智慧水務(wù)配電能效管理平臺(tái)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(guó)經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展，我國(guó)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(duì)水體的污染十分嚴(yán)重。相關(guān)部門對(duì)于治理污水排放問(wèn)題也給予了較大的關(guān)注并提高了整治力度。通過(guò)出臺(tái)一系列法律法規(guī)來(lái)規(guī)范日常污水的排放，從而提升水體的再利用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)自動(dòng)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(guò)研究可以看出自動(dòng)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(hù)土地等多方面具有良好的作用。從目前的處理方式來(lái)看，一般情況下都是采用較為先進(jìn)的控制技術(shù)來(lái)處理污水，然后根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中收集的參數(shù)和數(shù)據(jù)變化情況，分析系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

1 系統(tǒng)介紹

污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)一般情況下都以計(jì)算機(jī)控制，其運(yùn)行系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、儀表儀器控制系統(tǒng)這三個(gè)部分組成。在此基礎(chǔ)上，這三個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)相互連通、相互轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)一系列的相關(guān)系統(tǒng)循環(huán)對(duì)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(hù)起來(lái)相對(duì)比較方便等一些原則。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)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(dòng)力，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，而且還實(shí)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(yùn)行，才能夠進(jìn)一步提升污水的處理質(zhì)量。

上述所說(shuō)的自動(dòng)化檢測(cè)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(dòng)化測(cè)儀表都是由三個(gè)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(cè)到的信號(hào)，并將信號(hào)進(jìn)行模擬，傳送到子系統(tǒng)中供下一個(gè)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(cè)量的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢l率的電流信號(hào)。電流信號(hào)經(jīng)過(guò)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(duì)信號(hào)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(cè)量的結(jié)果較為直觀地反映在電腦屏幕上，同時(shí)將計(jì)算的結(jié)果也清晰地展現(xiàn)給觀察人，同時(shí)也方便了負(fù)責(zé)人在電腦屏幕上對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和處理。這三個(gè)組成部分只有巧妙地聯(lián)系在一起才能使整個(gè)自動(dòng)化檢測(cè)儀表正常運(yùn)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(dòng)化檢測(cè)儀表具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，主要有測(cè)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(diǎn)。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(yùn)行和使用。

2 建設(shè)簡(jiǎn)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(yùn)行。此廠的主要責(zé)任和義務(wù)就是對(duì)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(guò)處理得到中和，同時(shí)還要對(duì)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(diǎn)和施工要求，在污水的處理源頭設(shè)置檢測(cè)儀表，對(duì)整個(gè)處理過(guò)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析和整理。 具體的配置如下：在調(diào)節(jié)池內(nèi)放置兩臺(tái)pH儀器，這兩臺(tái)儀器的主要作用就是適時(shí)的對(duì)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(tái)溶解氧測(cè)定儀，這一切的主要作用就是檢測(cè)各個(gè)水段溶解氧氣的含量；在排水口處也需要安放一臺(tái)余氯測(cè)量?jī)x器，主要用于檢測(cè)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(tái)COD檢測(cè)儀，主要用于檢測(cè)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(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)工廠的污水處理過(guò)程中，需要用到的主要儀表為液位計(jì)、液位差計(jì)以及流量計(jì)。

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(tái)液位計(jì)，同時(shí)還要根據(jù)泵房水位值的大小采用自動(dòng)控制的方式來(lái)確保多臺(tái)水泵能夠同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。某些泵房水位高出所設(shè)定的正常值時(shí)，這時(shí)PLC系統(tǒng)就會(huì)按照軟件中所編寫的程序設(shè)定，增加水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的臺(tái)數(shù)將水位降到合理的范圍內(nèi)，通過(guò)減少使用的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)或者全部關(guān)閉水泵運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)，防止水泵出現(xiàn)過(guò)載的現(xiàn)象，在保護(hù)的水泵同時(shí)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(tái)電磁流量計(jì)，使設(shè)置能夠較為準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)測(cè)量進(jìn)水量和出水量。在測(cè)量的過(guò)程中也會(huì)收集水質(zhì)的情況并轉(zhuǎn)化為具體的信號(hào)顯示在流量計(jì)中。當(dāng)某些數(shù)值超過(guò)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)之后，就會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的控制系統(tǒng)對(duì)水量進(jìn)行控制，從而為運(yùn)轉(zhuǎn)而提供實(shí)時(shí)流量供應(yīng)。

在此基礎(chǔ)上，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中還會(huì)用到溶解氧測(cè)定計(jì)、COD在線監(jiān)測(cè)儀、藥品添加計(jì)量?jī)x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(huì)配置相關(guān)的可編程控制器和觸摸屏，主要目的就是實(shí)時(shí)接收和輸入指令，及時(shí)處理和計(jì)算收集的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送指令給外圍的一些儀表來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的程序命令，讓他們?cè)谧詣?dòng)化條件下，集中對(duì)水質(zhì)進(jìn)行宏觀控制，從而保證整套自動(dòng)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(duì)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(tái)

5.1平臺(tái)概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺(tái)的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)通過(guò)在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測(cè)、分析、治理裝置，用于監(jiān)測(cè)污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)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(tái)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(dòng)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(yùn)維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運(yùn)維管理人員通過(guò)一套平臺(tái)、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)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(tái)拓?fù)鋱D

5.4平臺(tái)子系統(tǒng)

5.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對(duì)水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級(jí)配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對(duì)異常情況及時(shí)預(yù)警。

監(jiān)測(cè)變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報(bào)警等數(shù)據(jù)。

5.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理

水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動(dòng)導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過(guò)監(jiān)測(cè)其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對(duì)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(dòng)機(jī)管理

馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對(duì)過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。高效、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對(duì)電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)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(jì)量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過(guò)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(gè)看板中，從多個(gè)維度對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對(duì)比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)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(jì)采集水務(wù)中污水廠、自來(lái)水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量，同環(huán)比對(duì)比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算，標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)。

能效分析按三級(jí)計(jì)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(duì)各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對(duì)標(biāo)等。通過(guò)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(shì)圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)//**先進(jìn)指標(biāo)對(duì)標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來(lái)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(lái)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(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)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(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)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(cè)

監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水廠、自來(lái)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(dòng)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(guò)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(cè)

監(jiān)測(cè)消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)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(dòng)閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(hào)。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(lái)，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，能指示報(bào)警部位并保存報(bào)警信息，保障了電氣安全的可靠性。

5.4.7 環(huán)境監(jiān)測(cè)

污水廠、自來(lái)水廠、水泵站等場(chǎng)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(lái)水廠、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)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(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yùn)行監(jiān)視，對(duì)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(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以曲線方式繪制上述監(jiān)測(cè)的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺(tái)結(jié)合廠區(qū)實(shí)際分布情況，通過(guò)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(diǎn)位置，各個(gè)屋頂?shù)难b機(jī)容量。

5.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺(tái)通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)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(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機(jī)保護(hù)，進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5.5相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

5.5.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機(jī)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(yǔ)語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)化檢測(cè)儀表在污水場(chǎng)的處理中具有深遠(yuǎn)的影響。雖然在具體的使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)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(guò)不斷實(shí)踐改善整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能讓自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)起到更高的可利用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 武云鵬.自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用[J].NFORMATION SYSTEM AND APPLICATION│信息系統(tǒng)及應(yīng)用 ，2018年第1期.

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

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

作者簡(jiǎn)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。