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PLC技术在煤矿矿井水零排放深度处理中的运用

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：王寅仲

[导读] 摘要：煤矿矿井开采中，排放的矿井水中含有大量的漂浮物以及盐类物质，为了降低对环境的污染，矿井水需要在经过处理之后才能够进行排放。在煤矿矿井水处理中，应用PLC技术，可以利用其可靠性较高、功能丰富、使用灵活的特点，提升煤矿矿井水处理效率。

        南京万德斯环保科技股份有限公司江苏南京 210000
        摘要：煤矿矿井开采中，排放的矿井水中含有大量的漂浮物以及盐类物质，为了降低对环境的污染，矿井水需要在经过处理之后才能够进行排放。在煤矿矿井水处理中，应用PLC技术，可以利用其可靠性较高、功能丰富、使用灵活的特点，提升煤矿矿井水处理效率。本文对PLC技术在煤矿矿井水零排放深度处理中的应用展开了分析与探讨，以期可以给行业工作人员提供有益参考。
        关键词：PLC技术；煤矿；矿井水；零排放；深度处理
        电气自动化系统在我国社会经济建设的背景下有较大的发展，其中PLC在工业电气自动化使用的过程中尤为重要，能够在较大程度上提高电气自动化运行过程中的抗干扰性以及可靠性。PLC 可有效对一些数据信息进行存储，并且还具有较高的编程效果，将PLC应用于矿井水零排放深度处理中具有重要价值。
        1 PLC工作原理
        PLC 是一种逻辑控制器，能够对不同程序指令实施有效的存储，并输入到机械设备生产中。PLC技术在应用过程中的主要原理有以下几个方面：（1）样品输入阶段。根据PLC实施有效的编程并进行样品输入，以此把数据在控制器中呈现，并且将数据在PLC 中针对性存储；（2）输入程序。在对样品输入的过程中，应当选择一定的扫描方式，比如自上而下、从左向右，根据用户程序不同进行触点结构的有效对应，并在此基础上对数据存储区域实施刷新，以此对指令操作的规范性；（3）输出阶段。系统通过对输入数据实施有效的具体分析，并对数据进行有效的锁定，以此对其他设备驱动程序实施有效完成。在煤矿矿井水零排放处理中，系统自身的电气自动化水平，决定了煤矿矿井水处理的质量与效率。而在煤矿矿井水电气自动化系统中应用PLC技术能够有效的保障自动化控制系统的稳定性，并实现了编程工作的多样性，使系统的应用效果大幅提升。
        2 在煤矿矿井水处理中应用PLC技术的优势
        （1）结构灵活。与传统技术相比PLC技术的最大优点便在于在结构上的灵活性，这种特点可以使PLC技术在应用的过程中，避免外界环境的影响使其受到影响。并且在组建网络的过程中，只需通过对电路的简单接入便可以实现，同时在接入端口数量的拓展上也十分灵活，能够有效的对工业电气自动化资源利用率进行提升。（2）良好的传输效果。在PLC技术的传输速度带宽最快能够达到14Mbp/s，并且在传输过程也更加稳定，能够将其作为基础来实现对多种平台通讯与互联。（3）低廉的造价成本。在应用PLC技术的过程中，其可以通过对低压配电网络设施的应用，降低进行网络布线所需的成本，并使其自身在应用的过程中，不需要投入过多的人力与物力资源，具备有成本低、拓展性强、工期短、管理便捷的特点，而且通常在使用费用上有着较高的性价比。（4）宽广的应用面。PLC技术具备有通过电力线来完成组网介入的能力，使得PLC技术在应用的过程中，在应用拓展能力上得到明显保障。并且其在现代化煤矿矿井水处理中的应用，不仅具备有便利性的特点，还可以使PLC技术的应用优势得到明显发挥，并在信号的接受与传输过程中实现信号数据的快速与完整流通。
        3 煤矿矿井水深度处理中PLC的应用策略
        3.1工艺系统组成
        矿井水深度处理及零排放系统工艺主要由预处理单元、膜浓缩处理单元和蒸发结晶单元组成，其中膜浓缩处理单元又包含超滤装置、反渗透（BWRO）装置、管式微滤装置、浓缩反渗透（SWRO）装置、电渗析装置、浓盐水输配装置、化学清洗装置、成品水输配装置、膜浓缩加药装置。预处理单元将矿井水中悬浮物和微小的固体颗粒物进行过滤，并去除一定的硬度，膜浓缩处理单元对过滤后的矿井水进行浓缩处理，蒸发结晶单元对浓缩产生的浓盐水进行蒸发结晶，分离出合格的硫酸钠和氯化钠结晶盐。
        3.2 PLC 自动控制系统
        由于矿井水深度处理及蒸发结晶系统设备多、工艺流程长，设备布置也较为分散，为了能够较好的实现控制效果，提高自动化程度，减少运行压力和安全风险，控制系统采用PLC做为控制核心，分别在预处理单元、膜浓缩处理单元和蒸发结晶单元设置独立的PLC、工程师站和操作员站。其中膜浓缩处理单元采用分布式IO控制网络方式，为每套装置设置分布式IO控制站，减少了控制电缆数量，加快了施工进度。为了保障整个控制系统的可靠性和稳定性，膜浓缩处理单元控制系统还采取了冗余环型控制网络，在其中一路通信链路发生故障时，控制系统仍然能够正常可靠的工作。矿井水深度处理及零排放系统服务器设在膜浓缩处理车间内，在膜浓缩车间控制室内可以实现对整个矿井水深度处理及零排放系统的监视与控制。除此之外服务器还留有与矿井综合自动化系统互联的通讯接口，以实现全矿井综合自动化系统对矿井水深度处理及零排放系统的远程监控。

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        3.3在预处理系统中的应用
        由于矿井水中含有大量悬浮物、微小的固体颗粒物和结垢因子，为防止造成膜系统污堵，在矿井水进入膜浓缩系统之前需要先对矿井水进行预处理，以去除矿井水中的杂质及结垢因子。预处理系统通过进水流量及总硬度控制加药量，精准去除水中的杂质及结垢因子的同时，不造成药剂的过量投加，进而节省了药剂的消耗，降低了运行成本。
        3.4 在膜浓缩处理系统中的应用
        矿井水在通过预处理系统去除杂质及结垢因子后需要进入膜浓缩处理系统进一步浓缩处理，膜浓缩系统采用超滤装置、反渗透（BWRO）装置、管式微滤装置、浓缩反渗透（SWRO）装置、电渗析装置逐级过滤和浓缩，浓缩后产生的浓水收集后通过浓盐水输配装置输送给蒸发结晶系统进行蒸发结晶分盐，产生的净水可达标排放或供厂区浇灌及路面喷洒使用。利用PLC技术，实现膜浓缩处理系统的仪表、阀门和设备状态的自动化数据采集、运算和控制信号的传输及控制。做为膜浓缩处理系统中央控制中心，通过液位传感器控制每套装置的启停，通过压力变送器连锁和保护膜装置避免出现损坏，通过流量计、电导率仪、pH计等仪表监控膜装置的处理能力及出水指标，并通过逻辑程序控制装置按照固定的步序和时间自动运行。
        3.5 在蒸发结晶系统中的应用
        随着国家对环境保护要求的不断提升，全国各地的矿井井水深度处理过程中都在采用先进的处理工艺来进一步处理矿井水，实现零排放和结晶盐的资源化利用。其中MVR蒸发结晶自动化程度高，维护简单，综合运行成本较多效蒸发低而成为常用的工艺。在自动控制模式下，通过PLC调节MVR蒸汽压缩机频率实现了蒸发温度和流量的双闭环控制，保证了系统运行的处理能力和稳定性，通过控制盐腿淘洗和离心洗盐的冲洗流量，保证出料的稳定和结晶盐的纯度。
        3.6 操作站控制
        操作站需要具备的功能有：（1）自动控制方式，在该控制方式下不需要操作人员控制，矿井水深度处理及蒸发结晶系统控制系统可以根据设置好的工艺需要，程序会按着要求来进行控制。（2）半自动控制方式，该种控制方式操作比较灵活，需要操作的内容比较多，可以根据要求设置暂停，人工干预及跳步功能，根据实际的生产情况进行强制启停。按着控制要求设置控制中断点，需要操作人员干扰下方可以进入到后续的控制程序。当操作人员点击暂停键时，矿井水深度处理及蒸发结晶系统中的电控阀门、机泵等都停止运行，当计时完成之后人工干预功能取消，自动控制程序开始运行。跳步键是在暂停键功能启动后，跳步功能方可以生效，跳步键控制功能是在该程序段时进行循环跳步。把暂停键功能取消后，控制系统从跳步程序段后面开始运行。
        4 PLC 控制程序设计
        矿井水深度处理及蒸发结晶系统超滤装置投入控制主要采用移位寄位器SR 来实现控制，该寄存器计数两个端口进行串联，并设置时钟控制端、复位端功能。超滤装置投运主要有三个步骤，需要由移位寄存器对每个步骤进行控制，每步所需要的时间由时钟控制端来实现，定时电路形成脉冲，计时器T600每间隔30分钟形成一个时钟脉冲。T601 每间隔3分钟形成脉冲，从而控制时间继电器线圈。此移位寄存器主要用于超滤装置投运流程的控制。如果运行标志位置1时，开启超滤装置进水阀门、超滤装置产水排放阀门和驱动超滤装置进水泵运行，30分钟后，第一部继电器置0，第二部继电器置1，打开超滤装置反洗进水阀门和反洗排放阀门，把超滤装置进水泵停止、超滤装置进水阀门和产水阀门关闭，然后启动超滤反洗水泵和反洗加药计量泵。再经过3分钟之后，第二部继电器置0，第三部定时器置1，把超滤反洗水泵和反洗加药计量泵停止运行，然后超滤反洗进水阀门和反洗阀门关闭。
        5 结语
        煤矿开采会产生大量的矿井水，矿井水直接排放会产生严重的水污染。在倡导绿色、可持续发展的背景下，煤矿矿井水零排放深度处理是保护自然环境的关键内容，我们要及时采取有效措施来处理污染，保证人民的生活环境。为了确保煤矿矿井水零排放深度处理过程控制和设备的长期安全可靠运行，有必要构建一系列集成了管理和控制功能的智能控制系统。
        参考文献：
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