安科瑞 于洋

摘要：电气自动化控制系统的应用，转变了地下污水厂传统处理模式，实现了设备及流程的自动化控制。文章立足地下污水处理厂电气自动化控制体系，分析了地下污水处理厂电气与自控设计中存在的问题，并在此基础上，从优化总线布局、完善控制体系、提高维护效率等方面，具体论述了地下污水处理厂电气与自控设计策略。

关键词：地下污水处理厂；电气自动化；控制系统；电力运维；智能配电运维云平台

0. 引言

实现电气自动化控制是提高地下污水厂处理效率实现自动化控制的重要保障。当前，地下污水厂自动化控制体系构建不断成熟，且在实际运行中取得了良好效果。但传统网络布局及系统设计的不足，影响了自动化控制的实效性，优化自控设计、提高运行效率势在必行。随着计算机技术的不断发展，自动化控制技术的不断改进与优化，对地下污水处理厂电气与自控设计提供了技术保障，也进一步完善了电气自动化控制体系。本文从地下污水处理厂电气自动化控制系统出发，就如何实现地下污水处理厂电气与自控设计进行研究。

1.地下污水处理厂电气自动化控制系统

随着电气自动化技术的不断发展，城市生物污水处理厂在设计中，更加强调电气与自控设计的实现，以更好地满足实际需求。电气自动化控制系统，是通过计算机硬软件资源和PLC控制的“人机”一体化系统。因此，在整个控制系统的构建中，计算机系统设计尤为重要，直接关系到电气与控制系统的运行效率。通过计算机控制系统，实现对各环节的有效监控，转变传统以人工为主的控制模式，提高了污水

2. 地下污水处理厂电气与自控设计中存在的问题

当前，地下污水处理厂注重电气与自控设计，并取得了诸多设计成效。但从实际来看，在设计中存在诸多问题，特别是控制系统网络速度慢、监控体系不完善、系统维护成本高等问题，严重影响地下污水处理厂电气与自控的设计效果。具体而言，地下污水处理厂电气与自控设计主要有以下几点问题。

2.1 网络速度慢，影响控制效率

地下污水处理厂在电气与自控系统设计中，常采用PROFIBUS现场总线，且主网构建运用光纤环网。这种现场总线模式，在很大程度上难以实现较好效率的网络控制。特别是在主网的基础上，通过N个站点设计，各子网的网络控制存在滞后性，难以形成较好效率的电气自控。

（1） PROFIBUS现场总线模式，导致网络结构体系更加复杂，不仅增加了系统维护的难度，也会导致整个系统运行速度下降，难以实现较好效率电气控制。

（2）网络系统的数据通信量具有定量性，这就会导致PROFIBUS现场总线网络处于超负荷状态，影响计算机控制系统的运行效率。从实际来看，电气与自动化控制系统有以下问题：①计算机控制系统在数据更新中，数据反馈更新慢，影响整个系统的运行效率；②网络运行负担重，难以满足实际需求；③PLC主站出现掉线等问题，重新上电之后，总线网络崩溃，影响各子网的控制运行。

2.2 监控体系不完善，自控效果不理想

在电气与自控体系中，计算机控制系统不完善，导致控制效果不理想。地下污水处理厂设备自动化控制要求建立在完善的控制体系之下，而计算机控制系统功能不完善，且监控机制不完善，导致设备运行控制难以实现全自动化。因此，地下污水处理厂电气与自动化设计，往往存在控制体系不完善等问题，进而影响整个自动化控制系统的自控效果。对于污水处理厂而言，要提高控制系统的完善性，并基于较好效率控制机制，提高电气自动化控制系统对全厂设备的自动化控制。系统运行维护困难，维护成本高

2.3 系统运行维护困难，维护成本高

从实际来看，地下污水处理厂电气与自控系统设计存在系统运行成本高、维护困难等问题，影响自动化控制的有效运行。①电气自动化控制系统不完善，且固化在程序中的系统设计，影响了后期系统维护管理；②自动化控制系统维护成本高，增加了污水厂的运营成本。虽然电气自动化控制系统的构建，改善并提高了运行效率，但较高成本的投入，也降低了污水厂在电气自动化建设领域的主动性。因此，构建较好效率运行系统的同时，需要科学降低系统运行维护成本，并不断优化系统运行结构，以更好地满足污水处理厂需求。

3. 地下污水处理厂电气与自控设计策略

随着计算机信息技术的不断发展，地下污水处理厂在电气与自控设计中，更加强调技术的改善，以更好地提高控制效率，满足全厂设备自动化控制需求。电气与自控设计，在于如何优化控制环境，通过总线布局结构的改善，有效提高自控效率，并在完善的控制体系中，降低维护成本，更好地满足污水处理厂的实际需求。具体而言，地下污水处理厂电气与自控设计可从以下几点展开。

3.1 优化总线布局，提高自控效率

传统总线布局模式比较落后，影响电气自动化控制系统的运行效率。为此：①优化总线布局模式，通过较好效率网络系统结构，更好地满足实际需求。由于总站与各子网之间存在数据信息流通，这就要求高配间PLC主站，要强化CPU设计，应满足实际需求。如使用SIEMENS的CPU315-2PN/DP，通过工业以太网，实现对各控制网络的数据通信，有效提高控制效率，解决网络运行缓慢等问题。②改善电气自动化控制系统的运行环境，在脱水房PLC主站中，应阵地需求，适当增加CPU设计，这样可以有效保障PLC控制系统的运行效率，也能够实现中控室较好效率的计算机控制运行。③在污水处理厂回流池的自控设计中，应实现对控制主站信息通信的构建，通过CPU的优化设计，实现独立状态下数据信息的收集及传导，以更好地满足自控设计需求。因此，对于污水处理厂而言，应针对各节点、各流程的自控需求，优化自控程序设计，以更好地提高自控效率。

3.2 完善控制体系，实现全厂监控

污水处理厂在自控系统的设计中，应实现中控室系统结构的完备性，从而实现全厂监控覆盖。①在电气与自控设计中，要着力完善控制体系，通过高功率系统的创设，更好满足实际需求。如在监控计算机的选择中，可以选择SIEMENS的 WINCC组态软件，能够有效实现集中控制，保障自动化控制体系的控制功能。②全自动化控制对自控系统设计有更高要求，要求系统构建应着眼于全局，能够基于各流程要素的设计，实现对程序的升级改进，以更好地提高控制效率。③污水处理厂要优化计算机控制体系结构，特别是在自控体系建设中，要从实际需求出发，通过全厂监控设计，提高自控效率。

3.3 提高维护效率，降低维护成本

对于城市生活污水处理厂而言，高成本的自动化控制设计，不利于污水厂的建设发展。为此，在电气与自控设计中，要有效提高维护效率，并科学降低维护成本。① 优化自控系统结构，能够实现有效、简便维护，确保系统有效运行；②要转变程序设计模式，改善系统维护环境，有效降低维护成本；③提高思想认识，规范自控系统的运行操作，制定完善的控制管理制度，形成日常监管机制，对电气自动化控制实现有效监管，确保自控系统稳定运行。

4.安科瑞为地下污水处理厂智能配电提供解决方案

4.1 云平台简介

随着国家电网改革政策的逐步推进和落实，普通线下运维模式已无法满足市场需求，迫切需要配套智能化线上运维管理和服务平台，安科瑞智能配电运维云平台AcrelCloud-1000根据市场需求反馈，运用互联网和大数据技术，为电力运维公司提供配套线上运维服务，该平台作为连接运维单位和用电企业的纽带，监视用户配电系统的运行状态和电量数据，为客户提供更好的运维服务，平台提供系统总览、电力数据监测、电能质量分析、用电统计分析和日/月/年电能统计报表、异常预警、事故报警和事件记录、运行环境监测、运维巡检派单等功能，并支持多平台、多终端数据访问。

4.2 应用场所

（一）电力运行维护企业；

（二）连锁商业、门店；

（三）物业管理企业；

（四）集团企业；

（五）院校主管单位；

（六）智慧社区；

4.3 平台结构

4.4 平台主要功能

 

 

4.5 云平台配置

应用场合	型号	功    能
高压进线	AM5/AM5SE	三段式过流/零序过流、过负荷保护（告警/跳闸）、PT断线告警、三相一次重合闸、低频减载、后加速过流、逆功率保护
	AEM96	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级
	ACR230EFLH	三相（I、U、kW、kvar、kVA、kWh、Kvarh、Hz、cosΦ），四象限电能计量，THDu，THDi，2~31次各次谐波分量，CF（电压波峰系数），THFF（电话波形因子），KF（电流K系数），εu(电压不平衡度），εi(电流不平衡度）计算，电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量，平均值，RS485/Modbus，大屏幕点阵式LCD图形显示，全中文菜单
	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示
高压出线	AM5/AM5SE	三段式过流/零序过流、过负荷保护（告警/跳闸）、PT断线告警、三相一次重合闸、低频减载、后加速过流、逆功率保护
	AEM96	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级
	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示
	ACR220EFL	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），RS485/Modbus，四象限电能，LCD显示
低压进线	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示
	ACR230EFLH	三相（I、U、kW、kvar、kVA、kWh、Kvarh、Hz、cosΦ），四象限电能计量，THDu，THDi，2~31次各次谐波分量，CF（电压波峰系数），THFF（电话波形因子），KF（电流K系数），εu(电压不平衡度），εi(电流不平衡度）计算，电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量，平均值，RS485/Modbus，大屏幕点阵式LCD图形显示，全中文菜单
低压出线	AEM96	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级
	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示
	ACR220EFL	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），RS485/Modbus，四象限电能，LCD显示
	AEW100	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；RS485接口、470MHz无线通讯、红外通讯；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度1级,无功电能精度2级
变压器温度监测	ARTM-8	8路温度巡检，热电阻信号输入，RS485接口，2路继电器输出
线缆剩余电流/温度监测	ARCM300-J1/T4	1路剩余电流监测，4路温度监测，1路继电器输出，事件记录，LCD显示，1路RS485/Modbus通讯
无线测温	ASD-320	一次动态模拟图、语音提示、带电显示及闭锁、温湿度数字控制、液晶显示、分合闸、储能、远方/就地、柜内照明操作、人体感应，无线测温功能（标配3点），RS485/Modbus
	ARTM-Pn	可以单独安装在高压柜、低压抽屉柜内，每台装置可以接收3、6、9、12、18个传感器的数据，传感器型号可选配ATE100、ATE200、ATE300。装置带有一路485接口，可将采集到的温度数据上传到监控中心。
	ATC-200/400	一款带有一路485接口的温度收发器，可同时接收ATE100/200/300传感器发射的数据并将采集到的数据上传到监控中心。
	ARTM-100	可以嵌入式安装在高压柜、低压抽屉柜内，每台装置可以接收240个传感器的数据，可与ATE100、ATE200、ATE300三种传感器选配使用。装置带有一路485接口、可选配一路以太网口，可将采集到的温度数据上传到监控中心。
环境温湿度	WHD96-22	测量并显示控制2路温度、2路湿度。
水浸	RS-SJ-*-2 接触式水浸传感器	接触式水浸传感器，监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况，工作电源：DC 10-30V 工作温度：-20℃~+60℃ 工作湿度：0%RH~80%RH  响应时间：1s  继电器输出：常开触点
摄像机	CS-C5C-3B1WFR	支持720P高清图像，支持分辨率可达到130万像素（1280*960）内置麦克风与扬声器具有语音双向对讲功能，支持萤石云互联网服务，通过手机、PC等终端实现远程互动和视频观看
烟雾传感器	BRJ-307	光电式烟雾传感; 电源正极（DC 12V）：+12V 继电器输出：常开触点
门禁	MC-58（常开型）	常开型；感应距离：30-50mm 材质：锌合金，银灰色电度 干接点输出
配套附件	ARTU-K16	16路开关量输入
	KDYA-DG30-24K	输出 DC 24V ；24V电源
	KDYA-DG30-12K	输出 DC 12V；12V电源
网关	ANet-YW1E2/2G	1路10M/100M以太网口  2路RS485，1路2G（移动）上传通道，工作电源：24V直流 用于安科瑞电力运维系统，支持能耗管理系统
	ANet-YW1E2/4G	1路10M/100M以太网口  2路RS485，1路4g（全网通）上传通道，工作电源：24V直流 用于安科瑞电力运维系统，支持能耗管理系统
	ANet-YW1E1	1路10M/100M以太网口  1路RS485,1路4G(移动）上传通道，工作电源：24V直流  仅支持采集点数100个点，用于安科瑞电力运维系统，支持能耗管理系统
	ANet-YW2E4	2网4串   工作电源：24V直流 用于安科瑞电力运维系统，支持能耗管理系统
平台系统	智能配电运维云平台	平台提供用户概况、电力数据监测、电能质量分析、用电分析、日/月/年用能数据报表、异常事件报警和记录、运行环境监测、设备台账、售电服务、运维派单等功能，并支持多平台、多终端数据访问。

 

5.结束语

综上所述，地下污水处理厂在电气与自控设计中，应坚持自动化控制理念，不断优化运行系统，提高自控效率。在本文探讨中，地下污水处理厂电气自动化控制系统存在诸多问题，影响了自动化控制效率，要求系统构建的推进，应着力优化三个方面工作：①优化总线布局，提高自控效率；②完善控制体系，实现全厂监控；③提高维护效率，降低维护成本，从本质上实现科学化、有效的自控体系设计。在计算机不断发展的当前，污水处理厂电气与自控系统将得到不断优化与改进，以更好地满足污水厂的建设需求。

参考文献

[1]刘宇，彭力．基于PLC的城市污水处理控制系统设计[J]．可编程控制器与工厂自动化，2016（9）：15-17．

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册，2020.06.

[3]安科瑞电力监控与保护类产品选型手册,2020.01.

[4]侯苏育.城市生活污水处理厂电气与自控设计研究