摘要
隨著城市化的快速發展，環境問題突出。廢水是破壞環境的重要因素，解決污水處理具有很高的社會價值及環境保護作用。目前，我國的自動污水處理控制系統相對落后，污水廠在設計上電氣設備參數設置上趨于保守，導致了污水廠無效能耗大，運行成本高，給地方政府造成了較大的財政壓力。本文將討論如何建立一個有效優化的污水廠自動控制系統，及污水廠負荷計算的優化的相關問題。
本文主要研究了以下內容：
(1)本文在城鎮污水處理廠處理工藝構成的基礎上，簡要介紹了污水處理的方法及流程，并對整個污水處理過程中所使用的設備功能展開分析，依照實際的污水處理工藝，詳細分析了污水處理控制系統的功能設計及關鍵技術分析。以此為基礎對整個污水處理廠控制系統的總體架構進行設計。
(2)在城鎮污水處理工藝流程及電氣自動化控制系統性能要求的基礎上，采用優化節能技術對城鎮污水處理廠自動控制系統中的用電負荷設備、配電系統、照明設備及無功功率補償設備等展開設計。并計算城鎮污水處理廠變壓器、以及各處理設備的電氣負荷參數，進行優化。
(3)依照實際的城鎮污水處理廠工藝需求，謹遵經濟性、可靠性的原則對電氣自動控制系統的硬件進行設計，主要包括各儀器設備的選型、PLC系統的選擇以及其他相關工藝設備的選擇等，根據實際參數變動情況，最終實現對各設備的自動控制。
(4)在遠程控制系統的基礎上對遠程操作、報警、打印等功能進行設計，并通過組態軟件實現控制系統在生化處理階段、污泥處理階段等各階段的自動控制。利用與各個PLC基站之間建立的通信連接，實現在監控系統上對各個污水處理階段的操作控制、數據采集控制及遠程監控。本文主要涉及PLC技術、自動控制技術、監控技術和電氣技術，工作量主要在于對電氣自控系統總體結構的設計、電氣設計及符合計算、PLC控制監控程序設計等。
關鍵詞：城鎮污水處理；負荷計算；電氣自動系統；優化設計
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
城鎮污水處理廠電氣負荷計算及自控系統設計
目??錄
致謝 59
[if !supportLists]1.1?[endif]選題背景
[if !supportLists]1.1.1?[endif]我國地表水資源現狀
當前隨著科學技術的不斷發展，人們的生活水平得到了顯著的提高，對于水資源的需求也相繼增加，然而因為水資源的數量有限，水資源的污染浪費問題愈加嚴重。依照相關部門的統計整理，在2018年我國水資源總量為28761.2億立方米，其中地表水資源總量高達27746.3億立方米，而全國檢測的614座大型水庫的蓄水總量為3459億立方米。中國目前有16個省(區、市)人均水資源量(不包括過境水)低于嚴重缺水線，有6個省、區(寧夏、河北、山東、河南、山西、江蘇)人均水資源量低于500立方米，為極度缺水地區。與此同時，隨著我國城鎮化進程的不斷深入，對于清潔水資源的需求逐年增加。加之我國水資源的污染問題較為嚴重，水資源的供需不均衡導致我國當前的水資源短缺問題愈加嚴峻。
依照中國環境類狀況公報統計的數據來看，在2018年我國地表水資源的1940個評價、考核和排名評斷中，Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類的水質斷面分別為2.46%、37.44%、28%、16.9%、7.1%以及8.4%。由此可見，目前我國地表水資源的總量雖然多，但是人均的水資源配比量較少，并且存在嚴重污染問題，同時，隨著污染物排放量的逐年增長，我國地表水資源的現狀不容樂觀。
[if !supportLists]1.1.2?[endif]我國城鎮污水處理現狀
據我國相關部門統計的全國環境統計公報中的數據顯示，截止至2017年，我國全國廢水排放總量已經高達756.3億噸。其中城鎮生活污水排放量達到536.7億噸。在城鎮污水中COD的排放量達到了2223.5萬噸。氨氮含量指標污染物排放量達到了230萬噸。氨氮和化學需氧量不僅是判斷水質達標與否的關鍵，還是污水處理廠在實際處理過程中的重要參照依據，由此可見我國城鎮水資源的污染情況較為嚴重。在水資源短缺和污染問題的日益嚴重下，城鎮污水處理廠應加強其電氣自控的設計，從而提高城鎮污水處理廠的運作效率和質量，從而在真正意義上發揮出城鎮污水處理廠改善生態環境、解決水資源短缺問題的意義。當前我國各地都在強化對城鎮污水處理廠的建設工作，根據我國住建部的相關統計，2013年至2018年的城鎮污水處理情況如下表1-1所示。
表1-1 2013年至2018年城鎮污水處理廠處理狀況
年份城鎮污水處理廠數量（座）城鎮污水處理廠處理能力（萬立方米）城鎮污水處理率（%）再生水生產能力（萬立方米/日）再生水利用量（億立方米）
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
結合我國當前的可持續發展戰略和城鎮污水處理廠的污水處理現狀來看，我國污水處理廠應在設計方面上做出一些改變。當前我國城鎮污水處理廠的基礎設計及管網建設已經趨于完善，同時，因污水處理過程需要用到大量的電力能源，隨著污水儲量廠規模和數量的增加，必然會在污水處理廠的運營過程中出現嚴重的能源消耗問題。這一問題也在很大程度上影響了城鎮污水處理廠建設的進度。
[if !supportLists]1.2?[endif]研究目的及意義
隨著社會的快速發展，人們對環境影響問題提高而重視力度，特別針對水資源而言，在城市化快速發展的今天，水資源的污染愈加嚴重，對人們的生活和生產都帶來了巨大的影響。降低水資源污染逐漸成為人類發展所需面的重大挑戰。當前我國社會和經濟的發展方向之一必然是城市化建設，但因人口的不斷增長和經濟的飛速發展，導致水資源污染問題已經給成為重要隱患。對于城市污水處理廠的建設及運營而言，污水處理廠必須嚴格依照國際制定的A級污水排放標準，是一項艱巨的任務。為此，對于我國而言污水處理系統尤為重要。較比發達國家來講，我國污水處理建設及發展仍有很大空間，降低城鎮污水排放置管重要。根據有關統計，我國城市污水處理率僅未44%，處理率較低，為此高效且低損耗的污水處理技術已經成為當前污水處理技術發展的必然趨勢，是污水處理工程開發及建設的關鍵。自“十一五”以來，我國污水處理項目得到了廣泛人士的高度重視，其已經成為我國重點規劃發展的項目之一。由此不斷研發水平更高的污水處理技術，改善人們的居住環境，保證社會和諧，對我國可持續發展至關重要。而在污水處理過程中，PLC控制系統更是憑借自身成熟的技術水平，及其較高的通用性和可靠性，得到了廣泛的應用，發揮著至關重要的作用。
本文的研究目的主要有以下兩個方面：
（1）希望通過本文的研究，能夠在城鎮污水處理廠中實現高度自動化、高安全性能以及高處理效率的污水處理自控系統。并在自控系統中，成功應用PLC技術來提高系統整體的自動化程度，降低城鎮污水處理廠的投資，確保污水廠運行的安全的可靠。同時希望在本文的研究中提出的污水廠負荷計算的創新方法，能夠幫助污水廠在處理過程中，盡可能的降低能源損耗，并確保污水廠始終處于最佳的運行狀態。
（2）希望通過本文的研究，能夠幫助城鎮污水處理廠建立更符合當前實際需求的自動控制系統，并吸納更多相關領域的技術人才，使城鎮污水處理廠得到進一步的發展。
