小型城市生活污水處理廠電氣與自控設(shè)計(jì)研究

摘要：如今的水資源短缺以及環(huán)境污染是世界共同面臨的問題，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)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(zhì)量，改善我們的生活環(huán)境，必須加緊腳步對(duì)生活污水處理廠進(jìn)行各方面的完善工作。小型城市生活污水處理廠有著規(guī)模小和能耗高的特點(diǎn)，因此，需要合理進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)與自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以此來降低城市污水處理成本，改善城市生活環(huán)境，從而促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展?；诖吮尘埃疚闹饕治隽诵⌒统鞘猩钗鬯幚韽S電氣與自控設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容，可供參考。

關(guān)鍵詞：小型城市;生活污水;處理廠;電氣;自控設(shè)計(jì)

1城市生活污水處理現(xiàn)狀分析

我國(guó)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(guī)?；ㄍ顿Y以萬計(jì)數(shù)，基建投資以億計(jì)數(shù)，而年運(yùn)營(yíng)費(fèi)更是以千萬元計(jì)。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(yùn)營(yíng)費(fèi)用幾百萬到上千萬元。小型污水處理廠通常建于小城鎮(zhèn)，基建投資幾百萬到上千萬，年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用幾十萬到上百萬。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，人們對(duì)于水資源的需求也越來越大，水資源變?yōu)橐粋€(gè)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(guó)污水處理行業(yè)突飛猛進(jìn)，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(shí)，處理量也快速增長(zhǎng)。

2電氣自控系統(tǒng)的概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，城市生活污水電氣自控系統(tǒng)逐步應(yīng)用了越來越多的技術(shù)，通訊技術(shù)、可編程邏輯控制器技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)是應(yīng)用比較多的技術(shù)，因此遠(yuǎn)程監(jiān)控就得以實(shí)現(xiàn)。我們主要是用于監(jiān)控運(yùn)行當(dāng)中的遠(yuǎn)端設(shè)備、水質(zhì)以及流量等一系列在污水處理當(dāng)中非常重要的數(shù)據(jù)，及時(shí)獲取反饋信息，這樣才可以實(shí)現(xiàn)城市生活污水處理的網(wǎng)絡(luò)化、信息化以及自動(dòng)化。在城市生活污水處理當(dāng)中應(yīng)用的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心主要是由計(jì)算機(jī)操作實(shí)現(xiàn)，以一臺(tái)計(jì)算機(jī)為中心，然后通過因特網(wǎng)與多個(gè)污水廠的PLC控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，從而形成一個(gè)復(fù)雜的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心主要由中心計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、接入因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等組成。有這些技術(shù)的支持，就可以獲得大量有效的終端連接，實(shí)現(xiàn)信息的及時(shí)共享。而每個(gè)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(gè)污水站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和采集水質(zhì)指標(biāo)等重要參數(shù)。通過無線傳輸模塊將PLC接入因特網(wǎng)，和監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)污水站的目標(biāo)。由于小型城市生活污水處理站數(shù)量多且分散的特點(diǎn)，通過上述的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視、控制以及維護(hù)工作，可以大大提高工作效率和處理效果，降低運(yùn)行維護(hù)成本。

3電氣自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

3.1電氣設(shè)計(jì)研究

城市生活污水處理電氣自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是電氣設(shè)計(jì)。它主要包括對(duì)全廠水泵、風(fēng)機(jī)、成套設(shè)備進(jìn)行配電設(shè)計(jì)，以及廠區(qū)照明，廠區(qū)防雷接地設(shè)計(jì)，廠區(qū)總動(dòng)力平面圖設(shè)計(jì)，變配電所設(shè)計(jì)，單體設(shè)備動(dòng)力平面圖設(shè)計(jì)等。電氣設(shè)計(jì)還包括一些計(jì)算內(nèi)容，主要有變壓器容量選擇，應(yīng)急電源容量選擇，照明計(jì)算，斷路器、接觸器、熱繼電器的電流參數(shù)計(jì)算及選型，電纜截面型號(hào)計(jì)算選型。有了這些電氣設(shè)計(jì)，整個(gè)污水廠的電氣自控系統(tǒng)就相當(dāng)于人一樣有了軀體，而自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)相當(dāng)于人的思想，靈活的控制著污水廠里各類設(shè)備的工作狀態(tài)。

3.2自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

3.2.1應(yīng)用CASS技術(shù)

CASS（循環(huán)式活性污泥法）工藝不僅具備除磷、脫氮、降解有機(jī)物等功能，同時(shí)具備單池連續(xù)循環(huán)污水處理功能，且占地面積小，運(yùn)行維護(hù)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(gòu)筑物，在生活污水處理廠中，整個(gè)污水處理流程都在生物池中完成，不需要設(shè)置二沉池和調(diào)節(jié)池。整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備設(shè)置緊密。

3.2.2設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)

第一，在電氣與自控設(shè)計(jì)中，要著力完善控制體系，通過高功率系統(tǒng)的創(chuàng)設(shè)，更好滿足實(shí)際需求。如在監(jiān)控計(jì)算機(jī)的選擇中，可選擇SIEMENS的WINCC組態(tài)軟件，能夠有效實(shí)現(xiàn)集中控制，保障自動(dòng)化控制體系的控制功能。第二，全自動(dòng)化控制對(duì)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)有更高要求，要求系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)著眼于全局，能夠基于各流程要素的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的升級(jí)改進(jìn)，以更好地提高控制效率。第三，污水處理廠要優(yōu)化計(jì)算機(jī)控制體系結(jié)構(gòu)，特別是在自控體系建設(shè)中，要從實(shí)際需求出發(fā)，通過全廠監(jiān)控設(shè)計(jì)，提高自控效率。

3.2.3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)來說，網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性對(duì)系統(tǒng)控制性能有著重要的影響，這就對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳輸介質(zhì)選擇及參數(shù)設(shè)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(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。工業(yè)以太網(wǎng)以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)，有著較強(qiáng)的抗干擾能力和優(yōu)良的實(shí)時(shí)性，而且其能夠延伸到污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制層，有利于遠(yuǎn)程控制及資源共享的實(shí)現(xiàn)。因此，采用環(huán)形光纖工業(yè)以太網(wǎng)來進(jìn)行自控系統(tǒng)組網(wǎng)，上位機(jī)監(jiān)控管理層。此層為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最上層，由WinCC組態(tài)構(gòu)成。通訊層。此層為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中間層，由環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成，利用CP343-1通訊模塊實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與S7-300PLC之間的連接，對(duì)WinCC組態(tài)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過收發(fā)器實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與上位機(jī)之間的連接。執(zhí)行層。執(zhí)行層是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最底層，由下位機(jī)PLC及污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理的過程控制和設(shè)備執(zhí)行，整個(gè)執(zhí)行層包括4個(gè)S7-300PLC站，能夠分布式控制整個(gè)處理工藝流程中的各個(gè)分區(qū)工段。。

4結(jié)語

總之，很多小型城市擁有的生活污水處理廠都存在建設(shè)管理問題，本文主要結(jié)合其電氣與自動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用訴求，提供了相關(guān)的建設(shè)性建議。為了能夠獲取更高的污水處理效率以及更優(yōu)質(zhì)的處理質(zhì)量，我們需要引用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來完善城市生活污水處理廠的電氣自控系統(tǒng)。所以國(guó)家要加大對(duì)電氣自控系統(tǒng)的人力物力投入，重視人才培養(yǎng)，力求科技創(chuàng)新，為大眾營(yíng)造一個(gè)更加方便高效的污水處理系統(tǒng)，讓我國(guó)的城市環(huán)境更加適宜人民居住，以便于緊緊追隨可持續(xù)發(fā)展腳步。

參考文獻(xiàn)

[1]盛承輝.小型城市生活污水處理廠電氣與自控設(shè)計(jì)研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016（29）.

[2]周曄.小型城市生活污水處理廠電氣與自控設(shè)計(jì)研究[J].百科論壇電子雜志，2018，（19）.

[3]盛承輝.小型城市生活污水處理廠電氣與自控設(shè)計(jì)研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016，（29）.

[4]劉海全.PLC系統(tǒng)在小型城市生活污水處理廠中應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2014，（13）.

[5]劉海全.PLC系統(tǒng)在小型城市生活污水處理廠中應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014，（13）.

[6]邢衛(wèi)東.城市生活污水處理廠電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，（33）.

[7]向萌，丁彩紅.小型城市生活污水處理廠電氣與自控設(shè)計(jì)[J].水能經(jīng)濟(jì)，2017（1），11-11.

作者簡(jiǎn)介：袁鑫（1987.10-），男，山東省德州市，湖南大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化本科，湖南省長(zhǎng)沙市，研究方向：生活污水處理廠電氣與自控設(shè)計(jì)研究。