摘 要：礦井水處理是解決煤礦用水資源缺乏狀況的一個(gè)重要手段，本文基于對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)針對(duì)礦井水處理站的自動(dòng)控制系統(tǒng)，將礦井水處理過程升級(jí)為無人化自動(dòng)執(zhí)行。經(jīng)過多方面測(cè)試和驗(yàn)證，本文提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有很高的可實(shí)施性，并且針對(duì)技術(shù)的不斷發(fā)展，為后續(xù)的系統(tǒng)提升留有擴(kuò)展接口。綜上，該系統(tǒng)是煤礦礦井水處理站自動(dòng)化控制中一個(gè)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(dòng)化控制；凈水處理；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

我們國(guó)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(gè)十分嚴(yán)峻的問題。水源的遠(yuǎn)程運(yùn)輸，不僅耗費(fèi)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(dòng)化技術(shù)還處在萌芽階段的時(shí)候，凈水處理的各個(gè)步驟，需要專門的人員進(jìn)行人工操作和手動(dòng)記錄，隨著開礦的面積逐漸擴(kuò)大，需要凈化處理的水源增多，首先帶來的一個(gè)問題是工作量日益增加；另一個(gè)非常嚴(yán)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(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，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(huì)帶來很多的誤差，造成水質(zhì)無法達(dá)標(biāo)。隨著近幾年我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的全速發(fā)展，礦井水凈化采用自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)方案是大勢(shì)所趨。本文針對(duì)目前這一現(xiàn)狀，提出一套完善的礦井水凈化自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)礦井的地理位置及各種環(huán)境差異的分析對(duì)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(jìn)行過濾等簡(jiǎn)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(jìn)行過濾沉淀等簡(jiǎn)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(duì)含有其他化學(xué)物質(zhì)的水，則需要增添無害藥劑進(jìn)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(dá)到可使用的標(biāo)準(zhǔn)。

礦井水凈化自動(dòng)化控制

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

首先需要將地下礦井水抽出進(jìn)入預(yù)沉調(diào)節(jié)池，進(jìn)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(dòng)提升水裝置完成。由控制臺(tái)自動(dòng)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(jìn)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(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)為止后排至清水池進(jìn)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(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)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(dòng)執(zhí)行加藥操作。同時(shí)每個(gè)水池的水位用液位儀表進(jìn)行在線顯示記錄，防止水池中的水位超標(biāo)，及時(shí)進(jìn)行預(yù)警和處理。

在上述凈水自動(dòng)化控制過程中，雖全程減少了人的參與，但是整個(gè)過程使用在線儀表進(jìn)行全程記錄，在上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)和各個(gè)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(dāng)某一步驟發(fā)生故障時(shí)，該系統(tǒng)具備報(bào)警和保護(hù)功能，同時(shí)每一項(xiàng)操作都可在上位機(jī)中進(jìn)行手動(dòng)操作選擇控制。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述對(duì)自動(dòng)化流程的構(gòu)想，針對(duì)具體的礦井水凈化處理，設(shè)計(jì)包括上位機(jī)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(dòng)化執(zhí)行，并且有相應(yīng)的監(jiān)控記錄各個(gè)過程的執(zhí)行，防止故障的發(fā)生。

（1）上位機(jī)實(shí)現(xiàn)：上位機(jī)主要用來控制各個(gè)自動(dòng)化流程的實(shí)現(xiàn)，有用戶管理，數(shù)據(jù)管理，遠(yuǎn)程傳輸及各種日志打印存儲(chǔ)等功能，并且該上位機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間在環(huán)境惡劣的條件下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，因此型號(hào)的選擇，需要考慮耐用，抗干擾等條件，以及需要大量的存儲(chǔ)空間，記錄自動(dòng)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(dòng)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(jìn)行信號(hào)采集，并且對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，來調(diào)控凈水處理各個(gè)步驟執(zhí)行的參數(shù)值。例如，用電設(shè)備起停時(shí)間及加藥量，最終使出水達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。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(gè)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(jìn)行計(jì)算和使用。

（3）自動(dòng)控制部分：該部分主要包括與各個(gè)設(shè)備及上位機(jī)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(gè)傳感器進(jìn)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(jī)軟件進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，并由主控單元對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算后，可生成調(diào)節(jié)參數(shù)，控制凈水設(shè)備各項(xiàng)任務(wù)的進(jìn)行，其可脫離對(duì)上位機(jī)軟件的手動(dòng)控制，獨(dú)立自動(dòng)完成這項(xiàng)工作，具有智能性，對(duì)整個(gè)凈水系統(tǒng)的邏輯進(jìn)行可靠的控制，同時(shí)這部分工作可在上位機(jī)顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，工作人員在控制室利用上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)視即可，并定時(shí)檢查各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，及時(shí)排除產(chǎn)生的故障。

小結(jié)

根據(jù)我國(guó)的煤礦產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及對(duì)煤礦地區(qū)自然環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)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(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成惡劣的影響，也浪費(fèi)了水資源。目前針對(duì)這一水資源進(jìn)行處理的各項(xiàng)工藝和控制流程依然存在很多的缺陷，因此應(yīng)該加大對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究。本文針對(duì)這一現(xiàn)狀，提出一套切實(shí)可行的煤礦礦井水處理站自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上位機(jī)軟件及相應(yīng)的硬件配套設(shè)施，通過各項(xiàng)分析驗(yàn)證，該方案可滿足多數(shù)礦井的用水處理需求，且經(jīng)濟(jì)成本低廉，適合在礦井中推廣使用。當(dāng)然，隨著自動(dòng)化進(jìn)程的發(fā)展，該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度需要不斷加強(qiáng)。

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作者簡(jiǎn)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(jí)工程師，研究方向：儀表自動(dòng)控制。