煤礦礦井水處理站自動控制系統(tǒng)設(shè)計研究

摘 要：礦井水處理是解決煤礦用水資源缺乏狀況的一個重要手段，本文基于對自動化控制系統(tǒng)的研究，設(shè)計實現(xiàn)針對礦井水處理站的自動控制系統(tǒng)，將礦井水處理過程升級為無人化自動執(zhí)行。經(jīng)過多方面測試和驗證，本文提出的系統(tǒng)設(shè)計方案有很高的可實施性，并且針對技術(shù)的不斷發(fā)展，為后續(xù)的系統(tǒng)提升留有擴展接口。綜上，該系統(tǒng)是煤礦礦井水處理站自動化控制中一個可借鑒的典型應(yīng)用，可為后續(xù)類似工作起到一定的參考性。

關(guān)鍵詞：礦井水處理站；自動化控制；凈水處理；系統(tǒng)設(shè)計

引言

我們國家幅員遼闊，擁有十分豐富的煤炭資源，但是礦井位置多位于干旱少雨的區(qū)域，因此水源缺乏是一個十分嚴峻的問題。水源的遠程運輸，不僅耗費大量的人力物力，也很難滿足礦井的日常用水。因此，在礦井周圍建設(shè)礦井水處理站，是解決這一問題的有效途徑。早前，在自動化技術(shù)還處在萌芽階段的時候，凈水處理的各個步驟，需要專門的人員進行人工操作和手動記錄，隨著開礦的面積逐漸擴大，需要凈化處理的水源增多，首先帶來的一個問題是工作量日益增加；另一個非常嚴峻的問題是，礦井水相較于普通的地下水，其組成成分更加復(fù)雜，因此一般的凈水處理程序是無法滿足礦井水凈化后達到使用標準，它需要更加繁雜的凈化步驟和凈化藥水，人為操作這一過程，會帶來很多的誤差，造成水質(zhì)無法達標。隨著近幾年我國自動化技術(shù)的全速發(fā)展，礦井水凈化采用自動化控制的設(shè)計方案是大勢所趨。本文針對目前這一現(xiàn)狀，提出一套完善的礦井水凈化自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。

礦井水主要分類

礦井水相較于地下水，含有更加復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，因此與普通的凈水流程有很大的不同，為了實現(xiàn)對凈水流程更加精確的控制，首先要研究礦井水的主要成分，才能提出有效的凈水處理方案。根據(jù)對礦井的地理位置及各種環(huán)境差異的分析對比，發(fā)現(xiàn)礦井水主要有以下幾種類型，第一類是和普通地質(zhì)水相似的礦井水，只需將水中的顆粒物進行過濾等簡單的物理處理即可；第二類就是含有各種化學(xué)成分的礦井水，例如高鹽水，除了需要進行過濾沉淀等簡單的處理，還需要想辦法稀釋水中的鹽分，該過程可使用電滲析工藝；對含有其他化學(xué)物質(zhì)的水，則需要增添無害藥劑進行反應(yīng)或者其他的凈化手段，最終目的是使得處理后的礦井水達到可使用的標準。

礦井水凈化自動化控制

根據(jù)上文中對礦井水成分的分析，礦井水在進行凈化處理時，除了相應(yīng)的過濾沉淀等過程，還有相對較復(fù)雜的過程，通過對各個流程的分析，給出自動化控制解決的方案。

首先需要將地下礦井水抽出進入預(yù)沉調(diào)節(jié)池，進行初步沉淀后，將上層水提升至專業(yè)沉淀池，該工作由自動提升水裝置完成。由控制臺自動發(fā)出命令，向?qū)I(yè)沉淀池中加入定量藥物，將水中的雜質(zhì)進行凝結(jié)沉淀后，由排水裝置將過濾完成的上層水排入至下一步過濾設(shè)備，這一過程反復(fù)執(zhí)行，直到水質(zhì)達到使用標準為止后排至清水池進行利用。在該過程中，系統(tǒng)首先需要采集需要處理的水量，水的濁化程度等數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由自動控制系統(tǒng)進行計算后，將需要添加的凈化藥量反饋給加藥裝置，加藥裝置根據(jù)命令自動執(zhí)行加藥操作。同時每個水池的水位用液位儀表進行在線顯示記錄，防止水池中的水位超標，及時進行預(yù)警和處理。

在上述凈水自動化控制過程中，雖全程減少了人的參與，但是整個過程使用在線儀表進行全程記錄，在上位機進行實時顯示和重要數(shù)據(jù)存儲，實時監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)和各個步驟操作命令的參數(shù)，以防出現(xiàn)故障，造成不可挽回的損失。當某一步驟發(fā)生故障時，該系統(tǒng)具備報警和保護功能，同時每一項操作都可在上位機中進行手動操作選擇控制。

系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)上述對自動化流程的構(gòu)想，針對具體的礦井水凈化處理，設(shè)計包括上位機及各種硬件模塊相結(jié)合的自控系統(tǒng)，使得凈水過程全自動化執(zhí)行，并且有相應(yīng)的監(jiān)控記錄各個過程的執(zhí)行，防止故障的發(fā)生。

（1）上位機實現(xiàn)：上位機主要用來控制各個自動化流程的實現(xiàn)，有用戶管理，數(shù)據(jù)管理，遠程傳輸及各種日志打印存儲等功能，并且該上位機需要長時間在環(huán)境惡劣的條件下進行運轉(zhuǎn)，因此型號的選擇，需要考慮耐用，抗干擾等條件，以及需要大量的存儲空間，記錄自動化設(shè)備傳感器采集的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）硬件組成部分：硬件部分主要由傳感器（濁度傳感器、液位傳感器、流量傳感器及壓力傳感器等），主控單元、電動閥、電控柜等部分構(gòu)成。其中最主要的是各種傳感器和主控單元，主控單元的工作是進行信號采集，并且對信號進行運算，根據(jù)運算結(jié)果，來調(diào)控凈水處理各個步驟執(zhí)行的參數(shù)值。例如，用電設(shè)備起停時間及加藥量，最終使出水達到使用標準。傳感器主要為主控單元采集相關(guān)數(shù)據(jù)，其主要分布在各個水池及設(shè)備上，采集數(shù)據(jù)參數(shù)，傳遞給主控系統(tǒng)進行計算和使用。

（3）自動控制部分：該部分主要包括與各個設(shè)備及上位機建立通訊連接的控制程序及PLC控制器。主控單元通過plc控制器與各個傳感器進行通訊，獲取出水量、液位、濁度等重要的參數(shù)。參數(shù)上傳后，由上位機軟件進行存儲記錄，并由主控單元對其進行分析計算后，可生成調(diào)節(jié)參數(shù)，控制凈水設(shè)備各項任務(wù)的進行，其可脫離對上位機軟件的手動控制，獨立自動完成這項工作，具有智能性，對整個凈水系統(tǒng)的邏輯進行可靠的控制，同時這部分工作可在上位機顯示當前運行狀態(tài)，整個系統(tǒng)連續(xù)運行，工作人員在控制室利用上位機進行監(jiān)視即可，并定時檢查各項設(shè)備運轉(zhuǎn)情況，及時排除產(chǎn)生的故障。

小結(jié)

根據(jù)我國的煤礦產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及對煤礦地區(qū)自然環(huán)境現(xiàn)狀進行分析，首先煤礦采集地區(qū)環(huán)境大多干旱少雨，煤礦正常生產(chǎn)用水資源短缺。大量的礦井水如果不加以利用全部外排，不但會對生態(tài)環(huán)境造成惡劣的影響，也浪費了水資源。目前針對這一水資源進行處理的各項工藝和控制流程依然存在很多的缺陷，因此應(yīng)該加大對該項技術(shù)的研究。本文針對這一現(xiàn)狀，提出一套切實可行的煤礦礦井水處理站自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上位機軟件及相應(yīng)的硬件配套設(shè)施，通過各項分析驗證，該方案可滿足多數(shù)礦井的用水處理需求，且經(jīng)濟成本低廉，適合在礦井中推廣使用。當然，隨著自動化進程的發(fā)展，該系統(tǒng)的自動化程度需要不斷加強。

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作者簡介：

謝冰城（1989.07.10）， 性別：男，籍貫：黑龍江省綏化市，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于黑龍江省牡丹江師范學(xué)院，現(xiàn)有職稱：初級工程師，研究方向：儀表自動控制。