工厂污水处理系统电气控制自动化研究

工厂污水处理系统电气控制自动化研究

高宏伟盛昌健石耀飞

（平煤蓝天化工股份公司，河南平顶山463000）

摘要：工厂污水处理的数量与质量直接关系到生态水体的质量及环境污染程度，本论文结合污水处理厂的一般工艺，对污水处理系统的电气自动控制系统进行了设计研究，在总体完成污水处理电气自动控制系统的网络架构与电气总体设计方案的基础上，重点对污水处理系统电气控制部分进行了设计，从供配电、自动控制和照明系统三个角度进行了自动化电气控制的探讨，对于进一步提高污水处理厂的污水处理自动化程度具有一定借鉴意义。

关键词：工厂污水处理系统；自动化；电气控制

中图分类号：U664.9+2文献标识码：A文章编号：1673-0992（2010）06A-0026-01

1引言

为了实现污水处理的过程能在恶劣的环境中（温差大，污水水质水量变化大，电网电压波动大，电气干扰严重）能够连续、稳定、可靠、准确地工作，对控制系统的要求有着比一般的过程控制系统更高的要求。

本论文重点针对工厂污水处理系统展开电气控制自动化研究，以期从中找到可靠有效可行的污水处理自动控制系统的设计方法与模式，并以此和广大同行分享。

2污水处理系统电气自动化控制总体设计

2.1电气自动化控制总体设计

为了使电气自动化控制系统的设计更具有针对性，这里结合实际的某污水处理厂的自动化改造工程进行论述。本工程的电气部分按照工艺单体分为预处理部分、生物处理部分、污泥处理部分和鼓风曝气等。由于污水处理工程是一个连续的周期长的项目，如果在正常生产中有电源中断，那样会引起工艺状态混乱。需要很长时间才能恢复，所以供电负荷要求为二级。供电电源为双母线供电，这个功能在公司的总的配电室实现。污水处理工程的供电电压为0.4KV。

本工程的主要用电负荷为鼓风机、提升泵和污泥脱水机等。根据工艺要求，污水站的一期装机总容量为245.5KW，计算容量为154.4KW。设备有功功率得计算是以每个单元得装机容量以及该设备在24小时内实际运行得时间，以24小时运行得有功功率。

2.2电气自动化网络架构设计

本系统为集散型计算机控制系统(DistributionControlSystem)。整个污水处理站控制部分由中央控制室、风机房、污泥处理房构成。中央控制室里面设置中央控制的PLC和装有WINCC组态软件的上位机以及电气控制柜。风机房里面设置一个远程I/O控制站和风机部分的电气柜。污泥房设置一个远程I/O控制站和污泥机的电气控制柜。

系统采用以太网和PROFIBUS现场总线混合型结构，现场层的通信采用PROFIBUS-DP主/从协议，使用屏蔽双绞线作为传输介质，不同的子网和不同介质之间可通过藕合器或接口模块连接。过程监控层使用以太网协议，通过带有双网卡的PLC进行通信协议的转换，一块网卡为PROFIBUS-DP网卡（自带），另一块为以太网卡（CP343-1）。因此，PLC作为现场总线中的一个站，又作为以太网上的一个站点，而操作员站计算机和工程师站计算机不作为PROFIBUS现场总线网络中的站点。只作为以太网中的节点，此网上的各站点相互之间的数据交换通过以太网进行，而现场的信息也通过以太网从PLC的寄存器中读取，控制现场的参数也由以太网送到DP主站PLC的寄存器中，再通过主/从协议传送到现场总线中的各从站。

3污水处理系统电气自动化控制设计

3.1供配电系统设计

供电电源由甲方工厂的总配电室引出用两根直埋电缆双拼，埋地引至污水站内的电源柜的总短路器的上端子。总短路器下面装一个电度表，对污水站的用电量进行计量。根据甲方的要求，在给风机供电的断路器下面也装设一块电度表，对风机的用电量进行计量。由于这个系统中有着PLC等各种精密的仪器仪表，很多传感信号都是非常弱的信号，所以必须把中线N和地线PE严格分开。所以整个供电系统为三相五线接线方式（TN-S系统），在进线处进行重复接地。由于主要的用电器为感性负载的电机，所以需要采用低压集中无功补偿，这个集中补偿在甲方的中心配电室进行。

污水站电缆采用电缆桥架和穿镀锌钢管的方式敷设。电力电缆选用VV-1KV和RVV电缆，控制电缆选用KVV-0.6KV，仪表电缆选用KVVP-0.6KV。

接地和防雷系统由污水站房旁设有独立的接地网，和管理房基础内钢结构焊成一起构成一个接地网。在中控室（MCC1）电源进线处做重复接地。低压控制柜、配电箱外壳、桥架和穿线管等所有的用电设备不带电金属部分的都要可靠接地。接地电阻不大于4欧姆。

3.1自动控制系统设计

整个污水站设有3个MCC控制中心。MCC1设在管理用房的中控室内，在中控室内还设有一个PLC柜。MCC2设在风机机房内，MCC3设在脱水机机房内。总的低压配电中心MCC1负责向MCC2，MCC3以及辅助生产设施单路供电，MCC1还对提升泵、风机、刮泥机、加药泵等进行控制。MCC2实现对电动阀的控制，MCC3实现对脱水机的控制。

电机实现手动/自动（PLC）两种控制方式，手动方式下实现MCC和就地控制，正常运行情况下PLC控制为主。当电机容量大于15KW时采用软启动器启动，本污水站的最大电机容量为风机37KW，三台都用变频运行。

对于PLC部分的电气接线安装西门子S7300PLC硬件接线标准，把每个控制单元的输入点集中在输入模块的连续位号，同样输出如果每个单元需要有两个及以上的PLC输出点，也进行集中。

3.3照明系统设计

污水站管理房内采用荧光灯为灯源，吸顶安装；综合工房内采用高压钠灯为灯源，吸顶安装；户外照明采用柱式庭院灯，厂区采用草坪灯。综合工房内照明和户外照明因功率比较大，故采用PZ30开关盒内开关控制。室外路灯的线路采用VV电缆和穿尼龙管完成。室内照明线路采用BV线和穿PVC管完成，室内开关采用86型。

4结语

我国持续、快速的经济增长和人民生活质量的提高对环境保护提出更高的要求。污水处理作为环保产业的重要内容，在我国已经大力展开，无论在理论上还是在实践上都取得了很大进展。污水处理过程的建模、优化与控制对从事控制理论研究的研究者而言，是一个新的应用领域，面临诸如多输入多输出、外部干扰因素众多、不确定性强、大滞后、非线性等许多问题，有待深入研究。

参考文献：

[1]袁丽英,乔玉晶.污水处理过程中的模糊控制研究[J].黑龙江工程学院报(自然科学版),2005,19(2):32-34.

[2]商敏儿,杜树新.活性/污泥法污水处理过程自动控制的研究现状[J].环境污染治理技术与设备,2002,3(1):83-87