S7—200 PLC控制壓濾系統(tǒng)在盾構(gòu)工程廢漿處理中的應(yīng)用

歐陽(yáng)素琴

摘 要：盾構(gòu)機(jī)在粘土地層掘進(jìn)時(shí)，泥漿中粘泥顆粒較多，粘度較高，旋流器分離性能會(huì)下降，此時(shí)需要排放掉部分高粘度泥漿，還有一種情況是在設(shè)備應(yīng)急處理后有部分泥漿被直接排放到沉淀池，這些泥漿在最后都必須經(jīng)壓濾處理后或者回用或者達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后排放。為滿(mǎn)足這種要求，將壓濾系統(tǒng)用于處理盾構(gòu)工程所排放的廢漿應(yīng)運(yùn)而生。此壓濾系統(tǒng)通過(guò)西門(mén)子S7-200PLC控制器，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)集中控制，盾構(gòu)廢漿經(jīng)壓濾處理后形成泥餅，運(yùn)輸非常方便，也大大減少了外排的數(shù)量。

關(guān)鍵詞：西門(mén)子S7-200PLC控制器；自動(dòng)集中控制；盾構(gòu)廢漿處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.076

盾構(gòu)機(jī)在粘土地層掘進(jìn)時(shí)，泥漿中粘泥顆粒較多，粘度較高，旋流器分離性能會(huì)下降。經(jīng)二級(jí)泥水分離設(shè)備處理后，泥漿中細(xì)微粘土顆粒逐漸富集，如不及時(shí)予以去除，將則引起泥漿比重和粘度上升，直接降低泥漿攜渣能力及環(huán)流系統(tǒng)泵送能力，進(jìn)而降低了盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)效率。壓濾設(shè)備的功用就是在泥水分離設(shè)備不能分離出足夠固相，不能將泥漿比重還原到掘進(jìn)初期的低值1.10～1.20g/cm3左右時(shí)，對(duì)這些盾構(gòu)廢漿進(jìn)行徹底的固液分離，通過(guò)絮凝、干化、脫水等處理，實(shí)現(xiàn)工程施工“零排放”。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 主要組成部分

壓濾系統(tǒng)主要由廂式壓濾機(jī)、壓濾泵、泥漿罐及攪拌、空壓機(jī)及氣罐、漿液管路、氣動(dòng)管路及各控制閥門(mén)等組成。廂式壓濾機(jī)負(fù)責(zé)固液分離，將泥漿脫水壓成泥餅；壓濾泵將泥漿罐儲(chǔ)存的漿液泵送至壓濾機(jī)空腔內(nèi)；攪拌器對(duì)泥漿罐儲(chǔ)存的漿液進(jìn)行攪拌，不沉淀；空壓機(jī)及氣罐產(chǎn)生壓力合適的濃縮氣體，為壓濾機(jī)提供隔膜壓榨的動(dòng)力，并為各閥門(mén)提供氣動(dòng)能源；漿液管路及控制閥門(mén)，在各個(gè)工藝階段，按既定程序相應(yīng)開(kāi)啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)工藝的全自動(dòng)控制。

1.2 壓濾系統(tǒng)工作流程

（1）壓濾前泥漿的改良。物料性質(zhì)對(duì)壓濾速度的影響是多方面的，而最主要是通過(guò)影響濾餅的孔隙狀態(tài)來(lái)影響過(guò)濾過(guò)程，或者說(shuō)物料的粒度及其組成直接影響濾餅空隙率及孔隙的大小，從而影響物料的過(guò)濾過(guò)程。此外，細(xì)物料越多，壓濾過(guò)程中越容易堵塞濾布，影響壓濾速度。因此加入絮凝劑改善物料粒度，就可以提高過(guò)濾的速度。為提高壓濾效率，特設(shè)有絮凝劑添加功能單元，絮凝劑的制備利用化學(xué)制漿設(shè)備來(lái)制備。

（2）壓濾設(shè)備工作過(guò)程。壓濾泵將待壓泥漿罐中的泥漿泵送至壓濾機(jī)濾板間的密閉腔室，泥漿中的固相顆粒被濾布攔截并逐漸富集形成濾餅，濾液透過(guò)濾布流出進(jìn)入濾液收集箱。濾液箱內(nèi)液位達(dá)到一定高度時(shí)，排水泵開(kāi)啟，將濾液排出，濾液箱內(nèi)液位降低到一定高度時(shí)，排水泵停止，剩余濾液將用于管道的沖洗。泵送泥漿過(guò)程中濾餅逐漸增厚，壓力逐漸升高，泵送泥漿流量逐漸減小。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值、過(guò)濾出水量很少時(shí)，說(shuō)明濾餅形成，此時(shí)進(jìn)行一次隔膜壓榨，盡可能多的擠壓出濾餅中的水分，壓濾機(jī)松開(kāi)濾板并卸料。當(dāng)卸料完成后，泥漿泵隨即對(duì)進(jìn)漿管路進(jìn)行沖洗，準(zhǔn)備下一流程。

壓緊濾板：主液壓缸動(dòng)作，連桿帶動(dòng)移動(dòng)板，相鄰兩濾板形成濾室。確保油缸上的電解接點(diǎn)壓力表上限指針調(diào)至保壓范圍，壓力達(dá)到電接點(diǎn)壓力表的上限時(shí)，電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

保壓：液壓電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，進(jìn)料口閥門(mén)打開(kāi)，壓濾泵啟動(dòng)，開(kāi)始進(jìn)料，這時(shí)壓濾機(jī)處于自動(dòng)保壓狀態(tài)，在壓力的作用下，濾漿經(jīng)過(guò)濾介質(zhì)（濾布）開(kāi)始過(guò)濾，當(dāng)油缸上的電解接點(diǎn)壓力達(dá)到下限時(shí)，壓濾機(jī)液壓電機(jī)會(huì)自動(dòng)補(bǔ)壓。

壓濾：壓濾泵將料漿通過(guò)料漿集流管注入濾室，繼續(xù)對(duì)濾室內(nèi)的料漿施壓，進(jìn)行壓濾形成固液分離。

隔膜壓榨：采用0.80-1.20MPa的高壓空氣將濾板隔膜鼓起，擠壓濾餅，進(jìn)一步脫水。

反吹：采用0.80-1.20MPa的壓縮空氣對(duì)壓濾機(jī)內(nèi)的空腔進(jìn)行吹風(fēng)，將未流出的水反吹至儲(chǔ)漿罐中，減少卸料時(shí)流出的明水。

泄氣：在濾板松開(kāi)之前，為了避免濾板炸爛，必須將濾板隔膜里的氣體排出，使管道內(nèi)的氣壓達(dá)到電解接點(diǎn)下限時(shí)，表示泄氣完成。

卸餅：主液壓缸通過(guò)連桿作用，將移動(dòng)板推至遠(yuǎn)端并打開(kāi)第一組濾室，然后利用液壓缸依次打開(kāi)剩下的濾室，卸下濾餅。

1.3 壓濾設(shè)備特點(diǎn)

（1）壓濾設(shè)備處理泥漿不僅有系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)整時(shí)的棄漿，還有收集的透篩底流。亦可對(duì)渣場(chǎng)污泥池及洗砂沉淀池的沉淀物進(jìn)行壓濾。本設(shè)備有以下特點(diǎn)：（2）全部壓濾流程均為PLC自動(dòng)控制，自動(dòng)進(jìn)行壓濾流程切換；（3）壓濾系統(tǒng)具備助濾等漿液改良功能；（4）壓濾后渣料含水率可低至23%，可以直接裝車(chē)外運(yùn)。壓濾后回收的清水直接回調(diào)漿池與二級(jí)旋流后的泥漿混合，使比重還原到進(jìn)泥所需之值。

2 壓濾系統(tǒng)的控制操作

系統(tǒng)控制采用西門(mén)子S7-200可編程控制器， 系統(tǒng)軟件采用step7_microwin sp6進(jìn)行程序編寫(xiě)，并選用臺(tái)達(dá)DOP-B10S615真彩觸摸屏，配上斷路器、接觸器、熱繼電器、開(kāi)關(guān)電源、按鈕、變頻器及位置檢測(cè)等電氣控件，配上西門(mén)子EM277通訊模塊后，與泥水分離設(shè)備的S7-300PLC控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作流程的遠(yuǎn)程控制及時(shí)實(shí)監(jiān)控。該壓濾系統(tǒng)有兩種控制方法：手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制即選擇“手動(dòng)”，在操作面板上通過(guò)按鈕，可完成單臺(tái)設(shè)備的手動(dòng)啟停。自動(dòng)控制即選擇“自動(dòng)”，在自動(dòng)模式下有二種流程方式：生產(chǎn)啟動(dòng)和半自動(dòng)拉板，根據(jù)工況具體階段，選擇相應(yīng)的方式，系統(tǒng)將自動(dòng)完成程序設(shè)定的相應(yīng)工藝流程。

a. “生產(chǎn)啟動(dòng)”：先選擇自動(dòng)方式，再選擇“生產(chǎn)啟動(dòng)”工藝，系統(tǒng)按照設(shè)定程序及所設(shè)定的時(shí)間參數(shù)，依次完成壓緊--進(jìn)漿--保壓--隔膜壓榨--反吹--泄氣--泄荷--松開(kāi)--拉板--取板--直至最后一塊板被拉完--再次壓緊--程序結(jié)束。“生產(chǎn)啟動(dòng)”自動(dòng)流程開(kāi)始前，壓濾機(jī)必須滿(mǎn)足條件：小車(chē)退到位，否則程序?qū)⒉粫?huì)啟動(dòng)。

b. “半自動(dòng)拉板”：先選擇自動(dòng)方式，再選擇“半自動(dòng)拉板”工藝，系統(tǒng)將從泄氣開(kāi)始，再依次進(jìn)行泄荷--松開(kāi)--拉板--取板，直至最后一塊板被拉完。此工藝流程適應(yīng)于腔內(nèi)濾餅已經(jīng)形成、只需直接卸料的情況，或者更換、清洗和維護(hù)濾板時(shí)使用。流程中，按下“程序?！被颉凹蓖！卑粹o時(shí)，系統(tǒng)中各設(shè)備便以相應(yīng)的方式停止下來(lái)。

3 結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)壓濾控制系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面和便捷的操作方式，實(shí)現(xiàn)了廢漿處理過(guò)程中的全自動(dòng)化操作，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)處理系統(tǒng)的高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。在盾構(gòu)工程中，應(yīng)用壓濾系統(tǒng)處理排放掉的高粘度泥漿，或因應(yīng)急被直接排放至沉淀池的泥漿，這些泥漿在最后都必須經(jīng)壓濾處理后或者回用或者達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后排放，真正實(shí)現(xiàn)了工程施工“零排放”，為城市環(huán)保建設(shè)做出卓越貢獻(xiàn)。