深圳市利源水務(wù)設(shè)計咨詢有限公司 廣東深圳 518000

摘要：21世紀，隨著大家對自身生活環(huán)境需求的不斷進步，以及環(huán)保意識的增強，國家和社會對各種污染的管理越來越注重，由于水是有限的不可再生資源，所以對水污染的管理顯得愈加重要，因此，針對污水提升站的項目，電氣系統(tǒng)在整個污水站的運行中起到不可忽視的作用。本文從污水處理流程、PLC 控制系統(tǒng)、監(jiān)控及安防系統(tǒng)、設(shè)計時應(yīng)注意的一些問題這幾個方面談?wù)勎鬯嵘镜碾姎庀到y(tǒng)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：污水泵站；電氣設(shè)計；控制系統(tǒng)；PLC技術(shù)應(yīng)用

新時期下，伴隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，各地的環(huán)境問題也日益突出。污水處理在環(huán)境保護中是一個最重要的環(huán)節(jié)，污水處理作為城市可持續(xù)發(fā)展的必要措施，其建設(shè)的好壞直接影響到整個城市的環(huán)境，而如今能源的緊缺又給城市的發(fā)展提出了新的目標。污水提升泵站其主要用于收集城市生活污水，是城市生活污水集中排放、處理的必要環(huán)節(jié)，因而污水提升泵站的作用是顯而易見的。為此，針對污水泵站的建設(shè)項目，設(shè)計了一套由PLC 控制系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成的污水泵站自動化控制系統(tǒng)，較好地解決了污水處理問題，是一套先進、可靠、操作簡單的控制系統(tǒng)。

1、污水提升泵站污水處理流程

以杏南小區(qū)污水泵站建設(shè)工程為例，闡述污水提升泵站污水處理流程。該泵站中有兩臺潛水泵（一用一備），生活污水不斷的注入集水池內(nèi)，當集水池內(nèi)水位升至一個高水位時，一臺泵啟動，水位下降至一個低水位時，泵自動停止工作。當集水池再次充滿水時，起動另外一臺水泵，直至停止工作。

2、電氣系統(tǒng)設(shè)計組成

根據(jù)污水泵站污水處理過程的流程和現(xiàn)場設(shè)備的要求，整個污水泵站污水處理站控制部分由電氣部分、PLC控制系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)為集散型計算機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線混合型結(jié)構(gòu)，PLC 作為現(xiàn)場總線中的一個站，又作為以太網(wǎng)上的一個站點，而監(jiān)控中心不作為現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中的站點，只作為以太網(wǎng)中的節(jié)點，此網(wǎng)上的各站點相互之間的數(shù)據(jù)交換通過以太網(wǎng)進行，而現(xiàn)場的信息也通過以太網(wǎng)從PLC 的寄存器中讀取，控制現(xiàn)場的參數(shù)也由以太網(wǎng)送到主站PLC 的寄存器中，再通過主/從協(xié)議傳送到現(xiàn)場總線中的各從站。從而實現(xiàn)污水站的遠程監(jiān)視控制。

2.1 電氣部分設(shè)計。由于污水處理是一個連續(xù)的非常重要的項目，如果在正常生產(chǎn)中有電源中斷，那樣會引起工藝狀態(tài)混亂，需要很長時間才能恢復(fù)。所以供電負荷要求為二級，供電電源采用雙回線路。泵站的主要用電負荷為一臺90kW的潛水泵。電機實現(xiàn)手動/自動兩種控制方式，手動方式下實現(xiàn)就地控制，正常運行情況下PLC 控制為主。電機采用軟啟動方式啟動。另外還要給軸流風(fēng)機和泵站的一些正常用電配電。

2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計。在整個控制系統(tǒng)中，自動控制部分主要有集水池的液位控制、潛水泵本身的溫度、漏油控制。下面仍以泵站中有兩臺潛水泵（一用一備）為例，具體的說明集水池的液位控制流程及程序設(shè)計。集水內(nèi)安裝2個浮球液位計和1個投入式液位變送器。投入式液位變送器預(yù)先設(shè)定啟泵（-3.0m）和停泵（-5.95m）的數(shù)值（可更改的）。污水不斷的注入集水池內(nèi)，當集水池內(nèi)水位升至-3.0m時，一臺泵啟動，水位下降至-5.95m時，泵自動停止工作。當集水池再次充滿水時，起動另外一臺水泵，直至停止工作。兩臺水泵可由程序控制自動切換使用，以保證各臺泵平均使用；泵出口電動閥門與相應(yīng)泵聯(lián)鎖。開泵過程為：先啟泵后開閥；停泵過程為：先關(guān)閥后停泵。2個浮球液位計分別設(shè)在高低液位的兩個值，當達到這兩個值時，通過PLC與報警呼叫裝置連接，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳到監(jiān)控中心。

2.3 監(jiān)控及安防系統(tǒng)設(shè)計。污水站，除了有遠程監(jiān)控系統(tǒng)外，還必須有遠程視頻監(jiān)控及防盜等的安防系統(tǒng)。

2.3.1 周界防范報警系統(tǒng)。周界防范報警系統(tǒng)通過在泵站的四周圍墻上安置主動紅外對射探測器，對周界分段警戒，防范閑雜人員翻越圍墻進入泵站，當圍墻上有人翻越時，泵站報警主機上會出現(xiàn)聲光報警，同時報警信號自動傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并自動記錄報警時間與保存報警信息。

2.3.2 防盜系統(tǒng)。在泵站的室內(nèi)安裝了幕簾式被動紅外入侵探測器，用于防止他人未經(jīng)許可進入房間實施破壞。

2.3.3 遠程視頻圖象監(jiān)控系統(tǒng)。遠程視頻圖象監(jiān)控系統(tǒng)是在污水泵站配電間、污水泵站院內(nèi)等設(shè)置前端攝像機，將圖象傳送到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心對整個泵站進行實時監(jiān)控和記錄，使管理人員充分了解泵站的動態(tài)。該系統(tǒng)與泵站室內(nèi)防盜報警、周界報警等系統(tǒng)聯(lián)動，通過數(shù)字硬盤錄像機，完成監(jiān)視、報警、設(shè)防和監(jiān)視圖象的存儲和檢索。

3、現(xiàn)場工藝介紹

泵站由五組相對獨立的污水處理渠組成，每組設(shè)有閥門和粗細格柵等處理設(shè)備。粗細格柵的控制由粗細格柵的液位差或時間來完成，格柵進行動作時，閥門和傳送帶及壓榨機等進行相應(yīng)的動作。經(jīng)過處理的污水暫存在集水池中，集水池的液位現(xiàn)場由超聲波液位計、投入式液位計測量，起互為備用的作用，在雨水泵和污水泵啟停時考慮汛期和雨季的因素，在操作畫面上設(shè)置功能選擇開關(guān)?？刂葡到y(tǒng)主要控制各種閥門、粗細格柵、傳送帶、壓榨機、污水泵、雨水泵等，同時對用泵站耗電量進行計量。

3.1 粗細格柵控制系統(tǒng)

對格柵設(shè)置兩種控制方式：水位差自動控制（粗格柵）和時間控制

根據(jù)水位差測量儀測得的格柵前后水位差值自動控制機械格柵的運行，即水位差達到設(shè)定值時，自動啟動格柵。當機械格柵停止運行的時間超過設(shè)定值時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為時間控制。PLC系統(tǒng)將自動控制輸送柵渣壓實機、機械格柵的順序啟停、運行、停車以及安全連鎖保護。任何一臺格柵啟動時，均啟動輸送機和柵渣壓實機。

3.2 水泵控制

在泵池設(shè)超聲波液位和投入式液位儀表，根據(jù)水位測量儀測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停運行。當泵房水位高至某一設(shè)定的水位值時，PLC系統(tǒng)將按軟件程序自動增加水泵的運行臺數(shù)；相反，當泵房水位降至某一設(shè)定的水位值時，PLC系統(tǒng)將按軟件程序自動減少水泵的運行臺數(shù)。同時，系統(tǒng)累積各個水泵的運行時間，自動輪換水泵，保證各水泵累積運行時間基本相等，使其保持最佳運行狀態(tài)。

4、設(shè)計時應(yīng)該注意的一些問題

這幾年做污水提升泵站的電氣系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計時出現(xiàn)過一些問題，值得大家以后在設(shè)計中應(yīng)該注意。

4.1 電源的問題。污水站屬于二級負荷。在水專業(yè)的規(guī)范中有說明，在電氣規(guī)范中沒有說明，所以在設(shè)計時，我們都查了規(guī)范，可是沒有看到是二級負荷，就沒有按照二級負荷考慮電源的問題。

根據(jù)民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范（JGJ 16-2008）3.2.10，二級負荷的供電系統(tǒng)，宜采用兩回線路供電。一定要跟高壓部門結(jié)合好引電源的位置，是不是可以增容。

4.2 配電柜內(nèi)設(shè)備的問題。從現(xiàn)場的實際來看，進線柜若是雙電源切換柜，1000mm寬的柜子還是比較小，排的滿滿的，電纜在后面都沒有多余的空間，所以柜體寬度最好為1200mm。

4.3 自控設(shè)備的問題。設(shè)計中采用了超聲波液位計和浮球液位計，以后的設(shè)計中可以考慮雷達液位計、激光液位計等。設(shè)計時，可根據(jù)每個物業(yè)的情況選擇相應(yīng)的液位計。

4.4 加裝雨棚燈、院內(nèi)照明的問題。可以安裝聲光控雨棚燈；污水泵房頂四周增設(shè)投光燈；有磚圍欄的，也可在圍欄柱上安裝燈具；站內(nèi)道路也可以增設(shè)路燈。另外一定要注意的是：污水池內(nèi)的照明燈具要選用防爆燈。從人性化考慮，可以在大門處增加門鈴，以便來訪人員。

5、控制系統(tǒng)功能及實現(xiàn)

5.1 WinCC 組態(tài)軟件

SIMATIC WinCC具有良好的開放性和靈活性，可簡單、有效地進行組態(tài)，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。

5.2 操作控制層

操作控制層作為系統(tǒng)的人機接口單元（HMI），完成對現(xiàn)場生產(chǎn)過程的監(jiān)視和生產(chǎn)過程的操作。同時又將本地信號經(jīng)網(wǎng)絡(luò)向管理服務(wù)器傳輸，人機接口界面所采用的組態(tài)軟件，其功能如下：

（1）人機接口：計算機上開發(fā)了監(jiān)控界面，可顯示現(xiàn)場主接線圖，工藝流程圖、設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)、棒型圖以及歷史曲線等?？筛鶕?jù)實際要求通過對現(xiàn)場進行各種操作。

（2）污水處理操作過程的監(jiān)視：污水處理自動控制，實質(zhì)上是一個按時控制的順序控制過程，因此上述順序控制過程可分為若干步，可以把污水處理步驟化，啟、停機的步驟顯示在計算機屏幕上，并且每一步后面采用動態(tài)顏色反映各步的狀態(tài)變化，以表明相應(yīng)的步驟順利地完成，

（3）數(shù)據(jù)庫功能：可將PLC采集處理的各類信號：模擬量、開關(guān)量、脈沖量的每一采樣點記錄到文件中以備處理，該文件可被excel數(shù)據(jù)庫直接應(yīng)用；同時可記錄操作人員當班期間的操作記錄。

（4）事故記錄：記錄模擬信號的越限報警和開頭的故障動作時間。

（5）打印報表：可定時或事件驅(qū)動打印實時、歷史趨勢數(shù)據(jù)和各類報警數(shù)據(jù)。

（6）數(shù)據(jù)庫接口：支待ODBC數(shù)據(jù)庫接口。

5.3 管理層

管理層運行Wincc組態(tài)軟件，與操作控制層通過網(wǎng)絡(luò)連接，把生產(chǎn)數(shù)據(jù)存入SQL Server數(shù)據(jù)庫，并在SQL服務(wù)器上運行專家系統(tǒng)，對污水處理的各種性能參數(shù)進行分析并提出合理建議。

5.4 現(xiàn)場控制層

由于PLC控制的設(shè)備很多，操作控制層和現(xiàn)場控制層需通信的設(shè)備狀態(tài)和控制命令交換頻繁，我們采用結(jié)構(gòu)化的軟件編程方法設(shè)計了操作控制層和現(xiàn)場控制層通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而提高了控制系統(tǒng)軟件的可擴展性和可維護性。

6、結(jié)束語

綜上所述，污水提升泵站電氣系統(tǒng)在整個污水泵站的運行中起到非常大的作用，利用了當前先進的硬件、先進的控制系統(tǒng)軟件、先進的網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)，形成了一套先進、可靠、可利用性高、實時性好、操作簡單、控制品質(zhì)高、經(jīng)濟實用的控制系統(tǒng)。降低工人勞動強度，改善勞動環(huán)境，體現(xiàn)了良好的社會效益。

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