摘要
随着城市化的快速发展，环境问题突出。废水是破坏环境的重要因素，解决污水处理具有很高的社会价值及环境保护作用。目前，我国的自动污水处理控制系统相对落后，污水厂在设计上电气设备参数设置上趋于保守，导致了污水厂无效能耗大，运行成本高，给地方政府造成了较大的财政压力。本文将讨论如何建立一个有效优化的污水厂自动控制系统，及污水厂负荷计算的优化的相关问题。
本文主要研究了以下内容：
(1)本文在城镇污水处理厂处理工艺构成的基础上，简要介绍了污水处理的方法及流程，并对整个污水处理过程中所使用的设备功能展开分析，依照实际的污水处理工艺，详细分析了污水处理控制系统的功能设计及关键技术分析。以此为基础对整个污水处理厂控制系统的总体架构进行设计。
(2)在城镇污水处理工艺流程及电气自动化控制系统性能要求的基础上，采用优化节能技术对城镇污水处理厂自动控制系统中的用电负荷设备、配电系统、照明设备及无功功率补偿设备等展开设计。并计算城镇污水处理厂变压器、以及各处理设备的电气负荷参数，进行优化。
(3)依照实际的城镇污水处理厂工艺需求，谨遵经济性、可靠性的原则对电气自动控制系统的硬件进行设计，主要包括各仪器设备的选型、PLC系统的选择以及其他相关工艺设备的选择等，根据实际参数变动情况，最终实现对各设备的自动控制。
(4)在远程控制系统的基础上对远程操作、报警、打印等功能进行设计，并通过组态软件实现控制系统在生化处理阶段、污泥处理阶段等各阶段的自动控制。利用与各个PLC基站之间建立的通信连接，实现在监控系统上对各个污水处理阶段的操作控制、数据采集控制及远程监控。本文主要涉及PLC技术、自动控制技术、监控技术和电气技术，工作量主要在于对电气自控系统总体结构的设计、电气设计及符合计算、PLC控制监控程序设计等。
关键词：城镇污水处理；负荷计算；电气自动系统；优化设计
Abstract
With the rapid development of urbanization, environmental problems are prominent. Waste water is an important factor to destroy the environment. It has high social value and environmental protection function to solve the problem of waste water treatment. At present, China's automatic sewage treatment control system is relatively backward, and the design of electric equipment parameters of sewage plant tends to be conservative, which leads to the waste water plant's inefficient energy consumption and high operation cost, and causes a greater financial pressure on the local government. This paper will discuss how to establish an effective and optimized automatic control system of sewage plant and the related problems of load calculation optimization of sewage plant.
This paper mainly studies the following contents:
(1) Based on the composition of the treatment process of the urban sewage treatment plant, this article briefly introduces the method and process of sewage treatment, and analyzes the functions of the equipment used in the entire sewage treatment process. According to the actual sewage treatment process, it analyzes in detail The functional design and key technology analysis of the sewage treatment control system were presented. Based on this, the overall architecture of the entire sewage treatment plant control system is designed.
(2) On the basis of the urban sewage treatment process flow and the performance requirements of the electrical automation control system, the energy-saving load equipment, power distribution system, lighting equipment and reactive power compensation in the automatic control system of the urban sewage treatment plant are optimized using energy-saving technologies. Equipment and other design. And calculate the electrical load parameters of transformers and treatment equipment of urban sewage treatment plants for optimization.
(3) Design the hardware of the electrical automatic control system in accordance with the actual technological requirements of urban sewage treatment plants and in accordance with the principles of economics and reliability, including the selection of various instruments and equipment, the selection of PLC systems, and other related process equipment At the same time. According to the actual parameter changes, the automatic control of each device is finally realized.
(4) On the basis of the remote control system, the remote operation, alarm, printing and other functions are designed, and the automatic control of the control system in the biochemical treatment stage and sludge treatment stage is realized through the configuration software. Utilize the communication connection established with each PLC base station to realize the operation control, data acquisition control and remote monitoring of each sewage treatment stage on the monitoring system. This article mainly involves PLC technology, automatic control technology, monitoring technology and electrical technology. The workload mainly lies in the design of the overall structure of the electrical automatic control system, electrical design and compliance calculation, and PLC control monitoring program design.
Key Word：Urban Sewage Treatment：Load calculation；Electrical Automation System；optimal design
城镇污水处理厂电气负荷计算及自控系统设计
目 录
摘要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.1.1 我国地表水资源现状 1
1.1.2 我国城镇污水处理现状 1
1.2 研究目的及意义 2
1.3 国内外研究现状及发展趋势 3
1.3.1 国内研究现状 3
1.3.2 国外研究现状 4
1.3.3 城镇污水处理厂电气自控系统发展趋势 5
1.4 研究内容及技术路线 5
1.4.1 本文的研究内容及拟解决的问题 5
1.4.2 本文的技术路线 6
2 城镇污水处理厂处理工艺及设备分析 7
2.1城镇污水处理工艺 7
2.1.1城镇污水处理厂工艺流程 7
2.1.2 城镇污水处理厂工艺选择 8
2.2城镇污水处理厂处理设备分析 11
2.3城镇污水处理厂电气系统的负荷分析 12
2.3.1污水处理厂电气系统设计范围及电源分析 12
2.3.2污水处理厂电气系统负荷计算设计 13
2.4本章小结 26
3 城镇污水处理厂电气自控系统总体方案 27
3.1污水处理厂电气自控系统的设计原则 27
3.2城镇污水处理厂电气自控系统的硬件设计 27
3.2.1自动控制系统设备选择 27
3.2.2健康城污水厂PLC控制系统设计 30
3.3城镇污水处理厂电气自控系统的软件设计 46
3.3.1上位机组态软件 46
3.3.2IFIX组态软件 46
3.3.3系统监控界面设计 47
3.4系统运行结果 54
4 结论与展望 55
参考文献 57
致谢 59
1 绪论
[if !supportLists]1.1 [endif]选题背景
[if !supportLists]1.1.1 [endif]我国地表水资源现状
当前随着科学技术的不断发展，人们的生活水平得到了显著的提高，对于水资源的需求也相继增加，然而因为水资源的数量有限，水资源的污染浪费问题愈加严重。依照相关部门的统计整理，在2018年我国水资源总量为28761.2亿立方米，其中地表水资源总量高达27746.3亿立方米，而全国检测的614座大型水库的蓄水总量为3459亿立方米。中国目前有16个省(区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于500立方米，为极度缺水地区。与此同时，随着我国城镇化进程的不断深入，对于清洁水资源的需求逐年增加。加之我国水资源的污染问题较为严重，水资源的供需不均衡导致我国当前的水资源短缺问题愈加严峻。
依照中国环境类状况公报统计的数据来看，在2018年我国地表水资源的1940个评价、考核和排名评断中，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类、劣Ⅴ类的水质断面分别为2.46%、37.44%、28%、16.9%、7.1%以及8.4%。由此可见，目前我国地表水资源的总量虽然多，但是人均的水资源配比量较少，并且存在严重污染问题，同时，随着污染物排放量的逐年增长，我国地表水资源的现状不容乐观。
[if !supportLists]1.1.2 [endif]我国城镇污水处理现状
据我国相关部门统计的全国环境统计公报中的数据显示，截止至2017年，我国全国废水排放总量已经高达756.3亿吨。其中城镇生活污水排放量达到536.7亿吨。在城镇污水中COD的排放量达到了2223.5万吨。氨氮含量指标污染物排放量达到了230万吨。氨氮和化学需氧量不仅是判断水质达标与否的关键，还是污水处理厂在实际处理过程中的重要参照依据，由此可见我国城镇水资源的污染情况较为严重。在水资源短缺和污染问题的日益严重下，城镇污水处理厂应加强其电气自控的设计，从而提高城镇污水处理厂的运作效率和质量，从而在真正意义上发挥出城镇污水处理厂改善生态环境、解决水资源短缺问题的意义。当前我国各地都在强化对城镇污水处理厂的建设工作，根据我国住建部的相关统计，2013年至2018年的城镇污水处理情况如下表1-1所示。
表1-1 2013年至2018年城镇污水处理厂处理状况
年份城镇污水处理厂数量（座）城镇污水处理厂处理能力（万立方米）城镇污水处理率（%）再生水生产能力（万立方米/日）再生水利用量（亿立方米）
2013
2014
2015
2016
2017
2018
1598
1689
1763
1865
1964
2045
11305
11789
12569
13091
14026
15926
83.62
87.31
89.56
90.23
91.64
93.47
1392
1465
1784
2073
2324
2785
26.7
23.5
35.6
36.8
45.2
46.7
结合我国当前的可持续发展战略和城镇污水处理厂的污水处理现状来看，我国污水处理厂应在设计方面上做出一些改变。当前我国城镇污水处理厂的基础设计及管网建设已经趋于完善，同时，因污水处理过程需要用到大量的电力能源，随着污水储量厂规模和数量的增加，必然会在污水处理厂的运营过程中出现严重的能源消耗问题。这一问题也在很大程度上影响了城镇污水处理厂建设的进度。
[if !supportLists]1.2 [endif]研究目的及意义
随着社会的快速发展，人们对环境影响问题提高而重视力度，特别针对水资源而言，在城市化快速发展的今天，水资源的污染愈加严重，对人们的生活和生产都带来了巨大的影响。降低水资源污染逐渐成为人类发展所需面的重大挑战。当前我国社会和经济的发展方向之一必然是城市化建设，但因人口的不断增长和经济的飞速发展，导致水资源污染问题已经给成为重要隐患。对于城市污水处理厂的建设及运营而言，污水处理厂必须严格依照国际制定的A级污水排放标准，是一项艰巨的任务。为此，对于我国而言污水处理系统尤为重要。较比发达国家来讲，我国污水处理建设及发展仍有很大空间，降低城镇污水排放置管重要。根据有关统计，我国城市污水处理率仅未44%，处理率较低，为此高效且低损耗的污水处理技术已经成为当前污水处理技术发展的必然趋势，是污水处理工程开发及建设的关键。自“十一五”以来，我国污水处理项目得到了广泛人士的高度重视，其已经成为我国重点规划发展的项目之一。由此不断研发水平更高的污水处理技术，改善人们的居住环境，保证社会和谐，对我国可持续发展至关重要。而在污水处理过程中，PLC控制系统更是凭借自身成熟的技术水平，及其较高的通用性和可靠性，得到了广泛的应用，发挥着至关重要的作用。
本文的研究目的主要有以下两个方面：
（1）希望通过本文的研究，能够在城镇污水处理厂中实现高度自动化、高安全性能以及高处理效率的污水处理自控系统。并在自控系统中，成功应用PLC技术来提高系统整体的自动化程度，降低城镇污水处理厂的投资，确保污水厂运行的安全的可靠。同时希望在本文的研究中提出的污水厂负荷计算的创新方法，能够帮助污水厂在处理过程中，尽可能的降低能源损耗，并确保污水厂始终处于最佳的运行状态。
（2）希望通过本文的研究，能够帮助城镇污水处理厂建立更符合当前实际需求的自动控制系统，并吸纳更多相关领域的技术人才，使城镇污水处理厂得到进一步的发展。