PLC在煤礦礦井水回收利用工程中的應(yīng)用

張利

（山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司 山西省忻州市 036500）

現(xiàn)階段，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，且已經(jīng)在世界占據(jù)了一個(gè)重要的地位，而隨之出現(xiàn)了大量的工業(yè)化企業(yè)，其廢水、廢氣的排放與國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)間存在著一定的差異性，但是較多情況下并未獲得專業(yè)人士的關(guān)注與重視，所以為我國(guó)環(huán)境保護(hù)帶來了嚴(yán)重的影響。但是，傳統(tǒng)的廢水處理方法不僅步驟較多且方法復(fù)雜，最終處理的效果與預(yù)期間也未達(dá)到一致化。針對(duì)這一問題，本文嘗試從PLC技術(shù)在煤礦礦井水的回收利用的應(yīng)用策略角度入手，探討了PLC技術(shù)在礦井水回收利用工程中的具體應(yīng)用方向及應(yīng)用流程。

1 PLC概述

1.1 PLC定義

PLC 技術(shù)全稱為可編程控制器技術(shù)，他主要通過預(yù)先編寫程序，在內(nèi)部?jī)?chǔ)存中按照制定的規(guī)則執(zhí)行預(yù)先編輯好的邏輯運(yùn)算程序，并向于其產(chǎn)生通訊聯(lián)系的相關(guān)設(shè)備接收獲輸出數(shù)據(jù)或指令。一般情況下，在煤礦礦井水回收處理工程中所指的PLC 技術(shù)主要是自動(dòng)化污水分離技術(shù)處理技術(shù)，使各類來源不同的污水通過自動(dòng)化的分離、處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦污水的科學(xué)回收利用安置。因?yàn)槲覈?guó)大量工業(yè)化企業(yè)的出現(xiàn)，使得廢水種類較多，且內(nèi)部含有的微生物、污染體的形態(tài)并不固定，這便使得單純的某一種分離技術(shù)無法滿足對(duì)各類廢水處理的需求。所以在這種情況下，包含了多種煤礦井水處理方法的PLC 其既能夠保障所回收的水純度，并實(shí)現(xiàn)了水資源的回收再利用。并且，多數(shù)情況下，PLC 應(yīng)用于煤礦礦井水處理當(dāng)中，對(duì)于我國(guó)環(huán)境保護(hù)有著重要的作用。與此同時(shí)，PLC 也被稱之為第三代處理工藝，即根據(jù)回收的流程來對(duì)污水進(jìn)行處理，從根本上解決了鹽分物質(zhì)分離需求，這對(duì)于我國(guó)環(huán)境保障戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)具有重要的作用[1]。

1.2 PLC運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)

（1）不存在二次污染。相較于傳統(tǒng)的污水處理方法，PLC 其并不會(huì)產(chǎn)生二次污染，且經(jīng)由該技術(shù)方法所處理的污水能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)凈化需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)水資源的處理回收與再利用，為工業(yè)化企業(yè)的生產(chǎn)再次提供凈水資源，從根本上降低工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)成本的支出，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，PLC 在污水處理過程中還能夠?qū)Σ煌N類污水進(jìn)行針對(duì)性處理，從根本上消除污水中所存在的各種雜質(zhì)，對(duì)污染物的凈化處理效果十分明顯，而且不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)污染的問題。

（2）操作便捷。從這一技術(shù)的實(shí)際使用來看，其操作起來十分便捷，這一便捷性主要體現(xiàn)在其在處理污水是對(duì)相關(guān)技術(shù)水平和設(shè)備精度的要求上都不是很高，單單只需要布置煤礦井水回收再利用等結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦水的高效凈化，而且在凈化的工作中，不需要使用較大的工作場(chǎng)地，這樣既能有效節(jié)省工作空間，又能大量地對(duì)污水實(shí)行凈化處理。

（3）安全經(jīng)濟(jì)。PLC 對(duì)于我國(guó)環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有著重要的作用，同時(shí)其所實(shí)現(xiàn)的水資源回收再利用也同樣提高了生產(chǎn)效益與社會(huì)效益的提升。因?yàn)镻LC 施工技術(shù)可以保證污水在進(jìn)行凈化處理時(shí)減少對(duì)操作人員的身體損害，該工藝在實(shí)際使用時(shí)不存在有害物質(zhì)，所以能夠安心使用。

1.3 煤礦礦井水處理中的應(yīng)用流程

一般情況下，PLC在煤礦礦井水中應(yīng)用時(shí)，主要按照嚴(yán)格的流程來完成這一操作，具體流程包括：首先，將煤礦礦井水利用地下排水泵進(jìn)行提升；然后將煤礦礦井水緩沖并預(yù)沉至調(diào)節(jié)池中，以方便后續(xù)進(jìn)行處理；之后則將絮凝狀斜管放置到沉淀池中，將煤礦礦井水中多余顆粒物質(zhì)漂浮起來；將水流入無閥濾池，并利用瓷砂過濾器將煤礦礦井水進(jìn)行過濾，以保障處理后水中細(xì)小顆粒與膠體物被過濾出來；最后，則是利用反滲透裝置將所過濾并消毒之后的水進(jìn)行收集，然后完成再次利用。

1.4 PLC系統(tǒng)在煤礦礦井水處理中的主要功能

PLC 系統(tǒng)應(yīng)用于煤礦礦井水處理中，其主要包括了自動(dòng)加藥功能、設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行、聯(lián)鎖控制以及反滲透裝置自動(dòng)運(yùn)行等多項(xiàng)功能。具體如下所示：

（1）自動(dòng)加藥功能。這主要是指PLC 系統(tǒng)可通過自動(dòng)控制來完成對(duì)煤礦礦井水處理過程中藥物投放量的設(shè)置，通過自動(dòng)控制干粉藥劑與水的混合比例，使得干粉藥劑與水能夠充分混合，避免干粉藥劑結(jié)塊、結(jié)粒，通過原先編程好的PLC 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)藥液混合裝置以及加藥裝置的自動(dòng)化控制，混合箱體通過溢流隔板的高低變化，將混合箱體內(nèi)的預(yù)先混合腔與均勻攪拌腔分離，在特定的水中加入設(shè)定好的藥粉以后，經(jīng)過均勻攪拌的藥液再進(jìn)入藥液存儲(chǔ)腔保存。在這一過程中，通過在加藥裝置的藥斗上方儲(chǔ)料腔以及下放的輸料腔安裝稱重傳感器來自動(dòng)控制加藥量。通過PLC 技術(shù)對(duì)加藥裝置以及藥液混合裝置的自動(dòng)化控制，在一定程度上減少了藥物的投放總量，同時(shí)也節(jié)約了大量的人工，整體提高了煤礦礦井水處理的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）備自動(dòng)運(yùn)行功能。這一功能主要指PLC 能夠滿足工作人員自動(dòng)操作與手動(dòng)操作運(yùn)行的兩種形式。一方面，當(dāng)工作人員在室內(nèi)需要對(duì)煤礦礦井水進(jìn)行處理時(shí)，便可打開PLC 系統(tǒng)的自動(dòng)裝置，使其能夠自行完成對(duì)煤礦礦井水的處理。而當(dāng)工作人員在水處理現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，便可利用手動(dòng)模式來完成對(duì)煤礦礦井水的處理與再利用。通常情況下，手動(dòng)操作主要是應(yīng)用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煤礦礦井水處理設(shè)備的維護(hù)、管理以及維修。

（3）聯(lián)鎖控制功能。這一功能主要指PLC 系統(tǒng)具備水泵的啟停與相應(yīng)水池液位實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制功能，同時(shí)，其還能夠保障水泵與進(jìn)出水端電動(dòng)閥門實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。除此之外，還能夠滿足液位報(bào)警上下限和液位聯(lián)鎖上下限可在工控機(jī)上任意修改。

（4）反滲透裝置的自動(dòng)運(yùn)行功能。這一功能主要是利用壓力變動(dòng)器來提高PLC系統(tǒng)對(duì)壓力信號(hào)地了解，并自動(dòng)調(diào)整變頻器頻繁，進(jìn)而將反滲透裝置引進(jìn)到提前設(shè)計(jì)好的產(chǎn)水量中。

2 PLC在環(huán)境保護(hù)中運(yùn)用的有效性措施

2.1 重視理論研究的完善

為了能夠深化PLC 在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用，必須要找到全面發(fā)揮該技術(shù)的方法。而這便要求各大工業(yè)化企業(yè)及生產(chǎn)煤礦礦井水處理人員需要學(xué)習(xí)關(guān)于PLC 的運(yùn)用理論知識(shí)，同時(shí)經(jīng)過反復(fù)操作掌握運(yùn)用技術(shù)技巧，并嚴(yán)格根據(jù)PLC應(yīng)用過程中的原則與標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施，以此實(shí)現(xiàn)煤礦礦井水處理與排放管理水平的提升，并積極響應(yīng)我國(guó)環(huán)境保護(hù)政策。除此之外，多數(shù)工業(yè)化企業(yè)還可通過學(xué)習(xí)成功的案例來獲得PLC運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理方法的完善與優(yōu)化。

2.2 構(gòu)建完善的PLC運(yùn)用規(guī)章制度

對(duì)于工業(yè)化企業(yè)來說，為了能夠從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的處理與再利用，并將PLC 貫徹落實(shí)到實(shí)際工作當(dāng)中，便必須要構(gòu)建完善的PLC 運(yùn)用規(guī)章制度，以此強(qiáng)化該技術(shù)的運(yùn)用管理。

（1）可通過完善監(jiān)督管理制度來構(gòu)建一支專業(yè)化的PLC 水處理監(jiān)督隊(duì)伍，不定時(shí)對(duì)煤礦礦井水處理方法與處理結(jié)果進(jìn)行核查，一旦發(fā)現(xiàn)污水處理不合格，或者是PLC 運(yùn)用的效果與預(yù)期存在差異性，便需要及時(shí)上報(bào)管理部門，并采取相應(yīng)懲處措施，從根本上保障污水處理技術(shù)運(yùn)用科學(xué)合理性。

（2）則是需要從污水處理設(shè)備的日常維護(hù)與保養(yǎng)入手，定期對(duì)PLC 設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，做好設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備所存在的問題并進(jìn)行檢修，減少因設(shè)備問題而影響到PLC 在污水處理過程中的應(yīng)用效果。例如，一些半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)也開始將PLC 水處理工藝應(yīng)用到生產(chǎn)給水處理環(huán)節(jié)。據(jù)相關(guān)研究顯示，在25℃的溫度條件下，應(yīng)用PLC能將水中的電阻率穩(wěn)定在18MΩ以上。一些企業(yè)在應(yīng)用電去離子技術(shù)和反滲透技術(shù)時(shí)，為了避免出現(xiàn)污染的問題，往往會(huì)增添一些滅菌劑和防氧化裝置。這樣既能提升PLC裝置利用效率，同時(shí)又能保證其過濾效果。

3 PLC控制系統(tǒng)在煤礦礦井水回收利用工程中的應(yīng)用

3.1 PLC控制系統(tǒng)硬件配置在煤礦礦井水回收利用工程中的應(yīng)用

在整個(gè)PLC 控制系統(tǒng)當(dāng)中，其主要包含了上位機(jī)系統(tǒng)、PLC主控單元、傳感器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等多個(gè)部分，在對(duì)煤礦礦井水回收利用工程進(jìn)行管理時(shí)，多采用集中控制與管理的形式。與此同時(shí)，PLC 控制系統(tǒng)的硬件元件少，不易出現(xiàn)故障，便于技術(shù)人員進(jìn)行管理。將PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)用于煤礦礦井水回收利用工程中之后，其利用模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等特點(diǎn)來提高了對(duì)整個(gè)煤礦礦井水回收利用工程的管理，可從根本上保障整個(gè)控制系統(tǒng)按照工藝流程進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行，提高對(duì)煤礦礦井水回收利用工程的管理。如圖1所示。

圖1：PLC 控制系統(tǒng)硬件配置圖

3.2 PLC控制系統(tǒng)軟件在煤礦礦井水回收利用工程中的應(yīng)用

PLC 控制系統(tǒng)軟件中包括了上位機(jī)管理程序、PLC 控制與檢測(cè)程序以及各類通訊程序等。其中，PLC 軟件系統(tǒng)中的上位機(jī)管理程序通過將整個(gè)煤礦礦井水回收的程序直觀顯示出來，提高了技術(shù)人員對(duì)整個(gè)工程的管理與維護(hù)；而且整個(gè)系統(tǒng)獨(dú)有的智能化也能夠完成脫離上位機(jī)獨(dú)立工作的功能，使得整個(gè)PLC 控制系統(tǒng)軟件運(yùn)行的安全與穩(wěn)定，并且還可有效提高煤礦礦井水回收利用工程運(yùn)行期間信號(hào)的傳輸與控制管理，從根本上降低了人力與財(cái)力的浪費(fèi)，進(jìn)而提高了整個(gè)煤礦作業(yè)的效率性。

以神華寧煤礦井水回收利用工程為例，神華寧煤礦井水回收利用工程是國(guó)家能源寧煤集團(tuán)公司履行國(guó)企責(zé)任，倡導(dǎo)“綠水青山就是金山銀山”環(huán)保理念，為保護(hù)寧東地區(qū)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)廢水不外排、回收產(chǎn)品鹽再利用的重要舉措。該項(xiàng)目的建成投運(yùn)標(biāo)志著寧東煤化工園區(qū)將成為全國(guó)甚至全世界第一個(gè)實(shí)現(xiàn)礦井水零排放的大型綜合性煤炭化學(xué)工業(yè)園區(qū)，對(duì)國(guó)內(nèi)工業(yè)零排放具有重要的借鑒和示范作用。其將PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)用于礦井水的回收工程當(dāng)中，主要借助于PLC 系統(tǒng)構(gòu)建了礦井水處理工程的控制監(jiān)控系統(tǒng)。具體步驟如下所示：

（1）采用SUEZ-WTS（浸沒式超濾膜）技術(shù)篩濾污水中的鹽分，能有效進(jìn)行硫酸鈉等二價(jià)鹽與氯化鈉的分離，納濾產(chǎn)水NaCl 在鹽分中占比達(dá)到90%以上。

（2）采用PLC 系統(tǒng)中SUEZ-WTS（浸沒式超濾膜）獨(dú)特的高壓膜濃縮工藝，減少蒸發(fā)結(jié)晶規(guī)模，并大幅節(jié)約投資運(yùn)行成本。

（3）通過PLC 系統(tǒng)控制高效蒸發(fā)裝置，確保得到純度在95%以上的硫酸鈉與氯化鈉鹽。其中氯化鈉鹽品質(zhì)滿足GB/T5462-2015精制工業(yè)鹽，工業(yè)干鹽一級(jí)要求。神華寧煤礦井水經(jīng)初步濃縮后，使進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶側(cè)的濃度提高，水量減少，大大節(jié)約了投資和運(yùn)行成本。與傳統(tǒng)的方法相比，PLC 控制自動(dòng)控系統(tǒng)前期的投入成本較高，但是去能有效的降低水處理的運(yùn)行成本和職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)能提高整個(gè)水處理站的自動(dòng)化管理水平。從實(shí)際運(yùn)行情況來看，每年運(yùn)行成本可降低30%，可節(jié)省電費(fèi)約300 萬元。

4 結(jié)語

綜上所述，PLC 應(yīng)用于煤礦礦井水回收再利用當(dāng)中，其因易于操作、處理效率高且實(shí)現(xiàn)了水資源回收再利用等多種需求而受到大量關(guān)注。同時(shí)，為了能夠切實(shí)發(fā)揮PLC 在環(huán)境保護(hù)中的作用，可通過做好理論性研究、完善PLC 運(yùn)用的規(guī)章制度以及加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)人員培養(yǎng)等多種方式達(dá)成這一目的，這對(duì)于我國(guó)環(huán)境戰(zhàn)略落實(shí)以及我國(guó)環(huán)境友好型社會(huì)的構(gòu)建均具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。