智慧水務(wù)配電能效管理平臺在污水處理廠的應(yīng)用

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：隨著近幾年我國經(jīng)濟水平的高速發(fā)展，我國的工業(yè)和民用污水的排放量也隨著人口的增加而不斷加大。工業(yè)污水以及人們生活污水的排放，對水體的污染十分嚴(yán)重。相關(guān)部門對于治理污水排放問題也給予了較大的關(guān)注并提高了整治力度。通過出臺一系列法律法規(guī)來規(guī)范日常污水的排放，從而提升水體的再利用價值。

關(guān)鍵詞：自動化監(jiān)控系統(tǒng)；污水處理；儀器；儀表

0引言

本文以一些污水處理廠采用的先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)為出發(fā)點，對自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行了一定的分析，闡述了此系統(tǒng)的使用在污水處理中具有的重要意義。通過研究可以看出自動化控制系統(tǒng)能夠?qū)U棄的污水轉(zhuǎn)變?yōu)檫_(dá)標(biāo)水，在保護土地等多方面具有良好的作用。從目前的處理方式來看，一般情況下都是采用較為先進(jìn)的控制技術(shù)來處理污水，然后根據(jù)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中收集的參數(shù)和數(shù)據(jù)變化情況，分析系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況。

1 系統(tǒng)介紹

污水處理廠的自動控制系統(tǒng)一般情況下都以計算機控制，其運行系統(tǒng)主要由計算機管理系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、儀表儀器控制系統(tǒng)這三個部分組成。在此基礎(chǔ)上，這三個系統(tǒng)經(jīng)過相互連通、相互轉(zhuǎn)化，經(jīng)過一系列的相關(guān)系統(tǒng)循環(huán)對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理、分散控制、資源共享、工藝聯(lián)通、維護起來相對比較方便等一些原則。系統(tǒng)經(jīng)過相互的配合，在一定程度上保證了污水處理的效率、質(zhì)量以及處理速度，從而減輕了人工勞動力，保護了生態(tài)環(huán)境，而且還實現(xiàn)了污水處理廠趨于現(xiàn)代化管理模式。只有保證污水處理系統(tǒng)的正常運行，才能夠進(jìn)一步提升污水的處理質(zhì)量。

上述所說的自動化檢測儀表屬于自控系統(tǒng)中*關(guān)鍵的組成部分之一。通常情況下，所使用的自動化測儀表都是由三個組成部分構(gòu)成。

第一部分是傳感器。傳感器的作用就是收集系統(tǒng)所檢測到的信號，并將信號進(jìn)行模擬，傳送到子系統(tǒng)中供下一個環(huán)節(jié)處理。

第二部分是變送器。變送器的主要作用就是將傳感器所測量的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢l率的電流信號。電流信號經(jīng)過相關(guān)的可編程序?qū)肽M量，形成模塊化，這樣便于一些負(fù)責(zé)人對信號進(jìn)行分析和處理。

第三部分是觸摸顯示屏。該組成部分的主要作用就是能夠?qū)y量的結(jié)果較為直觀地反映在電腦屏幕上，同時將計算的結(jié)果也清晰地展現(xiàn)給觀察人，同時也方便了負(fù)責(zé)人在電腦屏幕上對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和處理。這三個組成部分只有巧妙地聯(lián)系在一起才能使整個自動化檢測儀表正常運行，任何一部分都****；缺少任何一部分，就不能稱之為完整的控制系統(tǒng)。自動化檢測儀表具有多方面的優(yōu)點，主要有測量正確、數(shù)據(jù)顯示清晰、反應(yīng)速度靈敏、便于操作和具有較高的可操作性等優(yōu)點。在我們的工業(yè)生產(chǎn)中，此構(gòu)件使用的頻率相當(dāng)高。本文以南山鋁材二廠的污水處理廠為主要例子，深入探討了子控儀表系統(tǒng)的運行和使用。

2 建設(shè)簡介

某鋁材二廠污水處理廠是在 2008 年 4 月份開始建設(shè)的，到了2009年5月份左右通水試運行。此廠的主要責(zé)任和義務(wù)就是對工廠中所排出的污水進(jìn)行處理，將廢水中的化學(xué)物質(zhì)經(jīng)過處理得到中和，同時還要對排出的污水進(jìn)行收集并研究污水中的化學(xué)成分，從而確保所排出的水質(zhì)符合相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

圖 1 污水處理工藝流程

3主要用儀器介紹

根據(jù)施工特點和施工要求，在污水的處理源頭設(shè)置檢測儀表，對整個處理過程進(jìn)行現(xiàn)場分析和整理。 具體的配置如下：在調(diào)節(jié)池內(nèi)放置兩臺pH儀器，這兩臺儀器的主要作用就是適時的對廢水中的 pH 值進(jìn)行監(jiān)控，從而確保進(jìn)水水質(zhì)符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)；在A/O生化池中每隔 10m 左右設(shè)置一臺溶解氧測定儀，這一切的主要作用就是檢測各個水段溶解氧氣的含量；在排水口處也需要安放一臺余氯測量儀器，主要用于檢測出水口處的余氯量，然后再配合相關(guān)的二氧化氯發(fā)生器。此出水口處的水質(zhì)進(jìn)步的凈化和控制；在出水口處還應(yīng)設(shè)置一臺COD檢測儀，主要用于檢測出水處水質(zhì)中COD的指標(biāo)是否合格。

4主要儀表介紹

在自動化監(jiān)控系統(tǒng)對工廠的污水處理過程中，需要用到的主要儀表為液位計、液位差計以及流量計。

其安裝的位置也具有很大的差別，一般情況下再進(jìn)水泵房集池中需要安裝一臺液位計，同時還要根據(jù)泵房水位值的大小采用自動控制的方式來確保多臺水泵能夠同時運轉(zhuǎn)。某些泵房水位高出所設(shè)定的正常值時，這時PLC系統(tǒng)就會按照軟件中所編寫的程序設(shè)定，增加水泵運轉(zhuǎn)的臺數(shù)將水位降到合理的范圍內(nèi)，通過減少使用的運轉(zhuǎn)臺數(shù)或者全部關(guān)閉水泵運轉(zhuǎn)臺數(shù)，防止水泵出現(xiàn)過載的現(xiàn)象，在保護的水泵同時也將泵房水位控制在合理的范圍內(nèi)。

在分配井管道處需要安裝一臺電磁流量計，使設(shè)置能夠較為準(zhǔn)確地實時測量進(jìn)水量和出水量。在測量的過程中也會收集水質(zhì)的情況并轉(zhuǎn)化為具體的信號顯示在流量計中。當(dāng)某些數(shù)值超過預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)之后，就會啟動相應(yīng)的控制系統(tǒng)對水量進(jìn)行控制，從而為運轉(zhuǎn)而提供實時流量供應(yīng)。

在此基礎(chǔ)上，自動化監(jiān)控系統(tǒng)中還會用到溶解氧測定計、COD在線監(jiān)測儀、藥品添加計量儀以及可編程控制器和觸碰屏。*重要的就是可編程控制器和觸摸屏，通常在主控制室中都會配置相關(guān)的可編程控制器和觸摸屏，主要目的就是實時接收和輸入指令，及時處理和計算收集的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送指令給外圍的一些儀表來執(zhí)行相應(yīng)的程序命令，讓他們在自動化條件下，集中對水質(zhì)進(jìn)行宏觀控制，從而保證整套自動化系統(tǒng)具有高效、可靠的處理速度和效率。

5安科瑞電氣針對智慧城市水務(wù)建設(shè)推出能效管理解決方案----AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

5.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。

5.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

5.3平臺拓?fù)鋱D

5.4平臺子系統(tǒng)

5.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

5.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

5.4.3電動機管理

馬達(dá)監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監(jiān)測和報警。高效、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5.4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)//**先進(jìn)指標(biāo)對標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

5.4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。

5.4.6電氣安全

（1）電氣火災(zāi)監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

（2）消防應(yīng)急照明和疏散指示

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

（3）消防設(shè)備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。

（4） 防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

5.4.7 環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

5.4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

5.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進(jìn)行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

5.5.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.2智能照明系統(tǒng)

5.5.3電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.4消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.5防火門監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.6消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

6 結(jié)語語

綜上所述，自動化檢測儀表在污水場的處理中具有深遠(yuǎn)的影響。雖然在具體的使用過程中會出現(xiàn)一些問題，但是相信隨著科技的發(fā)展以及污水處理技術(shù)的提高，通過不斷實踐改善整個自動化控制系統(tǒng)，能讓自動化檢測系統(tǒng)起到更高的可利用價值。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 韓晶晶，郭群凱.自動化監(jiān)控系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用[J].中國水運月刊，2008，8（5）：119-120.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)用手冊.2022.05版

作者簡介：

李明君，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務(wù)研究發(fā)展。