论文部分内容阅读
【摘 要】 矿井水处理的方法是化学法：就是利用阴阳离子交换剂去除水中的离子，以降低水的含盐量。简单流程是：矿井水进入矿井水处理站后，经沉沙池去除较大杂质，进入预沉调节池进行预沉及水质、水量的调节，经一级泵房提升进入迷宫反应沉淀池，并在提升过程中完成加药混合过程。在集控室内就能通过观察调节池深井水的浊度仪，根据浊度的大小来调节计量泵变频器频率的大小，使药剂量的配比更为精确，从而实现可视化集中操作。
【关键词】 就地操作；变频器；集中控制；自动化；监控计算机
改造前加药系统只是就地操作。工作人员要到加药车间手动调节计量泵的刻度，并观察药剂的反应情况，而且要频繁巡视水质的变化情况、根据水质的变化调节加药量，当时工作人员的劳动强度特别大，加药的工作量也很大，药剂的使用需求量也非常大，并且还没有达到理想配比效果。为了解决这一难题，使用西门子可编程逻辑控制器和戴尔原装多媒体计算机，再配以先进的WinCC6.0监控软件通过变频器控制计量泵电机的转速来实现集中操作。
1、矿井水处理厂改造前的状况：
矿井水属于含盐量、氯离子严重超标的高矿化度矿井水，平均每天井下涌水量达7000m3。水处理的方法是化学法：就是利用阴阳离子交换剂去除水中的离子，以降低水的含盐量。水处理厂采用的是泵前投加絮凝剂——聚合氯化铝（PAC），泵后投加助凝剂——聚丙稀酰胺（PAM）在迷宫池内发生絮凝、助凝反应，使水、泥抱团沉淀，经过斜管沉淀池沉淀后，通过排污阀排出沉淀物。改造前聚合氯化铝药罐每罐加200kg，聚丙稀酰胺药罐每罐加4kg。
2、自动控制系统的工艺流程：
谢桥矿净化水厂工艺流程分为常规水处理和深度水处理。常规水处理主要是将矿井水净化，降低水体中的悬浮物和cod指标，从而达到排放标准达标排放，为节约利用水资源，保护环境，常规水处理后的水一部分作为矿选煤厂洗煤、矸石山冲堆、工广区绿化等使用，一部分作为深度水处理的预处理水源经过快滤池系统作为深度水处理的预处理原水。深度水处理采用反渗透RO膜技术，生产纯水供给矿内浴池使用。
3、改造原理
选用了德国西门子公司的SIMATICS7-300可编程逻辑控制器和戴尔原装多媒体计算机，再配以先进的WinCC6.0监控软件。采用工业以太网网络结构，核心交换机采用西门子SCALANCEX204工业级网络交换机，系统最低层是设备控制层，主要完成设备的现场控制与监测；第二层是监控层，主要完成全厂水处理系统的在线监测，并向设备控制层下达控制指令。系统包括监控主界面和多个控制站子界面，主界面包括全厂所有设备及管线，为了反映各设备的运行情况并反映水处理工艺过程，分别制作了MDC1、MDC2、MDC4子界面。还有报表打印、交接班登录界面等辅助界面。
3.1中央控制室。中央控制室设有主控室设二套相互冗余的上位监控计算机（其中一套工程师站，一台操作员站），UPS、接线器等。中央控制室利用WinCC进行上位机系统组态生成上位机监控系统，对PLC采集到的数据进行数据处理。它承担了数据管理、全厂数据采集、报警、故障、趋势图、数据记录和报表等工作，并实时显示设备的运行状态、运行时间，故障报警处理，报表输出等，实现全厂所有设备的监控。其主要完成功能如下：
（1）控制操作：在中央控制室能对全系统被控设备进行在线控制，如启停某一设备，手动或自动执行顺序控制，PLC控制方式的切换及对现场PLC参数设定值修改。
（2）显示功能：利用图形实时地显示各PLC站被控设备的运行工况；动态显示各种模拟信号、开关信号、各类累计量信号等数值，通过按钮、开关、信号灯、颜色、百分比、填充等手段生动地表达出来。
（3）数据管理：能建立运行时间、报警、故障、趋势图、系统参数等信息库。
（4）数据处理：对PLC上传的数字量与模拟量进行处理并按要求在上位机系统进行显示。
（5）报警功能：对净化水厂所有控制设备的状态量进行监测，超过允许范围，即在报警表中列出，并显示所处位置和报警级别。
（6）故障功能：对净化水厂所有控制设备单元进行监测，如果出现故障即在故障表中列出，并显示设备名及所处位置。
（7）报表功能：生成运行时间报表、进水/出水流量报表、在线COD报表等。
3.2 PLC控制站
通过以太网将中央控制室和3个分控室连接成一个网络。全场工设3个PLC控制站，各站间PLC柜均通过核心交换机与控制室上位机相连。主控室设二套相互冗余的上位监控计算机（其中一套工程师站，一台操作员站），为整个水处理厂的正常运行提供全面的检测，保护、信息和调控系统。PLC上电自检无误后，根据上位机监控系统的信号来控制全厂设备的启停、正反转等动作。在计量泵的电控柜内安装4台变频器，把变频器的信号线引入集控操作系统，通过变频器变频来控制计量泵电机的转速，由数字信号转变成电信号来控制变频器的频率。通过以profibus总线等形式与部分电气及控制显示仪表相连，采集整个水处理厂各水池的液位、浊度、总排水量及部分电器系统的运行状态。简单运算处理后上传给上位机监控系统。当电路发生断路、短路或过载等情况时，PLC采集的数据就会超过设定的阀值，PLC将控制设备停止，同时给上位机监控系统发送报警信号。岗位工在集控室内就能通过观察调节池深井水的浊度仪，根据浊度的大小来调节计量泵变频器频率的大小，使药剂量的配比更为精确，从而实现集中操作。
4、改造后聚合氯化铝药罐每罐加75kg，聚丙稀酰胺药罐每罐加2.5kg，节约了一半多，无需人员加药。净化水厂自动控制系统的信号类型多，设备量及数据采集量大，控制地点多且分散，系统可靠性要求较高，通过采用集散型控制系统的方式，采用德国西门子公司的SIMATICS7-300可编程逻辑控制器，满足了全厂的自动化控制系统要求，并具有信号传输安全高速，节约硬件和安装费用的优點。而且操作简便，可靠性高，很多岗位可以实现无人操作，为水厂的无人值守（或少人值守）打下了基础。
参考文献：
[1]胡寿松.自动控制原理[J].科学出版社.2005
[2]廖常初.S7-200PLC编程及应用[J].机械工业出版社.2007
[3]王树玉，李炳阳.煤矿电工安全知识读本[J].煤矿工业出版社.2005
作者简介：郑雪莲（1980-）.女.助理工程师.1999年毕业于安徽省煤炭工业学校.现从事煤矿机电管理工作。
【关键词】 就地操作；变频器；集中控制；自动化；监控计算机
改造前加药系统只是就地操作。工作人员要到加药车间手动调节计量泵的刻度，并观察药剂的反应情况，而且要频繁巡视水质的变化情况、根据水质的变化调节加药量，当时工作人员的劳动强度特别大，加药的工作量也很大，药剂的使用需求量也非常大，并且还没有达到理想配比效果。为了解决这一难题，使用西门子可编程逻辑控制器和戴尔原装多媒体计算机，再配以先进的WinCC6.0监控软件通过变频器控制计量泵电机的转速来实现集中操作。
1、矿井水处理厂改造前的状况：
矿井水属于含盐量、氯离子严重超标的高矿化度矿井水，平均每天井下涌水量达7000m3。水处理的方法是化学法：就是利用阴阳离子交换剂去除水中的离子，以降低水的含盐量。水处理厂采用的是泵前投加絮凝剂——聚合氯化铝（PAC），泵后投加助凝剂——聚丙稀酰胺（PAM）在迷宫池内发生絮凝、助凝反应，使水、泥抱团沉淀，经过斜管沉淀池沉淀后，通过排污阀排出沉淀物。改造前聚合氯化铝药罐每罐加200kg，聚丙稀酰胺药罐每罐加4kg。
2、自动控制系统的工艺流程：
谢桥矿净化水厂工艺流程分为常规水处理和深度水处理。常规水处理主要是将矿井水净化，降低水体中的悬浮物和cod指标，从而达到排放标准达标排放，为节约利用水资源，保护环境，常规水处理后的水一部分作为矿选煤厂洗煤、矸石山冲堆、工广区绿化等使用，一部分作为深度水处理的预处理水源经过快滤池系统作为深度水处理的预处理原水。深度水处理采用反渗透RO膜技术，生产纯水供给矿内浴池使用。
3、改造原理
选用了德国西门子公司的SIMATICS7-300可编程逻辑控制器和戴尔原装多媒体计算机，再配以先进的WinCC6.0监控软件。采用工业以太网网络结构，核心交换机采用西门子SCALANCEX204工业级网络交换机，系统最低层是设备控制层，主要完成设备的现场控制与监测；第二层是监控层，主要完成全厂水处理系统的在线监测，并向设备控制层下达控制指令。系统包括监控主界面和多个控制站子界面，主界面包括全厂所有设备及管线，为了反映各设备的运行情况并反映水处理工艺过程，分别制作了MDC1、MDC2、MDC4子界面。还有报表打印、交接班登录界面等辅助界面。
3.1中央控制室。中央控制室设有主控室设二套相互冗余的上位监控计算机（其中一套工程师站，一台操作员站），UPS、接线器等。中央控制室利用WinCC进行上位机系统组态生成上位机监控系统，对PLC采集到的数据进行数据处理。它承担了数据管理、全厂数据采集、报警、故障、趋势图、数据记录和报表等工作，并实时显示设备的运行状态、运行时间，故障报警处理，报表输出等，实现全厂所有设备的监控。其主要完成功能如下：
（1）控制操作：在中央控制室能对全系统被控设备进行在线控制，如启停某一设备，手动或自动执行顺序控制，PLC控制方式的切换及对现场PLC参数设定值修改。
（2）显示功能：利用图形实时地显示各PLC站被控设备的运行工况；动态显示各种模拟信号、开关信号、各类累计量信号等数值，通过按钮、开关、信号灯、颜色、百分比、填充等手段生动地表达出来。
（3）数据管理：能建立运行时间、报警、故障、趋势图、系统参数等信息库。
（4）数据处理：对PLC上传的数字量与模拟量进行处理并按要求在上位机系统进行显示。
（5）报警功能：对净化水厂所有控制设备的状态量进行监测，超过允许范围，即在报警表中列出，并显示所处位置和报警级别。
（6）故障功能：对净化水厂所有控制设备单元进行监测，如果出现故障即在故障表中列出，并显示设备名及所处位置。
（7）报表功能：生成运行时间报表、进水/出水流量报表、在线COD报表等。
3.2 PLC控制站
通过以太网将中央控制室和3个分控室连接成一个网络。全场工设3个PLC控制站，各站间PLC柜均通过核心交换机与控制室上位机相连。主控室设二套相互冗余的上位监控计算机（其中一套工程师站，一台操作员站），为整个水处理厂的正常运行提供全面的检测，保护、信息和调控系统。PLC上电自检无误后，根据上位机监控系统的信号来控制全厂设备的启停、正反转等动作。在计量泵的电控柜内安装4台变频器，把变频器的信号线引入集控操作系统，通过变频器变频来控制计量泵电机的转速，由数字信号转变成电信号来控制变频器的频率。通过以profibus总线等形式与部分电气及控制显示仪表相连，采集整个水处理厂各水池的液位、浊度、总排水量及部分电器系统的运行状态。简单运算处理后上传给上位机监控系统。当电路发生断路、短路或过载等情况时，PLC采集的数据就会超过设定的阀值，PLC将控制设备停止，同时给上位机监控系统发送报警信号。岗位工在集控室内就能通过观察调节池深井水的浊度仪，根据浊度的大小来调节计量泵变频器频率的大小，使药剂量的配比更为精确，从而实现集中操作。
4、改造后聚合氯化铝药罐每罐加75kg，聚丙稀酰胺药罐每罐加2.5kg，节约了一半多，无需人员加药。净化水厂自动控制系统的信号类型多，设备量及数据采集量大，控制地点多且分散，系统可靠性要求较高，通过采用集散型控制系统的方式，采用德国西门子公司的SIMATICS7-300可编程逻辑控制器，满足了全厂的自动化控制系统要求，并具有信号传输安全高速，节约硬件和安装费用的优點。而且操作简便，可靠性高，很多岗位可以实现无人操作，为水厂的无人值守（或少人值守）打下了基础。
参考文献：
[1]胡寿松.自动控制原理[J].科学出版社.2005
[2]廖常初.S7-200PLC编程及应用[J].机械工业出版社.2007
[3]王树玉，李炳阳.煤矿电工安全知识读本[J].煤矿工业出版社.2005
作者简介：郑雪莲（1980-）.女.助理工程师.1999年毕业于安徽省煤炭工业学校.现从事煤矿机电管理工作。