城市生活污水处理厂电气控制系统的设计与研究

摘要：长期以来，我国的污水处理技术都是沿袭了欧美国家近百年的路线和处理技术，虽然在引进和消化国外先进技术的同时也形成了自己的技术，但是同国外先进污水处理技术间还存在一定的差距。一些城市生活污水处理厂甚至是整体购置国外设备，根本没有考虑所在城市的具体情况，缺乏电气控制系统的系统设计。由于进水水质比较复杂，我国城市生活污水处理厂排放的要求又在逐渐提高，单靠人工经验控制已经难以满足现代城市生活污水处理厂的要求，因此本文将对城市生活污水处理厂的电气控制系统展开研究。

关键词：生活污水处理厂；电气控制系统；PLC；监控

本设计针对城市水环境质量要求、来水水质情况、可供利用的技术发展状态和城市经济管理等诸方面的因素进行综合考虑，最终选用的是SBR续批式活性污泥工艺，其中涉及的污水处理设备主要包括进水泵站、曝气沉砂池、生物反应池、二沉池、沉泥泵房、鼓风机房、配电中心及出水泵房等，而电气控制系统就是要对污水处理过程实现自动控制，优化提升运行效果并减少运行费用。

1. 城市生活污水处理厂电气控制系统的设计要求

城市生活污水处理厂电气控制系统在设计时要遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则，实现对生活污水处理厂工艺参数及设备运行的集中监测和生产过程的自动控制。在设计时，既要考虑城市生活污水处理厂电气控制系统的可行性和先进性，又要考虑城市生活污水处理厂电气控制系统的经济性和合理性，在确保生产管理要求的前提下尽量减少投资，确保系统能够长期稳定的运行。

本文所设计的电气控制系统，应用于城市生活污水处理厂后可实现全厂的“现场手动控制”和“自动控制”模式，正常情况下以自动控制为主，但现场手动控制的优先级别是最高的，一旦出现突发事件，如某些设备发生故障或自动控制出现问题，可以采用现场手动控制来及时关闭设备。

2. 城市生活污水处理厂电气控制系统的组成

根据城市生活污水处理厂的生产工艺流程，电气控制系统整体上可以划分为三层（见图1），其中控制层由电控设备、PLC、检测仪表等构成；监控层由服务器、工控机、投影仪、输入/输出设备、无线电台等构成；管理层由计算机终端、输入/输出设备等构成。下面对每层进行一个简单的描述：

（1）控制层

控制层承担着生产过程中的数据采集（采集现场对象的过程变量及状态，如流量、温度、压力等状态瞬时值）、调节控制（对采集到的数据和状态信息，判断是否正常，是否超限并需要报警等）、反馈控制或顺序控制等功能。一般而言，控制层由过程检测仪表、PLC工作站、配电控制设备等构成，并且可将其划分为若干个主站，在工作过程中都有信号需要检测，同时开关、阀、电机和水泵等设备需要被控制。可以根据各自的技术和性能需求，采用公式计算每个模块各自的控制过程和实现方法。

（2）监控层。

监控层是面向系统操作员和控制系统工程师的，需要配备功能强和手段全的计算机系统，确保系统操作员和系统工程师能够对系统进行组态、监视和有效的干预，实现优化控制、自适应控制等功能，确保生产过程正常运行。本设计中监控层拟采用两台工业控制计算机、一台服务器构成，其中两台工业控制计算机分别用作管理计算机和监控计算机，互为冗余；服务器主要用于过程总线和终端总线的隔离，以进一步提高整个计算机监控系统的可靠性。

监控层除了能够迅速可靠、准确有效地完成对各水泵和其他设备的安全监视和控制，还要对整个系统的运行进行管理，包括历史数据存档、检索、运行报表生成与打印、对外通信管理等。

（3）管理层。管理层由中、高档微机担当的工厂自动化综合服务体系和办公自动化系统组合而成，负责有关的生产管理、成本控制、质量管理等方面的综合处理，达到优化组合的目标。

3. 城市生活污水处理厂电气控制子系统的设计

3.1 格栅机的启停控制子系统

格栅机的启停控制采用液位差控制或时间控制：

（1）液位差控制：当液位高于某一设定值时，即自动启动格栅的临界状态时，由于波动而造成频繁启动设备，将启动与停止设置成两个设定值，并可调节该回差大小。例如，当格栅池用于过滤时，可以根据该过程所需的水体积来设定参数，当液体等级在通过格栅之前和之后产生差异，大于或等于设定的参数时，格栅机就可以自动实现一系列的开启和停止。因此，超声波液位计必须被设定在格栅前以及格栅后，然后工作人员通过对PLC的操作来控制格栅的开启和停止。

（2）时间控制。当格栅距上次运行的时间超过设定值时，启动格栅机自动运行。即格栅机每隔一段时间运行一次，每次运行时间为10min，时间周期可以根据水质情况进行控制。

3.2 进水泵房的自动控制子系统

（1）水泵的启停控制。本系统进水泵房共有四台潜污泵（3大泵1小泵），其中三用一备，在实际操作中将备用的泵设置为轮流启动方式，以此达到既有备用又不会长期搁置不用的目的。泵的液位高低将决定泵的启停，当液位由低到高时，泵逐台启动，反之则逐台关闭。

（2）进水泵房的液位控制。进水泵房主控对象为3台进水泵，其启动是根据进水池中污水的液位来控制的，超声波液位计在进水池的上方安装，并将液位分为几个区段。控制水泵依次逐台启动，当水位升高，达到第一段的上限时，启动第一台水泵；当水位继续升高，达到第二段的上限时，启动第二台水泵；以此类推。当水位降低时，控制水泵依次逐台停止，顺序与启动相反。

3.3 沉砂池的控制系统性

沉砂池由吸砂机、搅拌机、鼓风机和洗砂阀砂水分离器等构成。在运行管理中，通过改变曝气的强度来改变旋流速度，使得大于某一粒径的砂粒沉淀，而污水的旋转圈数则决定了去除砂粒的效率。通过调整曝气强度，使曝气沉砂池适应水流速以及砂粒大小的变化，确保良好的沉砂效果。在沉砂池的控制中，搅拌机可使污水旋转，鼓风机发挥曝气作用，而吸砂机和洗砂阀砂水分离器是两个既独立又相互衔接的过程。

4. 小结

将电气控制系统应用于城市生活污水处理厂，可以改变以往城市生活污水处理厂手工控制的落后方式，及时分析污水处理过程的各项数据，极大地提高污水处理水平和经济效益。当然，城市生活污水处理厂电气控制系统比较复杂，其中涉及到监控技术、PLC技术、自动控制技术、仪表检测技术和电气技术等最新水处理自控技术，并且污水处理工艺处于不断发展变化中，因此电气控制系统也要处于不断完善之中。

参考文献：

[1]高晓光，李娟，景华蕊.细格栅电气控制系统在污水处理厂中的应用[J].天津建设科技，2012（4）.

[2]刘航，张永刚，潘越齐，等.污水处理厂的电气控制系统研究[J].城市建设理论研究，2012（18）.

[3]高宏伟，盛昌健，石耀飞.工厂污水处理系统电气控制自动化研究[J].魅力中国，2010（16）.

作者简介：

赵向军（1978年11月-），男，本科，河南济源人，工程师，研究方向为建筑设计、城市公用设计、规划设计、园林绿化设计等的电气部分；通讯地址：通讯地址：河南省洛阳市洛龙科技园区宇文凯街1号；邮编：471000；电话：13592089462

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