈大泵站更新變頻器三臺，功率分別為90KW、90KW、45KW，并依據(jù)實際運行要求，進行二次線路與控制柜的改造更換，結(jié)合對自控系統(tǒng)的鏈接，達到系統(tǒng)動態(tài)化、自動化控制的目的。（3）預警與故障排除。依托于傳感器的應用進行設備運行監(jiān)測，第一時間發(fā)現(xiàn)存在的老化、破舊問題，通過提前預警的方式來及時排除隱患，避免設備故障影響污水處理廠運行穩(wěn)定性。同時，融合應用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、計算機等技術(shù)，立足于智慧污水角度，進行智能化、科學化安全污水處理方案的制定，進一步提升故障維修效果，避免因人為失誤而影響到設備故障維修質(zhì)量。

2.5 應用表現(xiàn)

通過對智慧排水的應用，依托于大數(shù)據(jù)技術(shù)的應用對排水系統(tǒng)全面檢測，以可視化等方式進行系統(tǒng)設施的整合管理，構(gòu)建以物聯(lián)網(wǎng)為基礎的完善排水管理體系。通過對各項數(shù)據(jù)信息的智能采集與分析，進行數(shù)據(jù)信息的科學分類并提前預警，若運行期間出現(xiàn)故障或隱患，可第一時間通知管理人員，并為人員提供科學且合理的輔助決策，提升排水系統(tǒng)管理的精細化以及動態(tài)化，做到排水系統(tǒng)的現(xiàn)代化、智能化、智慧化運行。

3 結(jié)束語

城市污水處理效果關乎到民眾生活環(huán)境能否健康、持續(xù)的發(fā)展，影響著民眾的生活質(zhì)量。對此，需重視對處理廠電氣自控的強化設計，加大先進工藝、技術(shù)、設備的引進力度，構(gòu)建完善智慧排水管理體系，為生活污水處理廠的自動化、高效化、智能化運行打下良好基礎。