智慧水務配電能效管理平臺在污水處理廠的應用

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

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

關鍵詞：自動化監控系統；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的自動控制系統為出發點，對自動化控制系統進行了一定的分析，闡述了此系統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能夠將廢棄的污水轉變為達標水，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的控制技術來處理污水，然后根據系統運轉過程中收集的參數和數據變化情況，分析系統的運轉情況。

1 系統介紹

污水處理廠的自動控制系統一般情況下都以計算機控制，其運行系統主要由計算機管理系統、PLC控制系統、儀表儀器控制系統這三個部分組成。在此基礎上，這三個系統經過相互連通、相互轉化，經過一系列的相關系統循環對收集的數據進行集中管理、分散控制、資源共享、工藝聯通、維護起來相對比較方便等一些原則。系統經過相互的配合，在一定程度上保證了污水處理的效率、質量以及處理速度，從而減輕了人工勞動力，保護了生態環境，而且還實現了污水處理廠趨于現代化管理模式。只有保證污水處理系統的正常運行，才能夠進一步提升污水的處理質量。

上述所說的自動化檢測儀表屬于自控系統中*關鍵的組成部分之一。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成。

第一部分是傳感器。傳感器的作用就是收集系統所檢測到的信號，并將信號進行模擬，傳送到子系統中供下一個環節處理。

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據轉變為一定頻率的電流信號。電流信號經過相關的可編程序導入模擬量，形成模塊化，這樣便于一些負責人對信號進行分析和處理。

第三部分是觸摸顯示屏。該組成部分的主要作用就是能夠將測量的結果較為直觀地反映在電腦屏幕上，同時將計算的結果也清晰地展現給觀察人，同時也方便了負責人在電腦屏幕上對這些數據進行操作和處理。這三個組成部分只有巧妙地聯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。自動化檢測儀表具有多方面的優點，主要有測量正確、數據顯示清晰、反應速度靈敏、便于操作和具有較高的可操作性等優點。在我們的工業生產中，此構件使用的頻率相當高。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的運行和使用。

2 建設簡介

某鋁材二廠污水處理廠是在 2008 年 4 月份開始建設的，到了2009年5月份左右通水試運行。此廠的主要責任和義務就是對工廠中所排出的污水進行處理，將廢水中的化學物質經過處理得到中和，同時還要對排出的污水進行收集并研究污水中的化學成分，從而確保所排出的水質符合相關的質量標準。

圖 1 污水處理工藝流程

3主要用儀器介紹

根據施工特點和施工要求，在污水的處理源頭設置檢測儀表，對整個處理過程進行現場分析和整理。 具體的配置如下：在調節池內放置兩臺pH儀器，這兩臺儀器的主要作用就是適時的對廢水中的 pH 值進行監控，從而確保進水水質符合相關的標準；在A/O生化池中每隔 10m 左右設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，然后再配合相關的二氧化氯發生器。此出水口處的水質進步的凈化和控制；在出水口處還應設置一臺COD檢測儀，主要用于檢測出水處水質中COD的指標是否合格。

4主要儀表介紹

在自動化監控系統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，一般情況下再進水泵房集池中需要安裝一臺液位計，同時還要根據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。某些泵房水位高出所設定的正常值時，這時PLC系統就會按照軟件中所編寫的程序設定，增加水泵運轉的臺數將水位降到合理的范圍內，通過減少使用的運轉臺數或者全部關閉水泵運轉臺數，防止水泵出現過載的現象，在保護的水泵同時也將泵房水位控制在合理的范圍內。

在分配井管道處需要安裝一臺電磁流量計，使設置能夠較為準確地實時測量進水量和出水量。在測量的過程中也會收集水質的情況并轉化為具體的信號顯示在流量計中。當某些數值超過預設標準之后，就會啟動相應的控制系統對水量進行控制，從而為運轉而提供實時流量供應。

在此基礎上，自動化監控系統中還會用到溶解氧測定計、COD在線監測儀、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據，然后發送指令給外圍的一些儀表來執行相應的程序命令，讓他們在自動化條件下，集中對水質進行宏觀控制，從而保證整套自動化系統具有高效、可靠的處理速度和效率。

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

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品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監測主要用能設備能效，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、精細的解決方案。

5.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統

5.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

5.4.2電能質量監測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

5.4.3電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測和報警。高效、準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

5.4.4能耗管理

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

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，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行分析，同比、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業//**先進指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

5.4.5智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能、舒適、高效的目的。

5.4.6電氣安全

（1）電氣火災監測

監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

（2）消防應急照明和疏散指示

根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

（3）消防設備電源監測

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

（4） 防火門監控系統

防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，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 環境監測

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電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

5.4.8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側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、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

5.4.9工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、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、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

5.5相關平臺部署硬件選型清單

5.5.1電力監控、電能質量、電動機管理及配電室環境監控系統

5.5.2智能照明系統

5.5.3電氣火災監控系統

5.5.4消防設備電源監控系統

5.5.5防火門監控系統

5.5.6消防應急照明和疏散指示系統

6 結語語

綜上所述，自動化檢測儀表在污水場的處理中具有深遠的影響。雖然在具體的使用過程中會出現一些問題，但是相信隨著科技的發展以及污水處理技術的提高，通過不斷實踐改善整個自動化控制系統，能讓自動化檢測系統起到更高的可利用價值。

參考文獻：

[1] 武云鵬.自動化監控系統在污水處理廠的應用[J].NFORMATION SYSTEM AND APPLICATION│信息系統及應用 ，2018年第1期.

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

[3] 安科瑞企業微電網設計應用手冊.2022.05版

作者簡介：

李明君，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務研究發展。