污水廠電氣自控設(shè)計(jì)若干建議

葛 炎

南京公用水務(wù)有限公司橋北污水處理廠

污水廠電氣自控設(shè)計(jì)若干建議

葛 炎

南京公用水務(wù)有限公司橋北污水處理廠

在污水處理系統(tǒng)中采用電氣工程自控技術(shù)，不僅可以提高污水處理系統(tǒng)的性能和產(chǎn)率，保證可靠性和安全性，還可以有效降低成本預(yù)算和防止設(shè)備出故障。

污水處理；電氣工程；技術(shù)

國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和城市化帶來的人口激增以及大氣污染不可避免的污染了水資源。以前生活污水和工業(yè)污水毫無例外的經(jīng)過污水處理系統(tǒng)的稀釋和過濾就排到江河湖海中去，這樣的結(jié)果是重金屬過度、氣味惡臭和食物中毒現(xiàn)象。針對這個(gè)問題，現(xiàn)代的污水處理系統(tǒng)采用先進(jìn)的電氣自控技術(shù)，加大對污水的處理力度來減少污染惡化。

污水資源化已成為當(dāng)前我國合理開發(fā)充分保護(hù)水資源的途徑，因此在電氣工程自控技術(shù)被推廣及應(yīng)用時(shí)得到了極大的反響和支持。它能幫助了解運(yùn)行情況和工藝控制，節(jié)省能源，進(jìn)化雜質(zhì)，優(yōu)化水質(zhì)最終提高人類生活品質(zhì)。

在一般的污水處理過程中，水質(zhì)具有很大的不確定性，為了保證電氣自控技術(shù)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，PLC作為輔助手段將其加以控制提升。電氣工程自控系統(tǒng)因結(jié)合實(shí)際需要，以其可靠性、抗干擾性和靈活性為核心。為了發(fā)揮最大功效，電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝和日常維護(hù)都要有嚴(yán)格要求來保障系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，避免水質(zhì)波動較大引起錯(cuò)誤信號而導(dǎo)致處理工作中斷。以下總結(jié)若干建議。

1 污水廠的進(jìn)水泵設(shè)獨(dú)立的PLC站和MCC(含進(jìn)線總開關(guān))進(jìn)行控制，不與其它設(shè)備共用一個(gè)PLC和MCC控制和供電。

進(jìn)水泵是污水處理廠的重要關(guān)鍵設(shè)備，進(jìn)水泵的穩(wěn)定運(yùn)行是污水廠運(yùn)行的前提條件。早期污水廠中進(jìn)水泵與粗細(xì)格柵間、曝氣沉砂池等預(yù)處理單元設(shè)備共用一個(gè)PLC和MCC進(jìn)行控制和供電是很常見的，但這種設(shè)計(jì)對進(jìn)水泵的穩(wěn)定運(yùn)行存在著很大的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。由于控制的設(shè)備和儀表數(shù)量多，且都長期工作在水下或潮濕的腐蝕性氣體中，就可能造成以下幾種情況的發(fā)生：(1)設(shè)備多工況差導(dǎo)致電氣故障多，短路、過流或?qū)Φ胤烹姇餗CC柜進(jìn)線總開關(guān)和進(jìn)水泵跳閘、PLC故障甚至進(jìn)水泵供電問題。(2)強(qiáng)電通過就地按鈕箱等接線端子或破損線路傳送到PLC的自控模塊上造成運(yùn)行不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致CPU模塊燒毀、PLC供電線路跳閘或供電電源燒毀。(3)該P(yáng)LC控制的設(shè)備多，相應(yīng)的模塊數(shù)量和控制點(diǎn)位就多；CPU模塊的運(yùn)算負(fù)荷和發(fā)熱量也大，自身出現(xiàn)故障的幾率也大。(4)有些設(shè)備和儀表是露天設(shè)置，若防雷不到位，該P(yáng)LC和MCC遭受雷擊破壞和影響的幾率也大。MCC和PLC的故障或者停機(jī)，都會導(dǎo)致進(jìn)水泵停止，造成液位升高污水溢流。小則使格柵間淹水，大則造成污染環(huán)境的環(huán)保責(zé)任事故。另外PLC發(fā)生故障時(shí)，不能向中控室計(jì)算機(jī)傳送真實(shí)的設(shè)備和現(xiàn)場信息，值班人員很難遠(yuǎn)程監(jiān)控到。所以將污水廠的進(jìn)水泵作為成套設(shè)備，和脫水機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備類似擁有自己單獨(dú)的PLC和MCC，不受其它因素影響，穩(wěn)定性大大增加后才能有力保障污水廠運(yùn)行。缺點(diǎn)：進(jìn)水泵設(shè)單獨(dú)的PLC和MCC，由于多了一個(gè)PLC柜、一個(gè)CPU模塊、一個(gè)MCC進(jìn)線柜和進(jìn)線開關(guān)，柜體占地面積也要多出幾個(gè)平方米，會增加建設(shè)資金。

2 污水廠電氣自控系統(tǒng)要有完善的避雷防雷設(shè)計(jì)

由于污水廠占地面積大、自控線路廣、設(shè)備儀表多且分散、部分設(shè)備工作在露天環(huán)境下和廠區(qū)內(nèi)建構(gòu)筑物普遍較低，電氣自控系統(tǒng)相對容易遭受雷擊，因此污水處理廠要有完善的避雷防雷設(shè)計(jì)。

較早的污水廠在設(shè)計(jì)防雷時(shí)，只設(shè)計(jì)了變電站和MCC柜的強(qiáng)電防雷擊，沒有設(shè)計(jì)弱電自控儀表的防雷，雷擊會造成很多自控模塊燒毀。而且一個(gè)PLC站遭受雷擊，感應(yīng)高壓還會順著總線傳到其它的PLC，造成CPU總線端口燒毀，損失和危害較大。

雷擊分直接雷擊和感應(yīng)雷擊兩種。直擊雷的防護(hù)：直擊雷防護(hù)主要靠接閃帶和避雷針。污水廠所有構(gòu)筑物屋脊和屋頂四周均敷設(shè)接閃帶，一些地方應(yīng)立高桿式避雷針。為讓產(chǎn)生的電流能快速泄散，接閃帶應(yīng)設(shè)立多處有接地極的引下線并與構(gòu)筑物的基礎(chǔ)相連。下線可靠地連接到接地極上，盡量減少接地電阻，避免很大阻抗耦合效應(yīng)，減少反擊電壓。普通構(gòu)筑物接地電阻不大于10Ω，中控室接地電阻不大于1Ω。感應(yīng)雷擊防護(hù)：將污水處理廠建筑基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋(如樁基、底板、地梁等)和地面建筑(如梁柱)等金屬框架與上述的避雷帶防雷引下線連接起來，形成閉合的法拉第籠式接地。有法拉第籠式接地的保護(hù)，在很大程度上減少了感應(yīng)雷的危害，但仍有一部分電磁場會在導(dǎo)線上，如電源線、控制電纜和通訊電纜產(chǎn)生感應(yīng)電壓。因?yàn)槠帘螌泳哂懈袘?yīng)電荷集膚效應(yīng)，所以控制系統(tǒng)中均采用屏蔽電纜敷設(shè)，感應(yīng)雷產(chǎn)生的電壓均在屏蔽層上，內(nèi)部電纜不受影響。電纜的屏蔽層均連接到共用接地系統(tǒng)的法拉第籠式接地引出線上，接地電阻很小，感應(yīng)雷在屏蔽層上產(chǎn)生的感應(yīng)電流很快就經(jīng)接地瀉散。在空氣中裸露的線纜最好用鍍鋅鋼管或金屬電纜橋架進(jìn)行防護(hù)，盡可能使其不受感應(yīng)雷的影響。對于數(shù)字信號使用電磁繼電器的方式將PLC的輸入輸出和外部信號、執(zhí)行機(jī)構(gòu)隔離。對于模擬量信號采用三端隔離的隔離變送器。即輸入、輸出和電源均隔離。PLC間的通訊總線建議不采用金屬材質(zhì)的雙絞線，而用徹底隔離電壓和電流的光纖。

3 污水廠粗細(xì)格柵間、污泥脫水機(jī)房和加藥間等的電氣自控系統(tǒng)要有完好的防潮防腐設(shè)計(jì)

在電氣自控儀表維護(hù)工作中會發(fā)現(xiàn)電控元件、接線端子銹蝕的很快，特別是進(jìn)水泵房、粗細(xì)格柵間、脫水機(jī)房等電控間的電控元件銹蝕的更快，嚴(yán)重影響了電氣自控系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定和使用壽命。污水和污泥都能產(chǎn)生和散發(fā)出硫化氫等多種腐蝕性氣體，這些腐蝕性氣體和潮氣會順著橋架、電纜溝和電控間通風(fēng)口等路徑進(jìn)入到電控間的MCC柜和PLC柜，腐蝕內(nèi)部元件。粗細(xì)格柵間屬于污水處理的初始階段，臭味大，再加上格柵的阻攔和進(jìn)水泵的提升攪動，水霧飛濺大，硫化氫揮發(fā)的快，粗細(xì)格柵電控間受到的腐蝕相對就大。脫水機(jī)房由于是生產(chǎn)污泥和污泥堆積的地方，也會產(chǎn)生大量硫化氫等腐蝕性氣體，所以脫水機(jī)電控間受到的腐蝕也大。這就決定了污水廠電氣自控儀表系統(tǒng)必須要有很好的防潮防腐設(shè)計(jì)。(1)各個(gè)污水處理工段要有獨(dú)立的電控間，盡量不要把電控柜設(shè)計(jì)在生產(chǎn)現(xiàn)場，現(xiàn)場僅設(shè)置密封性強(qiáng)的就地塑殼開關(guān)按鈕箱。(2)電控間和電纜溝和電纜橋架在進(jìn)電控間墻體處做有效封堵(如發(fā)泡、制作密封墻等)，必要時(shí)可采取放置干燥劑等方式阻止潮氣和腐蝕性氣體從電纜溝或橋架進(jìn)入電控間。(3)電控間的門窗采用密封性好的門窗并設(shè)置空調(diào)，通風(fēng)扇采用帶自動打開和關(guān)閉功能作為空調(diào)的備用，在氣溫高且空調(diào)故障不得已時(shí)使用。采用這樣的設(shè)計(jì)后，電控間的潮氣、腐蝕性氣和灰塵大為減少，元件銹蝕快的問題得到有效解決，電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命都大大增加。

4 污水廠自控通訊系統(tǒng)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，取代現(xiàn)場總線是大勢所趨。

污水廠有很多大型成套設(shè)備，如鼓風(fēng)機(jī)、脫水機(jī)系統(tǒng)等。這些設(shè)備一般自帶PLC控制系統(tǒng)，由于這些PLC的品牌和型號與污水廠自控系統(tǒng)PLC的不同和差異，若用總線實(shí)現(xiàn)通訊則相當(dāng)復(fù)雜和困難。如果采用以太網(wǎng)，可在上位機(jī)上安裝不同PLC的驅(qū)動程序就能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)用一種組態(tài)軟件監(jiān)控不同的PLC，并能實(shí)現(xiàn)PLC間的通訊，監(jiān)控和通訊就方便的多。此外以太網(wǎng)還有功耗小、傳輸快、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)。其中環(huán)網(wǎng)在任何一點(diǎn)斷開或故障時(shí)不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，此外還可實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)通訊。

5 結(jié)語

保證污水處理安全性、連續(xù)性和提高污水處理水平中，PLC電氣控制系統(tǒng)起到了關(guān)鍵作用，污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)作對社會發(fā)展和日常生活影響重大，電氣工程自控系統(tǒng)和PLC的結(jié)合，不斷的修正錯(cuò)誤并提供幫助，帶來的高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的結(jié)果定會受到社會的一致肯定和認(rèn)可。