淺談城市生活污水處理廠電氣與自控設計

王 志

（廈門水務中環污水處理有限公司， 福建 廈門 361008）

0 引言

現階段社會發展中，資源使用與人口數量增長之間存在的沖突愈發嚴重，水污染問題已經在我國多個地區存在。隨著物聯網、計算機等技術的創新發展，智慧城市理念一經問世就受到各個國家的重視。而智慧排水作為智慧城市中的核心組成，依托于電氣自控系統的設計，可最大化發揮出智慧排水的作用與功能。正因此，電氣自控系統的設計，以及智慧排水的應用，已然成為各個污水處理廠的重點研究課題。

1 城市生活污水處理廠電氣自控系統的設計方案

1.1 涉及控制系統的設計

作為污水處理中電氣處理應用的基礎前提，電氣設計需依據對污水處理廠實際情況的分析，進行的電氣控制的強化，高質量開展配電工作。總結筆者獨立設計、制作某泵站自動控制系統，審核強弱電各系統圖紙等工作的經驗，得出電氣設計并非是指處理廠照明電氣設計，而是針對自控系統的電氣設計。通常情況下，開關、熔斷器為電氣線路設置中常用的電器，而針對電氣線路接通與斷開的控制，則是以電氣設備的觸電特征來實現有效控制，確保電氣系統中各個電機與電氣始終處于穩定狀態，避免對民眾日常生活造成嚴重影響[1]。

1.2 自控系統的設計

針對自控系統的設計，需秉持著資源信息共享、集中與分散管控的準則，結合SCADA 系統的應用，進行污水處理設備運行狀態、處理工藝應用、各項參數的全面監控。實際設計過程中，需重視對操作水平與管理水平的提升，積極引進先進技術工藝。通過對模擬量與開關量的模擬來實現自控系統的有效設計，確保其操控需求得到滿足。要想保證自控系統設計符合預期要求，需重視對污水處理情況的綜合分析，以此為依據強化系統設計。例如在某污水處理廠改擴建工程自動化項目施工過程中，筆者與施工方相關人員深入到現場對污水處理廠實際運行開展考察調研，結合對考察資料的分析進行方案設計，最終實現自控系統滿足污水處理廠運行管理需要的同時，也減輕了一線工作人員的負擔。

2 智慧排水在城市污水處理應用分析

2.1 建設要求

要想最大化發揮出智慧排水的作用與功能，需以智慧排水體系的建設為基礎。而在具體構建智慧排水體系過程中，需依據對數據資源建設要求的分析，具體包括監測、業務、基礎以及多媒體數據等。其中處理廠與泵站的智能預警以及生產數據、指標實時采集分析和監控尤為重要。針對生產指標的監測與采集，需囊括進出水水污染檢測、水量檢測、集水井水位監控。水污染檢測涉及到對污水的化學需氧量、氨氮、總氮、總磷、固體懸浮物等物質的檢測；針對生產運行數據的監測與采集，必須做到充分利用傳感器設備、檢測儀，實時且全面的監測各類設備運行狀態、壓變、流量的模擬量與開關量，并將檢測值反饋至監控中心[2]。

智慧排水系統的運行，依托于數據采集設備、智能采集終端、壓力傳感器、液位計、無線網絡設備、視頻監控等在線監測設備的應用，實現對城市排水系統運行的實時、全天候感知，而排水設備與管理部門則借助可視化的形式進行有機整合，充分利用大數據技術來采集、處理、分析大量的信息，以此為基礎構建完善的模型，為相應處理決策的制定提供幫助與參考。正因智慧排水體系的完善構建，實現從排污企業至排污口的全閉環管理，提升污水系統管理的精細性、動態性以及智慧性。

2.2 工作目標

智慧排水的應用，其工作目標體現為：借助對物聯網、計算機等技術的應用，實現城市污水處理的感知物聯化、設施數字化、數據可視化、運維信息化、管理科學化、決策智慧化，促進我國污水建設事業不斷朝著智能化、智慧化的方向邁進。

2.3 實現框架

立足于物理層面，智慧排水的系統架構組成包括檢測與控制設備、監控中心平臺、使用終端。不同組成部分之間的關聯依據為互聯網，充分利用監控中心進行城市污水處理廠的統一監控、檢測與控制，以物聯網為基礎，構建完善且科學的智慧排水處理系統。針對智慧排水系統的構建，借助對物聯網技術的應用構建五層式系統架構，包括感知層、傳輸層、數據層、應用層及展示層。所構建的智慧排水系統具備遠程集中管理功能，可達到“遠程治水”的目的[3]。

不同系統層次功能不同，感知層主要功能體現為相關數據的檢測與采集，即依托于傳感器的應用，對各個地區處理廠進出水水量、水質及生產過程數據的檢測與采集。同時，應用層可實現對設備參數與環境參數的自動檢測，遵循相關指令定期將檢測結果上傳至監控中心。應用層的有效構建，可實現自動化、統一化的處理污水廠數據信息，依據檢測數據分析進行設備故障的預警；傳輸層的主要作用是進行數據傳輸，等到數據采集完畢，利用物聯網通訊網絡將采集完成的數據信息傳輸至數據層；應用層主要功能體現為對所有信息資源的采、存、管及查詢應用，為應用系統層提供數據支撐，具體運行過程中，數據層主要包括信息資源規劃管理、數據采集加工、數據權限管理、數據分析應用等功能。應用層則是通過智慧管理、智慧調度、智慧運維等幾大應用模塊，實現統一的一體化、規范化、精細化、智慧化的智慧排水管理體系。展示層則是通過展示大屏、智慧排水網站、智慧排水APP、公眾號等向社會展示城市排水運行情況。

2.4 設計特點

分析智慧排水系統的設計，其特點具體體現為：（1）實時監控。系統可實現對城市排水管道設施的實時、全面監控，做到對城市污水排放情況的全面掌握。例如筆者參與杏林污水處理廠安防監控系統改造項目中，發現原有監控系統運行時間已經長達8年，不僅存在嚴重的設備老化問題，甚至部分監控設備的夜視功能喪失。同時，原有的攝像設備均為模擬機，無法做到對數據信息的共享、存儲以及傳輸。對此，2016年該廠在長度超過1000 米的圍墻上進行監控器的安設，并在重點設施場所如化驗室、設備室等區域進行監控器的安設，以此促進智慧排水系統的進一步建設，并達到廠區全覆蓋監控的目的。（2）動態調控。依據對相關檢測數據的采集與分析，實現對管網輸送、泵站運行以及污水廠運行的動態調控。例如筆者參與的廈大泵站項目改造中，以往采用的自耦降壓方法無法滿足系統的實際運行需求。對此，廈大泵站更新變頻器三臺，功率分別為90KW、90KW、45KW，并依據實際運行要求，進行二次線路與控制柜的改造更換，結合對自控系統的鏈接，達到系統動態化、自動化控制的目的。（3）預警與故障排除。依托于傳感器的應用進行設備運行監測，第一時間發現存在的老化、破舊問題，通過提前預警的方式來及時排除隱患，避免設備故障影響污水處理廠運行穩定性。同時，融合應用云計算、物聯網、計算機等技術，立足于智慧污水角度，進行智能化、科學化安全污水處理方案的制定，進一步提升故障維修效果，避免因人為失誤而影響到設備故障維修質量。

2.5 應用表現

通過對智慧排水的應用，依托于大數據技術的應用對排水系統全面檢測，以可視化等方式進行系統設施的整合管理，構建以物聯網為基礎的完善排水管理體系。通過對各項數據信息的智能采集與分析，進行數據信息的科學分類并提前預警，若運行期間出現故障或隱患，可第一時間通知管理人員，并為人員提供科學且合理的輔助決策，提升排水系統管理的精細化以及動態化，做到排水系統的現代化、智能化、智慧化運行。

3 結束語

城市污水處理效果關乎到民眾生活環境能否健康、持續的發展，影響著民眾的生活質量。對此，需重視對處理廠電氣自控的強化設計，加大先進工藝、技術、設備的引進力度，構建完善智慧排水管理體系，為生活污水處理廠的自動化、高效化、智能化運行打下良好基礎。