张永权
广州市扬新技术研究有限责任公司 广东广州 510540
摘要：现如今，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，城市生活污水排放量逐年增多。如何加强污水处理，避免污水的排放对生活环境造成污染，已然成为民众的重点关注问题。作为城市污水处理的主要场所，通过电气与自控的科学设计，可进一步提升污水处理质量与效率。基于此，本文以电气自控系统设计方案的分析入手，探讨并总结现阶段污水处理中智慧排水的应用，以期为城市环保工作开展贡献助力。
关键词：污水处理厂；自控设计；智慧排水；设计方案
引言
随着经济的快速发展，人民的生活质量在不断改善的同时，周围的环境也遭到了不同程度的破坏。很多小型城市的污水处理系统有着各种各样的问题，污水处理不及时，造成环境的更加恶化。城市污水是现在城市生活以及工作当中面临的比较主要的一种环境污染，所以我们必须重视城市污水处理系统的研发设计。为了将污水处理的更加有效合理，污水处理厂必须加紧步伐展开工作，本文简要分析了城市生活污水处理电气自控系统的设计以及实现。
1电气自控系统概述
由于当前我国各个城市污染现象越来越严重，单一技术手段已经不能满足城市现存污染治理要求。这就需要在原有污染治理模式的基础上，进行电气自控系统设计，并利用电气自控系统进行城市生活污水处理，将城市生活污水量控制在一个规定的范围内，进一步实现城市可持续发展的目标。从电气自控系统的角度出发，明确该项系统能够实现多项技术手段巧妙结合的目的，加强对城市生活污水综合控制力度。一旦城市生活污水量超出相应标准，相应系统能够自主开展污水治理工作。在提升城市生活污水治理效果的同时，为城市居民营造更为适宜的生活环境。此外，电气自控系统还需要利用计算机装置对城市生活污水实施监督控制，明确城市污水量动态变化趋势。强化城市生活污水监督力度，确保城市生活污水能够得到及时治理。
2城市生活污水处理厂电气与自控设计
2.1优化总线布局，提高自控效率
传统总线布局模式比较落后，影响电气自动化控制系统的运行效率。为此：①优化总线布局模式，通过高效率网络系统结构，更好地满足实际需求。由于总站与各子网之间存在数据信息流通，这就要求高配间PLC主站，要强化CPU设计，应满足实际需求。如使用SIEMENS的S7-1500/1200可编程控制器，通过工业以太网，实现对各控制网络的数据通信，有效提高控制效率，解决网络运行缓慢等问题。②改善电气自动化控制系统的运行环境，在脱水房PLC主站中，应阵地需求，适当增加CPU设计，这样可以有效保障PLC控制系统的运行效率，也能够实现中控室高效率的计算机控制运行。③在污水处理厂回流池的自控设计中，应实现对控制主站信息通信的构建，通过CPU的优化设计，实现独立状态下数据信息的收集及传导，以更好地满足自控设计需求。因此，对于污水处理厂而言，应针对各节点、各流程的自控需求，优化自控程序设计，以更好地提高自控效率。
2.2实现框架
立足于物理层面，智慧排水的系统架构组成包括检测与控制设备、监控中心平台、使用终端。不同组成部分之间的关联依据为互联网，充分利用监控中心进行城市污水处理厂的统一监控、检测与控制，以物联网为基础，构建完善且科学的智慧排水处理系统。针对智慧排水系统的构建，借助对物联网技术的应用构建五层式系统架构，包括感知层、传输层、数据层、应用层及展示层。所构建的智慧排水系统具备远程集中管理功能，可达到“远程治水”的目的。不同系统层次功能不同，感知层主要功能体现为相关数据的检测与采集，即依托于传感器的应用，对各个地区处理厂进出水水量、水质及生产过程数据的检测与采集。同时，应用层可实现对设备参数与环境参数的自动检测，遵循相关指令定期将检测结果上传至监控中心。应用层的有效构建，可实现自动化、统一化的处理污水厂数据信息，依据检测数据分析进行设备故障的预警；传输层的主要作用是进行数据传输，等到数据采集完毕，利用物联网通讯网络将采集完成的数据信息传输至数据层；应用层主要功能体现为对所有信息资源的采、存、管及查询应用，为应用系统层提供数据支撑，具体运行过程中，数据层主要包括信息资源规划管理、数据采集加工、数据权限管理、数据分析应用等功能。应用层则是通过智慧管理、智慧调度、智慧运维等几大应用模块，实现统一的一体化、规范化、精细化、智慧化的智慧排水管理体系。展示层则是通过展示大屏、智慧排水网站、智慧排水APP、公众号等向社会展示城市排水运行情况。
2.3自控系统设计
“集中管理、分散控制、资源共享”的原则是自控系统的设计的过程当中需要遵循的几个重要原则。这几大原则主要是用于符合现如今工业自动监控系统的发展模式，保证自控系统能够十分有效的实现对于城市生活污水处理当中的工艺参数控制。除此之外，设备运行状况的监测以及污水处理过程的全自动的控制也离不开这几大原则。管理水平的先进性以及技术的合理性是在进行设计的过程当中需要加以重视的。我们需要用尽可能少的投资来获取高质量的技术，这样才能使小型城市生活污水电气自控系统得到长时间的高效工作。小型城市的污水处理自控系统当中进行控制的对象既包括开环控制也包括闭环控制，既有开关量也有模拟量，既有顺序控制也有实时控制。我们在自控系统的设计选择的时候需要针对城市生活污水处理厂的实际的情况进行选择，做到具体问题具体分析，抛弃墨守成规思想。我们通常按照污水处理厂的规模来确定控制系统的配置。对于日处理量为几十吨的特小污水处理站，自动化控制系统可以很简单，可能只要通过继电器控制就可以实现自动运行。
对于日处理量为几百吨的小型污水处理站，自动化控制系统一般由小型PLC控制器（下位机），比如西门子的S7-1200系列PLC,和触摸屏（上位机）组成。重要的参数可以在触摸屏上进行显示和设置。对于日处理量为几千吨的中小型污水处理站，自动化控制系统一般由中型PLC控制器（下位机），比如西门子的1500系列PLC,和SCADA（数据采集和监控系统）组成。S7-1500系列PLC和ET200SP或S7-1200/200Smart子站组成了分布式控制系统，对全厂各个工段的设备进行分散控制。通过通讯连接的分布式子站大大减少了控制电缆的使用，并且提高了系统的可靠性。而SCADA（数据采集和监控系统）对全厂设备进行集中管理。全厂设备的运行状态都在SCADA系统画面上有显示，通过SCADA系统对全厂设备进行起动停止操作。全厂重要的设备参数和水质参数都可在SCADA系统里进行实时显示，记录和归档等。
2.4核算负载，降低变压器损耗
变压器的损耗主要有以下两种：变压器的空载损耗；变压器额定负载传输的损耗。第一种又被称为铁损，主要是由铁芯锅流损耗以及漏磁损耗所组成，其值与铁芯材料有关，还与制造工艺有着密切的联系，但是与负荷大小无关。第二种又被称为变压器线损。它主要由变压器绕组的电阻所决定，与流过绕组的电流大小有所联系，而且与符合率平方成正相关。当变压器的负债率处于50/100的时候，其能耗最小，不过这个时候仅减少变压器的线损，却没有减少铁损。另外，变压器负债率较低，空载所造成的损耗比重会增大，而且功率因素也会不断降低，这样会导致电能的损耗变得更大，进而增加较大的初装费用。故此，对以下几种费用进行综合考虑：初装费、土建投资费用、变压器费用等，又需要确保变压器在使用期内预留适当的余量，就需要对变压器的负载率进行控制，将其控制在60%~75%。规范上提出，在对污水处理厂的负荷进行计算时，最好使用需要系数法，在进行负荷计算的过程中，一方面需要对设备的备用情况进行考虑，对需用系数的取值进行考虑之外，另一方面也需要对设备的使用情况进行考虑。在某污水处理厂的工程设计中，该厂的尾水排放至周边的河涌之中。出水水位要低于洪水位，并且高于河涌常水位。故此，该厂设立了退水泵房，在洪水位时，可以将尾水排放出去。根据相关资料表示，河涌每年的洪水位超出的情况不低于10次，每次不超过一日。在对退水泵房进行设计时，就需要对这一加载进行分析，要对工程负荷进行更充分的考虑，以促使用电负荷能够满足实际需要，满足变压器总负载的60/100。如此一来，就能够使负荷运行得科学合理。
2.5完善控制体系，实现全厂监控
污水处理厂在自控系统的设计中，应实现中控室系统结构的完备性，从而实现全厂监控覆盖。①在电气与自控设计中，要着力完善控制体系，通过高功率系统的创设，更好满足实际需求。如在监控计算机的选择中，可以选择SIEMENS的WINCC组态软件或亚控组态王软件等，能够有效实现集中控制，保障自动化控制体系的控制功能。②全自动化控制对自控系统设计有更高要求，要求系统构建应着眼于全局，能够基于各流程要素的设计，实现对程序的升级改进，以更好地提高控制效率。③污水处理厂要优化计算机控制体系结构，特别是在自控体系建设中，要从实际需求出发，通过全厂监控设计，提高自控效率。
2.6合理搭配，减少运行损耗
对设备进行科学合理的搭配，并对自动控制系统进行有效的运用，以实现精细化控制。在城市生活污水处理厂之中，以下两种用电设备较为常用：水泵、风机。工艺专业在选型过程中，需要根据最大的负载来选型。但是，实际情况却很难达到工艺设定的值。例如，水泵时间段不同，那么来水量也会不同。因为进水泵是采用组合的方式，由许多台水泵组成，所以进水量是会发生变化的，但是进水泵的功率却是相对固定的。那么就可以给水泵安装变频调速装置，来对水泵的流量进行控制，使其贴近进水量。如果流量与转速成比例，而功率与转速的3次方成比例，那么当水泵以及风机等设备采用了变频调速装置时，流量减少，这样一来，所需功率也会大幅度下降，从而达到节约电耗的效果。在生活污水处理厂内，要尽可能使用自动控制系统，这样才能够提高工作的效率。此外，在系统的调试期间，需要对各种参数进行相应的调整，以减少设备的空载运行，这样就能够提高设备的运行效率。
3应用表现
通过对智慧排水的应用，依托于大数据技术的应用对排水系统全面检测，以可视化等方式进行系统设施的整合管理，构建以物联网为基础的完善排水管理体系。通过对各项数据信息的智能采集与分析，进行数据信息的科学分类并提前预警，若运行期间出现故障或隐患，可第一时间通知管理人员，并为人员提供科学且合理的辅助决策，提升排水系统管理的精细化以及动态化，做到排水系统的现代化、智能化、智慧化运行。
结语
综上所述，了解到在城市人口数量越来越多的条件下，城市生活污水量逐渐提升。导致城市污水处理难度加大，对于城市可持续发展水平也有很大的影响。这就需要按照城市生活污水处理现状设计合理的电气自控系统，并利用电气自控系统进行城市生活污水处理。提升城市生活污水处理效果，缓解其他污染源对城市综合发展产生的影响，进一步推动相应城市向着更加合理的方向发展。
参考文献
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