淺議污水處理控制系統的設計

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摘要：21世紀，隨著大家對自身生活環境需求的不斷進步，以及環保意識的增強，國家和社會對各種污染的管理越來越注重，由于水是有限的不可再生資源，所以對水污染的管理顯得愈加重要，因此，針對污水提升站的項目，電氣系統在整個污水站的運行中起到不可忽視的作用。本文從污水處理流程、PLC 控制系統、監控及安防系統、設計時應注意的一些問題這幾個方面談談污水提升站的電氣系統設計。

關鍵詞：污水泵站；電氣設計；控制系統；PLC技術應用

新時期下，伴隨著我國社會經濟的發展，各地的環境問題也日益突出。污水處理在環境保護中是一個最重要的環節，污水處理作為城市可持續發展的必要措施，其建設的好壞直接影響到整個城市的環境，而如今能源的緊缺又給城市的發展提出了新的目標。污水提升泵站其主要用于收集城市生活污水，是城市生活污水集中排放、處理的必要環節，因而污水提升泵站的作用是顯而易見的。為此，針對污水泵站的建設項目，設計了一套由PLC 控制系統和遠程監控系統構成的污水泵站自動化控制系統，較好地解決了污水處理問題，是一套先進、可靠、操作簡單的控制系統。

1、污水提升泵站污水處理流程

以杏南小區污水泵站建設工程為例，闡述污水提升泵站污水處理流程。該泵站中有兩臺潛水泵（一用一備），生活污水不斷的注入集水池內，當集水池內水位升至一個高水位時，一臺泵啟動，水位下降至一個低水位時，泵自動停止工作。當集水池再次充滿水時，起動另外一臺水泵，直至停止工作。

2、電氣系統設計組成

根據污水泵站污水處理過程的流程和現場設備的要求，整個污水泵站污水處理站控制部分由電氣部分、PLC控制系統以及監控系統。系統為集散型計算機控制系統。系統采用以太網和現場總線混合型結構，PLC 作為現場總線中的一個站，又作為以太網上的一個站點，而監控中心不作為現場總線網絡中的站點，只作為以太網中的節點，此網上的各站點相互之間的數據交換通過以太網進行，而現場的信息也通過以太網從PLC 的寄存器中讀取，控制現場的參數也由以太網送到主站PLC 的寄存器中，再通過主/從協議傳送到現場總線中的各從站。從而實現污水站的遠程監視控制。

2.1 電氣部分設計。由于污水處理是一個連續的非常重要的項目，如果在正常生產中有電源中斷，那樣會引起工藝狀態混亂，需要很長時間才能恢復。所以供電負荷要求為二級，供電電源采用雙回線路。泵站的主要用電負荷為一臺90kW的潛水泵。電機實現手動/自動兩種控制方式，手動方式下實現就地控制，正常運行情況下PLC 控制為主。電機采用軟啟動方式啟動。另外還要給軸流風機和泵站的一些正常用電配電。

2.2 PLC 控制系統設計。在整個控制系統中，自動控制部分主要有集水池的液位控制、潛水泵本身的溫度、漏油控制。下面仍以泵站中有兩臺潛水泵（一用一備）為例，具體的說明集水池的液位控制流程及程序設計。集水內安裝2個浮球液位計和1個投入式液位變送器。投入式液位變送器預先設定啟泵（-3.0m）和停泵（-5.95m）的數值（可更改的）。污水不斷的注入集水池內，當集水池內水位升至-3.0m時，一臺泵啟動，水位下降至-5.95m時，泵自動停止工作。當集水池再次充滿水時，起動另外一臺水泵，直至停止工作。兩臺水泵可由程序控制自動切換使用，以保證各臺泵平均使用；泵出口電動閥門與相應泵聯鎖。開泵過程為：先啟泵后開閥；停泵過程為：先關閥后停泵。2個浮球液位計分別設在高低液位的兩個值，當達到這兩個值時，通過PLC與報警呼叫裝置連接，通過通信網絡傳到監控中心。

2.3 監控及安防系統設計。污水站，除了有遠程監控系統外，還必須有遠程視頻監控及防盜等的安防系統。

2.3.1 周界防范報警系統。周界防范報警系統通過在泵站的四周圍墻上安置主動紅外對射探測器，對周界分段警戒，防范閑雜人員翻越圍墻進入泵站，當圍墻上有人翻越時，泵站報警主機上會出現聲光報警，同時報警信號自動傳輸到監控中心，并自動記錄報警時間與保存報警信息。

2.3.2 防盜系統。在泵站的室內安裝了幕簾式被動紅外入侵探測器，用于防止他人未經許可進入房間實施破壞。

2.3.3 遠程視頻圖象監控系統。遠程視頻圖象監控系統是在污水泵站配電間、污水泵站院內等設置前端攝像機，將圖象傳送到監控中心，由監控中心對整個泵站進行實時監控和記錄，使管理人員充分了解泵站的動態。該系統與泵站室內防盜報警、周界報警等系統聯動，通過數字硬盤錄像機，完成監視、報警、設防和監視圖象的存儲和檢索。

3、現場工藝介紹

泵站由五組相對獨立的污水處理渠組成，每組設有閥門和粗細格柵等處理設備。粗細格柵的控制由粗細格柵的液位差或時間來完成，格柵進行動作時，閥門和傳送帶及壓榨機等進行相應的動作。經過處理的污水暫存在集水池中，集水池的液位現場由超聲波液位計、投入式液位計測量，起互為備用的作用，在雨水泵和污水泵啟停時考慮汛期和雨季的因素，在操作畫面上設置功能選擇開關。控制系統主要控制各種閥門、粗細格柵、傳送帶、壓榨機、污水泵、雨水泵等，同時對用泵站耗電量進行計量。

3.1 粗細格柵控制系統

對格柵設置兩種控制方式：水位差自動控制（粗格柵）和時間控制

根據水位差測量儀測得的格柵前后水位差值自動控制機械格柵的運行，即水位差達到設定值時，自動啟動格柵。當機械格柵停止運行的時間超過設定值時，系統轉為時間控制。PLC系統將自動控制輸送柵渣壓實機、機械格柵的順序啟停、運行、停車以及安全連鎖保護。任何一臺格柵啟動時，均啟動輸送機和柵渣壓實機。

3.2 水泵控制

在泵池設超聲波液位和投入式液位儀表，根據水位測量儀測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停運行。當泵房水位高至某一設定的水位值時，PLC系統將按軟件程序自動增加水泵的運行臺數；相反，當泵房水位降至某一設定的水位值時，PLC系統將按軟件程序自動減少水泵的運行臺數。同時，系統累積各個水泵的運行時間，自動輪換水泵，保證各水泵累積運行時間基本相等，使其保持最佳運行狀態。

4、設計時應該注意的一些問題

這幾年做污水提升泵站的電氣系統設計，設計時出現過一些問題，值得大家以后在設計中應該注意。

4.1 電源的問題。污水站屬于二級負荷。在水專業的規范中有說明，在電氣規范中沒有說明，所以在設計時，我們都查了規范，可是沒有看到是二級負荷，就沒有按照二級負荷考慮電源的問題。

根據民用建筑電氣設計規范（JGJ 16-2008）3.2.10，二級負荷的供電系統，宜采用兩回線路供電。一定要跟高壓部門結合好引電源的位置，是不是可以增容。

4.2 配電柜內設備的問題。從現場的實際來看，進線柜若是雙電源切換柜，1000mm寬的柜子還是比較小，排的滿滿的，電纜在后面都沒有多余的空間，所以柜體寬度最好為1200mm。

4.3 自控設備的問題。設計中采用了超聲波液位計和浮球液位計，以后的設計中可以考慮雷達液位計、激光液位計等。設計時，可根據每個物業的情況選擇相應的液位計。

4.4 加裝雨棚燈、院內照明的問題。可以安裝聲光控雨棚燈；污水泵房頂四周增設投光燈；有磚圍欄的，也可在圍欄柱上安裝燈具；站內道路也可以增設路燈。另外一定要注意的是：污水池內的照明燈具要選用防爆燈。從人性化考慮，可以在大門處增加門鈴，以便來訪人員。

5、控制系統功能及實現

5.1 WinCC 組態軟件

SIMATIC WinCC具有良好的開放性和靈活性，可簡單、有效地進行組態，適用于所有工業和技術領域的解決方案。

5.2 操作控制層

操作控制層作為系統的人機接口單元（HMI），完成對現場生產過程的監視和生產過程的操作。同時又將本地信號經網絡向管理服務器傳輸，人機接口界面所采用的組態軟件，其功能如下：

（1）人機接口：計算機上開發了監控界面，可顯示現場主接線圖，工藝流程圖、設備狀態、參數、棒型圖以及歷史曲線等。可根據實際要求通過對現場進行各種操作。

（2）污水處理操作過程的監視：污水處理自動控制，實質上是一個按時控制的順序控制過程，因此上述順序控制過程可分為若干步，可以把污水處理步驟化，啟、停機的步驟顯示在計算機屏幕上，并且每一步后面采用動態顏色反映各步的狀態變化，以表明相應的步驟順利地完成，

（3）數據庫功能：可將PLC采集處理的各類信號：模擬量、開關量、脈沖量的每一采樣點記錄到文件中以備處理，該文件可被excel數據庫直接應用；同時可記錄操作人員當班期間的操作記錄。

（4）事故記錄：記錄模擬信號的越限報警和開頭的故障動作時間。

（5）打印報表：可定時或事件驅動打印實時、歷史趨勢數據和各類報警數據。

（6）數據庫接口：支待ODBC數據庫接口。

5.3 管理層

管理層運行Wincc組態軟件，與操作控制層通過網絡連接，把生產數據存入SQL Server數據庫，并在SQL服務器上運行專家系統，對污水處理的各種性能參數進行分析并提出合理建議。

5.4 現場控制層

由于PLC控制的設備很多，操作控制層和現場控制層需通信的設備狀態和控制命令交換頻繁，我們采用結構化的軟件編程方法設計了操作控制層和現場控制層通信的數據結構，從而提高了控制系統軟件的可擴展性和可維護性。

6、結束語

綜上所述，污水提升泵站電氣系統在整個污水泵站的運行中起到非常大的作用，利用了當前先進的硬件、先進的控制系統軟件、先進的網絡總線技術，形成了一套先進、可靠、可利用性高、實時性好、操作簡單、控制品質高、經濟實用的控制系統。降低工人勞動強度，改善勞動環境，體現了良好的社會效益。

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