市政污水处理厂的电气工程自动化控制

王佳章 周加育

中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北 武汉 430010

引言

当前工业发展进程的快速发展，环境污染现象愈发严重，污水是破坏环境的重要原因，排放量超标是绝大部分河流湖泊受到不同程度侵害，这已经成为影响社会稳定发展的“瓶颈”，为了推进社会经济可持续发展，加强对污水超负荷运作的处理可以说迫在眉睫。当前我国大多数污水处理厂的综合能力较差，电气工程自动化控制水平并不高﹑操作不熟练导致投资成本过高，工作效率低于世界标准。因此，积极借鉴国外的先进经验，充分了解该操作的工艺流程，结合实际国情，有针对性地发展高效低成本污水处理厂自动控制系统，推动市政污水处理工程有秩序地进行，这不仅非常有必要并且意义深远。

1 污水处理中出现的问题

污水处理厂的处理工艺存在各种各样的问题，例如未引进自动化控制技术前利用传统模式，全年排水量在持续超标，但是可以被有效处理的污水非常有限，在很大程度上造成了能源损耗。负荷较高的情况下，还会造成翻泥偏流现象，增加调节工作强度，且难以及时对水质进行调节。另外，由于水质日益复杂多元化，对污水排放的要求有所提高，单靠人工经验控制已经不满足污水处理厂工艺流程的发展，始终存在效率低下﹑维修率高﹑自动自动化控制水平低和极少的经济收益等缺点[1]。

我国引进电气工程及其自动化控制后因处于初期探索阶段，受多种因素影响仍然存在一些问题，例如仅有少数污水处理企业安装了自动化控制，但购买的整体设备不符合自身具体情况，无法对自动控制系统的设计方案进行选择，使得由理论基础向实际操作的转变过程中受到极大阻碍，这是导致污水处理能力低的重要原因之一。在具体实践环节中核心操作系统暴露出不可靠的运行效能，一些极端问题很可能会出现，这是因为装备仪器的精密度也需强化维护，尤其加上运行人员缺乏经验﹑传感器技术落后及自动化控制水平低的原因，使得污水净化更为困难，并且到今天为止依然没能实现完全由设备进行自动化控制的目标[2]。还有就是电气工程自动控制的操作工艺处于开发完善阶段，再加上绝大部分企业将精力投放在生产和销售领域，这使得国产污水处理系统实现智能型自动控制目标还有很大努力空间，还需持续创新改革，构建出一整套高效的电气工程自动化控制系统。

2 污水处理电气工程自动化的内涵及现状

2.1 污水处理电气工程自动化的内涵

电气工程自动化控制利用计算机软件与硬件以及PLC实施有效控制的人机操作系统，主基于电气设备工作原理，利用计算机展开的自动化控制技术。在整个自动化控制中，以PLC和VB程序设计为基础运行，其中PLC程序主要负责自动控制，而VB程序确保数据共享，及时得到数据反馈。在对污水处理流程中，操作人员会利用计算机系统对每一台设备进行控制，实时监督后台设备和各项数据，收集整理信息，优化控制整个处理工艺，对比有关参数完成对城市污水处理工作的分析，从而发出合理的指令，利于污水处理厂工作的顺利运行。因此自动化控制建设体系必须根据实际情况建立基于数据的系统，以达到人机一体化的目的，提高市政污水处理厂的工作效率，满足社会需求。

2.2 污水处理电气工程自动化的发展现状

电气控制自动化系统可以灵敏地记录污染物﹑离子含量以及水温水位相关数据参数，协助工作人员解决污水处理过程中出现的问题，保障该系统能正常运行。由此可见，新型电气工程自动化控制的快速发展极大促进数据梳理及智能化操作管控，国家工业化生产因此迎来新的机遇，为工业高效﹑快捷﹑精准发展提供了巨大的支持。在这种形势下，PLC作为较完善的系统性网络，是高效率﹑低投入﹑成熟可靠﹑低运行成本的世界先进污水处理工艺，依托其极强的稳定性和高品质的操作带领世界智能化走向光明。未来较长一段时间内，污水处理项目还会加大投资，该行业将是一项社会关注重点，而采用先进实用的自动控制技术是推动生态产业升级，实现绿色环保发展战略的重要环节[3]。

3 限制污水处理电气工程自动化的因素

科学技术的进步推动社会发展，电气工程自控在污水处理系统上的运用，高效低耗，但主要影响因素如下。

3.1 检测工具稳定性较差

污水处理厂使用的电气工程自动化系统进行工作时会受到仪器设备的影响，比如在对高浓度除磷处理和气味工艺进行测试时，由于仪器设备的不稳定会造成最后测试结果出现偏差，从而导致污水处理效益大打折扣。另外污水处理控制系统中的传感器也只能起到其检测功能，而不能扮演污染流量监测角色，其监测功能也不能得以最大限度地发挥，从而影响污水处理工艺的使用水平，使得污水处理效果显著下降。

3.2 缺乏足够重视

有些城市污水处理厂对工程技术并没有充分的关注，导致电气工程及其自控系统在污水处理工艺中并不能被充分利用。在中国传统的大中型污水处理厂中，由于有关部门管理层领导缺少对电气工程自动化管理知识的学习认识，他们觉得该系统节省能源的效果非常不好，所以在建设污水处理技术的时候，明显地对这个系统缺乏了兴趣，从而致使有关监管部门对其情况也无法做出正确判断，并认为该系统废水的水质指标也起到不了什么效果，极大程度上影响了电气工程自控系统的应用效果，阻碍该技术的发展。

3.3 相应的设备不完备

因为市政污水处理厂的运行时间较长，受经济因素和地形条件的影响，污水处理的自控水平极其低，配备的自动化仪器设备性能不吻合，再加上缺乏先进的软件﹑机器设备维修保护工作的落后，非常容易出现各泵站和中央控制室间重要数据丢失的现象，该缺陷会严重影响到实际应用效果，因此想要在排放标准不断提升的基础上，建立一套完善的电气工程自控系统更是难上加难。

4 污水处理电气工程自动化的应用及趋势

4.1 PLC控制站设计

污水处理厂在处理污水流程中会出现技术不稳定情况，极大影响工作效果，而PLC系统对控制处理技术有很大帮助。科学设计 PLC 控制站，工作人员完全掌握污水排放后的停留时间，并让微生物发生化学反应，消灭掉吸附在微生物表面的细菌，防止发生二次污染。而这一进程的难题则需工作人员根据具体情况做出修正，要求非常高的技术操作，不但要满足污水净化工艺程序要求，而且保证运转设备的稳妥。同时进行监控系统与系统配置设计时，设计人员应严格遵守分层分布和根据不同的工艺处理流程的原则，把污水处理中心控制室建在地面，将 PLC 控制系统应用于电气工程自动化控制中。

4.2 自控仪表的设计

在污水处理自动化控制上引进及安装先进的自控仪表，有助提高污水处理厂的工作质素结构和数据参数的精确控制，其主要作用是收集数据并将其发送到PLC控制站，PLC控制站将其发送给中央管理层，工作人员及时得到信息。在仪器系统设计中要合理安装仪表，减少数据存在的误差，提高检测的可信度，以加快污水处理效率。

4.3 中间控制层

中间控制层连接监控站和控制站，结合 PLC 系统对设备运行情况进行监测并采集分析相关数据。通常运行装置控制台的选择工作都会在中间控制层的站点中完成，这就可以通过网络媒介使其也变成整个系统的控制台，随时掌握所有仪器的工作状况，并准确分析采集来的数据，发现问题所在并加以解决，确保各设备的正常运行。

4.4 设置智能设备层

无人值守条件下对各设备自动控制管理可以通过智能设备层实现，它保证了各设备高效稳定运行。特别值得一提的是，大中型污水处理厂的智能设备层均以与现场总线联网的形式布设；若是中小型城市污水处理厂则要采取星形拓扑的方式布设，并用硬接线或电缆连通智能化仪器台与监控装置。在设置智能设备层时，需要在每个控制站设置所需智能仪器，使其将运行数据以信号的形式传输到PLC系统。

4.5 检测及控制

对于电气自动控制系统而言，粗格栅和细格栅具有良好的过滤效果，因为污水中往往含有大量垃圾，格栅将这些垃圾分离，粗格栅侧重于处理大直径悬浮颗粒，以避免堵塞管道；细格栅主要用于处理小直径悬浮颗粒，粗格栅和细格栅共同发挥作用，可成功实现污水净化工作。超声波液位差计安装在粗格栅前后，控制粗格栅开关。进气泵可通过变频控制，变频机构根据液位波动进行自动调试，其余水泵由工频软件整体控制，编程感应控制装置将根据液位波动切换工频泵，水泵设计为固定水位，自动控制系统根据水位调控水泵工作状态。为实现泵房运行的自动控制，应提前编写程序，并进行适当调整，以消除电机设备的频繁重复运行，避免电能和无功的消耗，提高污水处理质量。

电气工程自控系统在污水处理的应用趋势主要体现在以下五大方面：第一点是着重研究气味检测，提高检测技术的可靠性，保障检测结果的准确性。第二点是加强预测控制，更好应用统计分析数据。第三点是将这两个要素完美结合，以达到高效率﹑低能耗的目标。第四点是先进的远程控制技术﹑数字技术和网络技术融入该系统，早日实现污水处理无人化的目标。第五点是对原有的理念进行合理转变，让污水处理领导和相关人员充分认识到该系统的优越性，熟练掌握流程工艺，有效提升管理水平。

此外为确保污水处理厂电气工程自动化工作更有效，针对前文提到的三个影响因素，采取有关措施处理解决。比如企业所用的材料设备要符合国家质量标准，并明确污水排放标准，满足国民经济的可持续发展要求。另外设计自动化控制室，以无人化为标准原则，加强对电气设备的维护管理，确保其在工作中可以稳定高效地运行，为了实现对传感器的充分利用，必须将PLC功能与中控室功能相互结合，实现监视和控制能独立完成。

5 结束语

在城市建设中污水导致环境恶化，严重威胁人们的生活，也制约了经济社会的发展，因此有关部门必须高度重视污水处理的问题，选择科学先进的技术是非常关键的。随着电子技术的飞速发展，越来越多的网络技术被用于污水处理厂中，该项技术的应用具有显著效果，很大程度上提高污水处理效率，改善生态环境，促进和谐发展，这也被国外许多实践中所证实。污水处理技术还有很多薄弱环节，因此要加强对这方面科学技术的学习，培养工作人员的专业素养，让他们达到有问题可提，有办法可解决的高技能标准，这样保护了环境，又节约了水资源。