周跃军、周凤灵
（长沙光润电气科技有限公司 长沙市岳麓区 410000）
摘要：在现代城市生态化发展中，工业化的进程加速导致多种城市污染现象的发生。其中的水资源匮乏以及环境污染成为人们关注的焦点。水资源问题引发了多种环境问题，使我国经济发展以及社会发展受到限制，无法满足生态环境的发展需求。在污水处理工艺之中，通过应用电气工程自控系统，不仅可以提高污水处理质量与效率，而且有效满足居民的日常生活需求。鉴于此，本文对污水处理厂电气自控系统的运用与技术相关内容进行分析，希望能够给有关人士提供一定的参考价值。
关键词：污水处理厂；电气自控；系统
1污水处理厂的有关概述
污水处理厂的主要作用是将污染源排出的废水进行强化处理，使排出的水符合标准，从而提高用水质量，保护水环境。通常污水处理厂的处理方式可分为两种类型，即集中与分散处理，然后将处理后的废水直接排入城市管道或者水体之中。在废水的处理过程中，污水处理厂通常结合生物、物理以及化学等处理方法进行污水处理，在保障污水处理最佳效果的前提下，节省投资运行费用一直是污水处理厂发展的目标。
2污水处理电气自动控制系统的概述
污水厂电气自控系统是整个污水处理系统的中心环节和核心系统，其技术水平直接影响了相关系统的工作效率和工作水平。在对污水处理自动化控制流程中，通过使用电气自控系统，对不同的电气设备进行实时监控，将采集到的数据及时传送到计算机之中，充分展现污水处理中电气自控系统的控制性能。其可以对污水处理的仪表参数进行实时监控，通过对采集数据的分析、校验，及时发出指令，提高污水处理的有效性。
3电气自动化技术在污水处理中的必要性
传统的污水处理手段还存在一些问题，利用电气自动化技术可实现对污水的全自动处理。电气自动化技术无需利用过多设备，只需配备监视器、变频器、自动化仪表、工控机、PLC系统、传感器等设备就可进行远程操作，实现实时监控。在电气自动化技术的支持下，工作人员无需全部投入到污水处理的工作之中，只需借助这一技术就可以开展控制，提高污水处理效率和质量。电气自动化技术可以对配置进行优化，使其具备完善的自动化处理功能，减少能源浪费，使资源得到充分利用。
4污水处理厂电气自控系统中的问题
通过电气自控系统的使用，可以在污水处理中实现低耗能、高效率的处理目的。但是，污水处理厂电气自控系统在运用中，存在着一定的限制性问题，具体内容如下：第一，在自动控制系统运营中，存在着测试工具不稳定性的现象，例如，在污水处理中，电气自控系统通过气味检测技术、深度除磷技术的运用可以去除污染，但是其稳定性不能得到保证。第二，在污水处理中，系统中的传感器可以发挥自身的检测功能，但是，其中的污水量控制以及前馈控制没有得到有效运用，为污水控制带来限制。第三，对于一些早期建设的污水处理厂，由于自身控制水平的限制，污水的排放标准无法满足要求，对改造工程自动控制系统的设计造成了负面影响。第四，电气自控设计人员缺乏对污水处理工艺过程的整体认识，导致PLC控制站设置混乱，不利于现场调试和今后的维护。第五，在自动控制系统设计中，一些软件以及仪表缺少规范性、合理性及时代性，无法与当今智慧水务的发展相适应，影响污水处理的最终目效果。第六，对于很多污水处理厂，相关管理者没有认识到电气自动控制系统运用的价值。在污水处理厂电气自动控制系统的建设中，存在着重视度不够、投资热情不足的现象，机器设备老化严重、水处理效果不佳，导致污水处理的价值性难以发挥，限制了自动控制系统对污水的有效处理。
5电气自控系统的具体运用
第一，工作人员必须严格开展相应的安全管理工作，特别是针对PLC与PC安装过程中，必须确定是在断电的情况下进行，而且必须要求控制档位停在停止的位置上。只有在两者安装连接完成之后，才可以将档位调整到运行位置。由于浮球也关系到水处理工作的开展，因此必须做好两个浮球之间的调试。第二，设备选型。其一，电气自控系统选型。在电气自控系统的监控设备选型中，应该结合工艺流程、厂址规模以及现场环境等需求特点，对污水处理厂的中央管理层上位机控制系统、PLC控制站以及现场设备等进行合适选型，以满足污水处理过程控制的最终需求。例如，在污水处理厂电气自控系统的构建中，结合以太网交换机选择智能网管监控系统，通过合理选型，加强中央管理层与PLC站控制层的通讯连接，保证信息传输的抗干扰能力和实时性，提高信息处理的有效性。其二，自控仪表选型。检测水质仪表与检测生产物理参数仪表为污水处理厂在线监测仪表的两大类型，其中检测水质仪表包括氨氮、浊度、COD和pH等检测仪表，而检测生产物理参数仪表则包括温度、流量、压力和液位等检测仪表。流量仪表的种类多样，原理也各不相同。结合污水处理厂现状，对流量仪表的比较如表1所示。
表1流量仪表比较
有关资料表明，仪表在实际应用中有2/3的故障是仪表选型错误或使用不当造成的。因此仪表类型选定后，根据污水处理厂环境、工艺以及仪表安装特点，选择满足工艺参数、检测需求、控制需求以及防护需求的具体仪表型号。第三，电气自控系统在运行的过程中，进水格栅的设计，直接关系到运营的效率。通过先拦截污水中存在的固体垃圾，然后再利用超声波液位差控制粗格栅的启停，从而实现格栅能够灵活根据污水的情况进行作业，真正实现污水处理的自动控制。而针对进水泵的控制，可考虑采用变频控制的方式，通过根据水池的液位变化情况自行对水泵进行启动和停止，让整个污水处理结合污水的情况进行灵活调整，极大程度地保证处理的效率。第四，在电气自控系统中，可以设定为采用自动控制、手动控制，半自动控制三种方式。在污水处理厂正常运转的过程中，以全自动控制模式为主联合另外两种控制模式为辅的控制方法。而其中下位机通过利用以太网实现将现场设备状态开关量以及流量、溶解氧及氮氧等仪表参数上传至上位机，还可实现数据的储存，也能让相关工作人员及时了解相关数据参数是否处于正常状态。由于污水处理厂中的不同仪器、设备处于不断运转的状态，而在部分仪器、设备运转过程中产生的实时数据例如累积流量、瞬时流量等，将获得到的数据传输至PLC后，保证上位机数据能够与实际获取得到的数据相同，另外再利用PLC模块接口对信号的采集以及控制信号的输出进行灵活控制，进而高效实现对整个污水处理厂内不同设备的灵活调整与实时控制。第五，由于污水处理厂中有多种泵类设备以及阀类设备，如果仍然沿用传统的控制方法，无法最大限度发挥仪器设备的利用价值。面对传统编程方法存在的局限性，可实现对该方法的进一步升级与优化。通过利用基于状态图编程方法，实现的电气自控系统下位机系统的编程，将原本复杂的动作进行细致划分，这种方式能有效打破传统编程方法的局限性，保证了各项设备均能够处于稳定运行状态，并且也有利于帮助相关工作人员了解仪器设备的运行状态。
6电气自动化技术在污水处理中的应用
6.1对格栅的自动化控制
主要包括粗细两种格栅，这两种格栅的作用不同。粗格栅主要是对颗粒较大的悬浮物进行处理，避免其对管道和水泵形成堵塞；细格栅主要是对比较细小的悬浮物进行处理，是对粗格栅功能的补充。通过液位传感器检测的水位差值与程序设定时间就可以对格栅设备进行控制，通常是利用PLC技术。进水泵通常是应用雷达液位计对水位进行自动化监测与控制。变频器会根据液位的高低进行自动化调节，剩余的水泵全部为工频软起控制；可编程逻辑控制器会根据液位的变化情况开启关闭工频泵。为实现对进水泵房的自动化控制，就要提前编写程序，并利用PID进行调节，这样就可以避免对电机进行的频繁操作，减少电能浪费，促进水泵正常运行。
6.2电气控制设备的设置
污水处理厂电气系统设置的常用方法有以下两种：第一，现场设置，即在污水处理现场设置电气控制设备，此方法可以随时进行调整，具有一定的灵活性，还可以布置控制箱内的各种元件，为电气设备的检查与维护提供了便利。但该方法也存在一些缺点，即缺乏整体性，难以对控制系统进行整体控制。第二，集中设置，即对所有控制设备进行集中设置，该方法为电气自控系统的构建和运行提供了条件，与此同时，有利于设备的连接和管理，降低了设备检查与维修的难度，虽然该方法实现了设备的集中化，但是如果出现故障，会导致整个污水处理系统的工作停止。对上述2种方法进行分析和研究，还是集中设置法比较好，尽管该方法存在一定的缺陷，但是该方法极大程度上减少了电缆的使用量，且集中管理比较方便，更具有优势，在污水处理厂的电气设计优化中可以采用该种方式。
6.3选择性运行滤池
从此污水处理厂配置的滤池情况来说，配置了3台规格为30kW额反冲洗风机；3台规格为11kW反冲洗水泵。节能措施如下：第一，依据出水在线监测设备运行数据以及水质化验监测值，以二沉池出水水质质量达到标准为前提，停止运行高效滤池，使得设备停止运行，达到降低能源消耗的目的。第二，依据出水在线监测设备运行数据以及水质化验监测值，以二沉池出水水质质量达到标准为前提，保持高效滤池运行，当出水能够达到排放标准要求并且处于稳定水平后，停止其运行，实现降低能源消耗的目的。第三，选择重点投放时间段。结合重点时间段，比如国家环保核查的前期以及节假日等，结合实际情况，运行高效滤池。此污水处理厂运行的高效滤池，共计设置了10个单体池，按照轮流反冲洗原则运行，每次运行的时间为15min，单个单体池每日进行2次反冲洗。基于过去的运行数据统计，每年大约运行天数为230天，经过改造后运行125天，通过数据计算得出，此单元节能空间大约为45.7%。3.4PLC与DCS的融合在电气自动化技术中，PLC的优势不言而喻，而且PLC正在迅速渗透到污水处理行业中。将PLC与DCS相结合，可以使二者优势互补，互相协调，从而实现高效、稳定的污水处理。由于PLC技术具有极快的响应速度与能力，与此同时，DCS还可以进行十分复杂的运算，因此，在污水处理的过程中，即使遇到更加复杂和不可控的问题，也能够实现对数据的高效、准确采集。吸取DCS精华的PLC技术能够开展各种复杂的控制，减少外部因素对环境造成的干扰，并对出水指标进行有效控制。
6.4控制系统的节能措施
通常，污水处理厂设备的实际运行额度比设备的设计运行额度低，可见，污水处理过程中能源利用率不高，因此要采用智能化设备，提高资源利用率，保障设备高效、经济的运行。控制系统由软件、硬件组成，因此需要其具有良好的兼容性，才能保障控制系统的广泛应用。为满足污水处理厂的生产工艺和管理的要求及其优化，需要该系统具有一定的网络性、良好的开放性。
7污水处理厂电气自控系统运用的注意事项
1）针对污水处理厂的进水泵，为了保证其有较高的运行效率，摒弃原有的与厂内其他设备共同使用一个PLC和MCC的方式，直接设立出一个单独的PLC站点和MCC。这是因为其中的进水泵作为整个处理厂中最关键的设备之一。在污水处理厂中，PLC站点和MCC控制的设备和仪表数量多，容易导致各种设备出现频繁的电气故障，PLC自身出现故障的概率也大。有单独的PLC和MCC，可保障污水处理厂的进水和运行。2）加强避雷防雷设计：在污水处理厂内及需要使用到的仪器设备类型复杂、种类繁多，因此使电气自控系统内需要铺设多类型的线路，然而由于部分仪器设备均处于露天环境下，加上电气自控系统的特征，导致十分容易在不良天气情况下遭受雷击。而为了避免因恶劣天气带给电气自控系统的不良影响，需要注重建立完善的防雷设计。其中，针对直击雷的防护，通过在污水处理厂的合适位置建设接闪带和避雷针，有效避免雷击的危害。而针对感应雷则需要将厂内的场内建筑物的钢筋金属框架与避雷带防雷引下线连接，尽可能降低感应雷的影响。
8结语
总之，电气自控系统作为整个污水处理厂中的核心系统之一，其技术水平直接关系整个污水处理厂对污水处理的效率与质量。借助电气自控系统能够实现对污水处理厂内不同的电气设备进行实时监控，极大程度提高了工作效率。污水处理厂在运用电气自控系统开展常规运营的过程中，需要结合其实际处理情况以及合理实现对电气自控系统的运用。另外通过注重其中的技术更新与优化，进一步提升其控制性能。同时为保障污水处理厂电气自控系统能够正常稳定运营，还需要密切注意外在因素对整个系统带来的不良影响，从多个方面、多个角度实现对电气自控系统的优化，进而保证污水处理厂稳定运行。因此，可积极推广电气自动化技术，使城市污水处理水平更上一层楼，为营造良好的城市环境做出贡献，使城市获得更加长远的发展。
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作者简介：
周跃军，职称：工程师、项目经理，职务：董事长，研究方向：电力系统继电保护以及自动化控制系；长沙光润电气科技有限公司董事长兼法人，荣获多项国家专利产品。专业从事电力行业二十余年，先后担任知名企业工程部部长、研发部部长、副总工程师、总工程师。