随着我国国民经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，生产污水和生活污水对环境所造成的压力也日益增大。对水资源进行合理利用、重复利用才能解决水资源的日渐短缺，实现国民经济可持续发展。本文分析探讨了电气工程及其自动化在生活污水厂的设计应用，介绍了生活污水厂检测仪表、低压配电系统、PLC控制系统和上位机监控系统设计。
该生活污水厂CASS工艺流程: 原水→格栅→厌氧池→曝气池→过滤水池→过滤器→清水池，曝气池通过回流泵将多余泥浆回送至厌氧池，厌氧池通过排泥泵将多余泥浆送至污泥浓缩池。
一、概述
大屯煤电集团水处理公司中心区水处理厂改造部分旧系统，以实现CASS水处理工艺。根据CASS水处理工艺和工业控制系统分散控制、集中管理的要求，在各系统的设计中充分考虑了系统连续运行的可靠性与维护方便且不影响生产的基础上，提高系统的自动功能，通过数据联网实现工业控制系统分散控制、集中管理的目的。
二、电气系统设计
电气系统的PLC与低压配电设计在一个控制柜内，就近放置于设备附近；PLC系统设计为8个PLC站，分为1个主控PLC站及7个分控PLC站。主控PLC站完成厌氧池设备控制、分控PLC系统数据协调及人机界面管理； 1个分控PLC站完成原水提升及格栅设备控制；4个分控PLC站分别控制每个CASS池，完成CASS池工艺控制技术要求；1个分控PLC站完成蓄水池和滤池工艺控制技术要求；1个分控PLC站完成加药工艺控制技术要求。该设计的优点是：① PLC间联络只需1根电缆或光缆；② 控制CASS池的PLC系统可就近安放以节省电缆，且任意CASS池设备或控制CASS池的PLC系统故障，仅需停止该池运行以维护设备，不需全系统停机，提高系统可靠性。③ 控制系统均设有手动、自动二套操作，当手动操作时，操作人员在设备近处操作，便于观察设备运行状态。
㈠ 主控PLC及上位机系统
1、上位机系统
上位机系统设计为1台PC机，分页显示工艺、远程操作界面、报警信息、历史数据等界面，便于调度人员观察所有设备运行工况、远程操作设备及记录工艺数据。
2、主控PLC系统
主控PLC系统完成厌氧池设备控制、分控PLC系统数据协调、其它PLC系统数据协调及与上位机系统网络传输数据。当分控PLC处于手动操作时，其所控设备的运行状态也传回主控PLC，方便操作人员远程观察设备运行状态。
⑴主控PLC系统厌氧池控制：厌氧池设备有转鼓式格栅2台、双曲面搅拌器4台、电动排泥阀4台、排泥泵1台、污泥浓度计4个、超声波液位计2个。除双曲面搅拌器PLC系统仅记录运行状态外，其余设备均由PLC控制启停。
厌氧池工艺控制为：①当厌氧池液位低于低液位时主控PLC向控制原水池设备的PLC系统发出要水信号，控制原水池设备的PLC系统将电动阀开至厌氧池方向，并打开提升泵向厌氧池供水，直至厌氧池液位高于高液位。②污泥浓度计设定的上下限控制排泥泵及相应的电动排泥阀启停，保证污泥浓度在设定范围内。③转鼓式格栅、双曲面搅拌器及排泥泵电机均需测量运行电流并送上位机显示。
⑵主控PLC系统CASS池控制：主控PLC系统设定CASS池运行数量及时间间隔，按顺序控制CASS池运行，实现CASS池工艺错开运行，以便连续出水。
CASS池运行数量由操作人员设定，解决某个CASS池设备故障时，其余CASS池仍可正常生产，避免生产线全线停产。CASS池运行时间间隔由操作人员设定，实现在产水量小于最大设计量时，即可生产又可节能且保存污泥菌群活性的目的。
㈡ CASS池分控PLC系统
CASS池为此次提标改造项目核心工艺，为确保CASS池控制可靠性，本方案采用每个池独立一个PLC控制，联网方式与主控PLC联接。CASS池分控PLC系统设有手动、自动二种控制模式，提高控制系统可靠性。
CASS池设备有滗水器16台、滗水器气阀4台、射流曝气机4台、推流电动阀4台、曝气电动阀4台、反冲洗电动阀4台、排气电动阀4台、进水电动阀4台、回流电动阀4台、回流泵2台、在线溶解氧4台、污泥界面计4台、污泥浓度计4台、超声波液位计4台、ORP 4台。
CASS池工艺控制为：①当主控PLC系统给出该CASS池允许工作且该CASS池也完成上一次工艺循环的条件下，开启进水阀，当液位至池满设定液位时关闭进水阀。②CASS池推流与曝气，操作人员在工艺选择画面选择推流与曝气工艺顺序及工艺时间，CASS池分控PLC系统按操作人员设定推流与曝气工艺顺序及工艺时间完成生产。③推流与曝气工艺完成后检测溶解氧及ORP是否满足操作人员设定要求，不满足设定要求继续曝气直至达到工艺设定要求，满足设定要求时系统开始沉淀；当污泥界面计参数满足操作人员设定要求时，沉淀工艺完成。④沉淀工艺完成后打开滗水器气阀，开始排水，当液位至排水设定液位关闭滗水器气阀，结束排水工艺。⑤曝气过程中，污泥浓度计参数高于操作人员设定要求时，打开回流电动阀和回流泵排泥。⑥射流曝气机和回流泵电机均需测量运行电流并送上位机显示。
㈢ 蓄水池和滤池分控PLC系统
蓄水池和滤池设备有提升泵2台、进水电动阀2台、排水电动阀2台、反冲洗电动阀2台、压缩空气电动阀2台、超声波液位计3台。根据蓄水池液位自动将蓄水池中水送至清水池。滤池反冲洗启动运行为滤池液位达到设定值自动运行和操作人员人工启动二种方式，反冲洗时间由操作人员设定。
㈣ 加药设备分控PLC系统
加药设备有溶解搅拌器1台、稀释搅拌器1台、配料机1台、溶解水电动阀1台、稀释水电动阀1台、溶解箱液位计1台、稀释箱液位计1台。根据液位自动控制稀释箱和溶解箱进水，稀释箱进水时，同时启动稀释搅拌器；溶解箱进水时，同时启动溶解搅拌器和配料机。
㈤ 原水提升分控PLC系统
由于原水池距离厌氧池较远，该处单独设立PLC站完成原水提升及格栅设备控制。
三、结束语
CASS工艺为活性污泥法处理污水，该厂CASS池为露天池，因而处理时间受天气影响较大。该工艺脱氮除磷的效果良好，处理效果稳定，出水水质好。该厂出水大部分送至电厂经进一步处理后用作循环水，小部分经消毒后直接外排。目前电气系统已全部交付使用，设备运行稳定。
参考文献
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[2] SIMATIC HMI WinCC V7.0 SP1 MDM - WinCC: Working with WinCC System Manual[M].西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团,2008.
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