电气自控系统在污水处理工艺中的运用探索

高向前

[摘    要]我国经济发展早期阶段，虽然发展速度很快，但对环境污染问题缺乏重视，环境保护、自动控制系统等发展晚，相比于国外发达技术的成熟应用仍存在差距。随着当前我国对环境问题的日益重视，特别是水污染问题，更加重视对污水处理工艺的改进优化。其中，应用电气自控系统污水处理效果好，且保证了污水处理系统运行效率和能耗，因此电气自控系统成为污水处理工艺发展中重要课题。文章简述污水处理工艺存在问题，分析其中电气自控系统的运用基本情况以及污水处理自控影响因素，掌握电气自控设计原则，以及具体设计要点，加强对该技术的了解，为其高效应用奠定基础。

[关键词]电气自控系统;污水处理工艺;影响因素;设计要点;运用

[中图分类号]TM921.5 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–0–03

Exploration on the Application of Electric Automatic

Control System in Wastewater Treatment Process

Gao Xiang-qian

[Abstract]In the early stage of China's economic development， although the speed of development was very fast， it did not pay much attention to environmental pollution， and the development of environmental protection and automatic control systems was late. Compared with the mature application of foreign developed technologies， there is still a gap. With the current increasing attention to environmental issues in China， especially the problem of water pollution， more attention is paid to the improvement and optimization of sewage treatment processes. Among them， the application of electrical automatic control systems has good sewage treatment effects， and ensures the operation efficiency and energy consumption of sewage treatment systems. Therefore， electrical automatic control systems have become an important topic in the development of sewage treatment processes. The article briefly describes the problems in the sewage treatment process， analyzes the basic application of the electrical automatic control system and the influencing factors of the sewage treatment automatic control， masters the electrical automatic control design principles and specific design points， strengthens the understanding of the technology， and lays a foundation for its efficient application Base.

[Keywords]electrical automatic control system; sewage treatment process; influencing factors; design points; application

當前水资源问题愈加紧张，城市污水处理厂建设成为重要基础设施。近年来我国建设了大量污水处理厂，其中有自主研发工艺技术，也有从国外引进技术，污水处理工艺愈加成熟。随着污水处理控制要求提高，其操作也要求更加简捷。因此，在污水处理工艺中出现电气自控系统，以此为控制核心可以良好适应污水处理厂设备分散、控制点多，以及实际运行中复杂控制信息的情况。当前需进一步建构优化污水处理电气自控系统，提高出水水质、降低能耗，满足规定要求。

1 污水处理过程中出现问题及电气自控系统应用基本情况

1.1 污水处理问题

当前城镇化进程下，城市主城区人口增加，并进一步完善配套的管网，污水收集量大大增加，特别是雨季容易出现水量超出设计负荷的情况，未经处理的污水直接排出，成为城市污水排放中一大问题。在各种因素影响下，污水处理厂全年来水量并不均匀，可有效处理污水有限，同时初沉池溢流量大，往往加大能耗和水资源浪费。同时，二沉池配水不均匀存在严重偏流现象，调节工作强度增加，且不容易达到及时调节的目的。二沉池负荷高还会导致翻泥现象，对出水水质造成影响。当前，在污水处理厂运行中，相关工艺还存在一些问题，需进一步分析其实际运行情况，然后采取合理措施解决改进。

1.2 电气自控系统基本应用情况

电气自控系统是一种人机操作系统，应用计算机软件、硬件和PLC完成控制，工作人员利用计算机即可操控整个系统的运行，同时还可实时监控各设备，采集设备数据后传输到计算机，计算机系统景观计算确定对控制对象需采取的控制量。污水处理系统中应用电气自控系统，可以监控整个污水处理过程中各项参数，数据采集完成后传输到计算机由其进行分析、校验，发出控制指令控制处理工艺。污水处理工艺中，电气自控系统主要包含两部分内容，即负责自动化控制的PLC程序设计和负责PLC与PC端通信的VB程序设计。

2 污水处理自控影响因素

在科技进步下，污水處理行业中出现了不少新工艺和新技术，在运用先进工艺时，相关人员除了需考虑其先进性，还要考虑该工艺是否实用，并掌握其技术操作流程，以保证电气自控系统得到良好影响，可以提高污水处理效果，降低能耗。当前，影响污水处理自控效果的因素主要有以下几方面。

（1）对电气自控系统缺乏重视，一些传统污水处理企业中由于不够重视电气自控系统，因此其电气自控系统在污水处理工艺中应用效果较差，比如相关领导不了解电气自控系统，认为其节能效果不足，在设计建设污水处理系统时并不会积极建设电气自控系统。部分监管部门也缺乏对电气自控系统的了解，认为电气自控系统应用不会影响污水排放指标和电气自控系统应用。

（2）污水处理自控检测工具稳定性差，如常见气味检测技术、污水除磷检测技术等。使用落后的检测工具不利于保证结果精确度，也就会降低污水处理效率、安全性。

（3）污水处理自动系统未充分发挥传感器性能，由于其中污水处理传感器其使用功能有限会对污水流量控制产生影响，前馈控制策略中传感器不稳定运行下，会降低污水处理效率。

（4）缺乏完善配套设备。一些污水处理厂建设年久，受当地环境条件影响其处理工艺自控水平低，且缺乏完善的配套设施和设备，随着污水处理标准不断提高，配套设备不足的问题进一步影响到电气自控系统构建。

（5）自控系统落后。不少污水处理厂电气自控系统落后，缺乏先进软件支持、仪器设备规范性差，导致自控系统缺陷明显，不利于保证其在污水处理中应用效果。

（6）对电气自控系统宣传力度小，不少工作人员缺乏全面的污水处理自控系统认识，不利于提升其实际利用效果。

3 污水处理工艺中电气自控系统设计原则

3.1 先进技术

污水处理厂在设计电气自控系统过程中，要站在前瞻角度开展设计，以成熟先进的设计理念，综合对经济性考量，选择可靠的技术方法与设备，保证污水处理中电气自控系统先进性。

3.2 实战服务

设计污水处理电气自控系统，要契合国家相关部门规定和要求，响应上级应急指挥调度，立足实战需求，提升指挥效能、完善指挥手段，使电气自控系统最大程度发挥其在辅助指挥环节中作用。

3.3 节约资源

污水处理工艺中应用的电气自控系统，在设计中需最大程度整合当前系统资源，以提高网络与通信设备利用率，实现有效信息数据共享，树立起实用与经济理念，避免出现重复建设的问题。

3.4 可持续发展

在科技发展以及工厂规模扩大影响下，建设电气自控系统要着眼于未来，立足实战，适应扩展、更新和调整需要，且要保证兼容性，可以兼容其他系统，确保其可持续发展能力。

3.5 中央控制设计要求

设计者需根据污水处理工艺使用情况、污水厂内部结构特征、电气自控系统要求，设计出控制站点。要想保证污水处理工艺中电气自控工艺应用成效，需要注意以下问题。

（1）减少能耗。在污水处理中一项核心问题就是如何减少能耗、强化处理效果，为提升污水处理效率，相关人员需重视设备维修工作，以降低损耗，使污水处理系统良好运行。比如，在污水处理系统中安装PLC模块，分级管控系统，信息输送量减小，可以及时输出各项数据信息，充分发挥污水处理系统各项功能。工作人员可根据相关数据信息，对污水处理系统运行特点全面分析、加强监控，真正实现污水处理系统自动化。

（2）结合电气自控系统应用情况科学保养各项污水处理设施，实行集中管理模式对各项污水处理设备高效管理，提高设备运行效率。

3.6 PLC设计要求

在污水处理工艺中，设施不稳定会影响到最终污水处理质量。应用PLC控制系统可使其处理效率提高，帮助相关人员掌握排放生活污水、化学污水的时间，避免其长时间停留在系统内部，因此对污水处理过程中化学反应应充分了解。工作人员根据污水中微生物代谢情况高效处理其附着的细菌，避免二次污染。

在进行PLC系统安装过程中，也可安装监测仪器，在地面直接建设污水控制室，将PLC控制装置有序安装好，采用先进控制模式，或者组合组态软件与PLC模块使用。配置系统和功能，要结合各类型污水处理工艺进行科学的系统控制模块设计。

此外，污水处理工艺中需依据分层分布设计原则设计监控系统，通常电气自控系统主要就是中控室层和现场控制层，安装好PLC模块，污水处理系统中各监控模块功能才能更好地发挥。污水处理系统监控单位需做好信号接收工作，并将其及时传送到控制室，污水处理系统建立起完善的网络监控系统。

4 污水处理工艺中电气自控系统设计要点

4.1 智能设备层

智能设备层是在各现场控制站中布设变频器、流量计和热电阻等智能设备，以无人值守模式进行现场自控控制管理，可直接在触摸显示屏操作。此层信号传输采取通信或标准信号输出方式，数据信号会被传送到中间控制层PLC系统。如果是大中型污水厂则采取现场总线网络布设方式，小型污水厂则布设为星形拓扑结构，用硬接线线缆连接自动化仪表和设备控制箱。

4.2 电气设备设计

污水处理工艺要实现高效运行，需合理选择使用的设备，保证设备经济性、先进性、安全性和可靠性，满足污水厂运行需要。在过去电力系统中，需要通过调整发电机频率实现负荷平衡运转，因此要求电气设备供电设备有足够电能储存量。但过大的电能储存量，会加大技术难度，降低电网运行效率，可采取分布式储能元件储存电能，便于随时放出解决不平衡供需问题，合理优化资源调配。

4.3 电缆敷设设计

污水处理厂电气自动系统设计中，电缆敷设也是重要内容，一般采取电缆桥架、电纜沟的敷设方式，局部以直埋方式敷设。确定敷设方法要考虑电缆的实际使用环境，如果使用环境中构筑物电线电缆敷设为电缆沟、电缆托盘，或穿管明敷、暗敷;土建将模板支好后即开始放线，要仔细阅读图纸。绑好底筋后预埋先关，如果并排敷设多线管，彼此间应适当错开距离，方便浇注混凝土。完成敷设后对照图纸仔细检查，及时纠正配漏、配错情况。

4.4 整体调试

系统调试完之后，在进行工厂中安装调试，要先在安装前进行总调试以找到系统缺陷，如传感器和通信等方面问题，及时解决处理。一般可以通过修改PLC程序来解决出现的大部分问题，系统经过调试后，检验其是否满足要求，之后才可在生产中使用。

4.5 中间控制层

中间控制层主要作用就是衔接各个监控站点与控制站，一般为做好衔接工作，会选择较成熟工业总线网络或者光线工业以太网，再使用PLC控制的混合结构通信方式，监测、采集和分析各设备运行情况。在污水处理厂中设置现场控制站点，其中在细格栅间配电室内部设置一个站点，以控制电动进水阀和变频分离器等运行设备。污水厂变电所处设置一个站点，控制曝气机、排泥泵和搅拌器等设备。污泥回流泵房内设置另一站点控制箱，以控制带式压滤机等。通常在选择运行设备控制器过程中，往往在中间控制层站点中选择作为整个控制系统内控制器，再利用具备良好传输功能的网络媒介掌握设备运行状态，并及时分析收集的信息数据，查找故障所在，采取有效措施处理，保证设备运行良好。

4.6 无功补偿设计

污水处理厂电气自控系统设备要做好无功功率补偿，合理设定无功设备容量，在电气设备站并网后可以迅速统一配电网，协调控制电容和电抗等设备。需加强研究，进一步优化无功调节方案。

4.7 实施在线仪器监测

污水处理中在污水池中集中脱氮处理的污水，再按照一定比例分配为硝化段与反硝化段。因此，可以采用在线监测检测仪器对硝化反应段、反硝化反应段监督控制，以准确监测温度、pH等，调整不合理指标。此外，还可利用自动规划技术，对污水段长期监控。污水排口安装检测仪器，也可更好地把握脱氮处理后水质是否符合标准。

此外，需不断完善控制系统，实现全厂覆盖监控。设计电气自控系统要完善快走系统，创设高效率系统，如选择计算机软件可集中控制。自控系统构建要站在全局角度考虑，基于各流程要素进行设计，升级改进程序保证控制效率。还要优化计算机控制体系结构，从实际出发实现全厂监控，保证自控效率。

5 结束语

电气自控系统利用先进硬件和系统软件、网络总线技术，很好地满足了污水处理工艺需要，提高了污水处理效率和质量，且可靠性好、操作便利、实时控制性强。在运用电气自控系统时，要合理设计、使用和维护，实现其可持续发展。

参考文献

[1] 鲁刚.电气工程自控系统在污水处理工艺中的运用探索[J].工程技术研究，2020，5（12）：102-103.

[2] 李刚.电气工程自控系统在污水处理工艺中的运用探索[J].建筑工程技术与设计，2018（23）：4370.