城镇污水处理厂电气负荷计算及自控系统设计

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.3.1 [endif]国内研究现状

与国外的污水处理技术相比，我们的废水处理技术发展缓慢，在自动控制废水处理方面远远落后。在过去20年中，国内才开始采用污水处理控制系统。由于自动化程度低和处理效率低，污水处理厂对废水处理设备的利用率很低，因此，我们的技术在很大程度上没有得到开发，在实际应用中主要直接购买所有的国外废水处理设备开展污水处理工作。近年来，我国经济的迅速发展导致科学和技术的迅速发展，国家废水管理系统在很大程度上满足了废水处理的需要，但其中的关键设备仍需要从国外购买。工业废水处理厂设备的合理和有效运作主要取决于污水处理技术，我国的污水处理技术长期以来效仿发达国家的污水自动控制系统管理模式。在对发达国家的污水处理标准的理解下，加之我国在污水处理上的巨大投入，使得我国污水处理水平得到了提高，污水处理系统的技术概念有所提升，污水处理的质量有所提高。目前在我国使用污水自动化处理技术的存在着显著的缺点，这些缺点包括自动化程度低、能源消耗高、维修率高和效率低。与同一时期国外技术水平相比仍有一些差异，这也直接削弱了其在项目中的竞争力。随着城市化进程的不断加快，水污染程度也在上升，与大城市相比，我国的中小型城市数量众多，污水处理更为复杂多样，其主要特点是污水处理规模小、城市人口少，这种特点更适合应用灵活的废水处理技术；靠近农村地区，可以充分利用当地的地理环境，如海沟、洼地等，作为废水处理的场所；污水处理工作应考虑与农业生产相结合，经处理的废水可用于灌溉等方面，中小型城市的经济水平低，缺乏足够的财政资源投资于环境保护，并且水资源十分有限。因此与大城市相比，中小型城市的水污染管理中存在着脚的问题，中小型城市的水污染管理已成为我国的一个主要问题。就目前我国污水处理现状而言，由于环境质量差，污水处理技术落后，在此情况下应及时制定先进高效率，保证在低能耗、低成本下完成此项工作。

1.3.2 国外研究现状

国外污水处理厂的自动化控制系统出现的时间相对较早，工厂发展速度快工业化水平较高，这也使污水处理设施的自动化控制和系统的可视化监测成为可能。发达国家重新拟订了污水处理安排工作内容，因此在污水处理工作中需要投入额外的资金，应用先进的污水处理设备，以保证系统的具备远程监测、数据显示、警报处理和打印功能。在过去十年中，污水处理厂的自动控制系统在美国得到广泛应用，迄今为止，大多数污水处理厂都进行了远程控制和自动控制测试，基本可以不需要工作人员操作，系统自动运行。仪器仪表工具是污水处理控制系统的一个重要组成部分，负责向PLC控制单元传送所获得的数据参数，其中主要包括沙池液位情况、pH值、含氧量、水量等，并根据控制室操作终端配置软件所报告的数据，对工艺处理设备的操作参数和状态参数进行及时调整。这将使控制系统能够继续以最合理的方式运作，并确保污水处理的质量。如果废水处理设备发出警报，监测系统将向指定的操作员发出关于快速故障信息的警报。外国先进的技术可以完成污水处理厂控制系统网络的远程操作，其中主要会应用DCS（中央控制系统）和FCS（现场总线控制系统），外国研究人员也进行脱水处理阶段采用了控制技术，结果比较显著。外国废水处理厂的自动控制系统具有以下特点：

[if !supportLists]（1）[endif]对被指控的设备进行在线监测，同时使用大量的水质分析仪器和传感器，并通过中央数据中心向PLC报告，这使操作员能够迅速和准确地了解各个地点的运作情况。

[if !supportLists]（2）[endif]采用计算机控制系统：按照集中、分散和共享资源的控制模式，通过中央控制室控制软件进行遥控和控制系统操作。

（3）有效地利用社会资源信息，如利用网络、国家各部门的资源和移动设备，加快污水处理厂的管理效率。自二十世纪末以来，污水处理技术也取得了重大进展，然而，随着工业化和城市化的迅速发展，目前的污水处理技术和现存水资源仍然不足以满足人民和经济发展的需要，废水处理技术需要得到改进。

[if !supportLists]1.3.3 [endif]城镇污水处理厂电气自控系统发展趋势

针对我国当前的国情而言，城镇污水处理厂的污水处理能力有待加强，应利用更为高效、低能且低成本的先进污水处理技术对其进行完善。对于我国经济条件差尤其是污水处理设施不完善的多个城镇而言，在很长一段时间内加强对污水处理厂建设的各类投入，提高污水处理的效率和质量，开发能够达到预期目标的污水处理新技术，都具有十分重要的现实意义。由此本文对我国城镇污水处理厂控制系统的发展趋势进行总结，主要分为以下两个方面：

[if !supportLists]（1）[endif]在今后的发展中，城镇污水处理厂应以低投资、低负荷、高自动化、稳定运营为建设发展的主要目标。随着我国城镇化建设进程的不断深入，我国城镇污水处理的需求也相继越来越高，在保证出水水质正常的同时，尽可能在低投入的条件下，对城镇污水厂处理厂的控制系统进行优化，确保实现有效的控制。

[if !supportLists]（2）[endif]城镇污水处理厂的控制系统应严格依照高自动化、高安全性能、高处理效率的原则进行设计，并结合新型的负荷计算方式，对污水处理厂的电气控制系统进行优化。在城镇污水处理厂现阶段的发展中，自动化控制系统已经得到了较为广泛的应用，尤其是PLC技术更是在自动化控制系统的设计建设中发挥了十分重要的作用，不仅在极大程度上提高了电气控制系统的效率，降低了城镇污水处理厂的投资成本，保证了电气控制系统的安全稳定运行。同时，通过PLC技术和新型电气负荷计算的有效结合，还能够实现对污水处理厂中各工艺设备运转情况进行实时的监测，并可以利用对监测数据的负荷计算来有效调节电气控制系统中各设备的运营参数，确保城镇污水处理厂的高效运行和污水处理的高质量。

由此可见，构建符合我国实际国情的污水处理厂控制系统对于提升我国城镇污水处理能力，降低城镇水资源污染，创设生态型社会有着至关重要的作用。

[if !supportLists]1.2 [endif]研究内容及技术路线

[if !supportLists]1.2.1 [endif]本文的研究内容及拟解决的问题

本文的主要研究内容包括：

(1)本文通过对污水处理工艺方法和流程的分解，详细分析了污水处理厂中设备的功能使用情况；

(2)本文根据上述对污水处理工艺的分析，利用自动化和控制系统等方面的先进技术，对城镇污水处理厂自控系统的整体结构进行设计，并在此基础上，利用负荷计算，对电气自控系统进行了优化设计。

(3)本文依照污水处理厂的实际要求，在遵循可靠性和经济性原则的条件下对控制系统的硬件进行设计，设计，并根据不同设备的参数以及运行需求，实现了设备运行的总控制。

本文研究需要解决的关键问题主要包括以下几个方面：

(1) 怎样对城镇污水处理厂的新建电气工程自控系统进行初步设计；

(2) 对城镇污水处理厂内设备进行选型及负荷计算；

(3)对城镇污水处理厂电气自控系统设计的步骤和详细内容进行归纳；

(4) 提出城镇污水处理厂电气自控系统及设备的优化方案；

(5) 完成污水厂硬件设计并与厂家沟通合作完成污水厂自控系统实施及投入运营。

1.4.2本文的技术路线