GPRS和PLC技術(shù)在礦井水回收利用項(xiàng)目的應(yīng)用

吳順麗吳長(zhǎng)際張世娟安浩平

（1.河南省自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450008；2.費(fèi)森尤斯卡比（中國(guó)）投資有限公司，北京 100028）

GPRS和PLC技術(shù)在礦井水回收利用項(xiàng)目的應(yīng)用

吳順麗1吳長(zhǎng)際2張世娟1安浩平1

（1.河南省自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450008；2.費(fèi)森尤斯卡比（中國(guó)）投資有限公司，北京 100028）

針對(duì)某礦井水回收利用項(xiàng)目需要遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)、集中監(jiān)管數(shù)據(jù)的需求，設(shè)計(jì)了一種基于GPRS技術(shù)和以PLC為控制核心的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)集現(xiàn)場(chǎng)手自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手自動(dòng)控制、總部數(shù)據(jù)監(jiān)管于一體，具有性能穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性好、操作簡(jiǎn)易等特點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，其很好地滿足了礦井水回收利用的自動(dòng)化控制要求。

GPRS；PLC；組態(tài)軟件

我國(guó)水資源匱乏，隨著城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以及人口的急劇增長(zhǎng)，引起用水量不斷增加。因此，回收利用礦井水，既保護(hù)了礦區(qū)的環(huán)境，又解決了礦區(qū)的生產(chǎn)和生活用水，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

將先進(jìn)的PLC控制技術(shù)以及便利的數(shù)據(jù)傳輸方式GPRS技術(shù)應(yīng)用到礦井水回用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了礦井水處理工藝過(guò)程的自動(dòng)控制，既節(jié)省了人力成本，又增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，同時(shí)又保證了處理水量、出水水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有非常現(xiàn)實(shí)的意義［1，2］。

某公司在平頂山某礦區(qū)尾礦水回收利用項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套由上位機(jī)、PLC、變頻器、相應(yīng)傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)。將PLC控制技術(shù)及GPRS技術(shù)成功應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。該系統(tǒng)已連續(xù)運(yùn)行一年，性能穩(wěn)定可靠，基于此，介紹以西門(mén)子S7-200和S7-300系列為核心控制單元及以GPRS技術(shù)為傳輸方式的自動(dòng)化控制系統(tǒng)在礦井水回收利用項(xiàng)目中的應(yīng)用。

圖1 礦井水回收利用工藝流程

圖2 廠區(qū)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1 水處理工藝

該礦井水回收利用工藝流程如圖1所示。礦井水首先進(jìn)入預(yù)沉調(diào)節(jié)池，通過(guò)預(yù)沉調(diào)節(jié)池對(duì)原水進(jìn)行初級(jí)沉淀；經(jīng)過(guò)初級(jí)沉淀的水進(jìn)入斜板式沉淀池，在斜板式沉淀池經(jīng)過(guò)投藥、混合與反應(yīng)過(guò)程，水中懸浮物存在形式變?yōu)檩^大的絮凝體，在沉淀池中分離出來(lái)，以完成澄清的作用；澄清后的水再經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)式反應(yīng)池進(jìn)入一級(jí)濾池、二級(jí)濾池進(jìn)一步過(guò)濾凈化，進(jìn)入清水池，供水系統(tǒng)從清水池旁的吸水井供給需求客戶。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是從引水、處理工藝過(guò)程到供水及總調(diào)度室統(tǒng)一調(diào)度，設(shè)備多、分布廣，相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸也比較多，比較分散。同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的性能可靠，操作便捷，易于管理，保證系統(tǒng)具有長(zhǎng)期的運(yùn)行穩(wěn)定性。

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的分布情況和控制要求，系統(tǒng)組網(wǎng)方案按照“無(wú)人值班、少人值班、運(yùn)行可靠、分層管理”原則，采用多層次、多級(jí)別的架構(gòu)方式，結(jié)合GPRS無(wú)線傳輸技術(shù)，綜合應(yīng)用了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、PROFINET網(wǎng)絡(luò)通信、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理等技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)礦井回用水自動(dòng)化控制提供了一個(gè)可視的、智能的技術(shù)支持平臺(tái)。

4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)廠區(qū)的控制系統(tǒng)分1個(gè)s7-300主站，下掛1個(gè)預(yù)沉池子站，2個(gè)反應(yīng)沉淀池子站，8個(gè)濾池子站，1個(gè)低壓配電子站，1個(gè)高壓配電子站，1個(gè)脫水機(jī)房子站，1個(gè)二級(jí)泵房子站，1個(gè)反沖洗子站。整個(gè)系統(tǒng)分三層網(wǎng)絡(luò)，子站之間采用PROFIBUS協(xié)議組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；主站與計(jì)算機(jī)采用PROFINET協(xié)議，通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，方便以后的擴(kuò)展及升級(jí)；廠區(qū)與總部通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

5 PLC實(shí)現(xiàn)的主要功能

5.1 濾池自動(dòng)反沖洗

每個(gè)濾池都可以自由實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)反沖洗的切換。在手動(dòng)模式下，由工人通過(guò)觸摸屏按鍵控制反沖洗過(guò)程；在自動(dòng)情況下，一般24h反沖洗一次。根據(jù)水位，水位很低的情況下，時(shí)間延長(zhǎng)；液位到相關(guān)設(shè)定值強(qiáng)制反沖，其他情況根據(jù)時(shí)間點(diǎn)反沖。反沖時(shí)間點(diǎn)可以設(shè)置，一般設(shè)為零點(diǎn)反沖。反沖過(guò)程為，當(dāng)具備反沖條件時(shí)，關(guān)進(jìn)水閥，開(kāi)出水閥，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)（根據(jù)設(shè)定壓力，設(shè)定壓力由總控室設(shè)定），打開(kāi)氣閥2.0～2.5min（此時(shí)間數(shù)值可以設(shè)定），開(kāi)翻板閥，啟動(dòng)反沖洗泵，啟動(dòng)反沖洗閥（開(kāi)一半），氣閥關(guān)閥一半，過(guò)1～2min（可設(shè)定），關(guān)氣閥，停鼓風(fēng)機(jī)，反沖閥全開(kāi)2.0～2.5min，關(guān)反沖閥，關(guān)翻板閥，開(kāi)出水閥，開(kāi)進(jìn)水閥，反沖過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入正常過(guò)濾模式。每次反沖一個(gè)濾池，待一個(gè)濾池反沖結(jié)束，再反沖下一個(gè)濾池。在水位異常及設(shè)備故障時(shí)報(bào)警。

5.2 保護(hù)供水電機(jī)

中控室給信號(hào)，首先檢測(cè)泵后壓力，與設(shè)定值比較，符合要求時(shí)，檢測(cè)電網(wǎng)電壓正常，溫度正常，水位正常，先開(kāi)電磁閥，泵啟動(dòng)。在人工給停泵信號(hào)時(shí)停泵，并且在水位低、濁度超標(biāo)、電流超負(fù)荷、電壓缺項(xiàng)停泵，余壓不正常、溫度不正常時(shí)停泵，并報(bào)警提示。

5.3 沉淀池排污閥的自動(dòng)控制

沉淀池排污閥門(mén)較多，排污次數(shù)頻繁，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后，可以節(jié)省人力，降低工作強(qiáng)度。每個(gè)閥門(mén)設(shè)定手自動(dòng)排污模式，在正常情況下，閥門(mén)都處于自動(dòng)模式，根據(jù)設(shè)定的排污時(shí)間點(diǎn)，開(kāi)始排污，再根據(jù)設(shè)定的排污時(shí)間長(zhǎng)度確定每個(gè)閥門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間，根據(jù)程序每個(gè)閥門(mén)依此開(kāi)啟、關(guān)閉。排污結(jié)束所有閥門(mén)關(guān)閉。設(shè)備故障時(shí)能及時(shí)警示報(bào)警。

5.4 自動(dòng)加氯加藥功能

加氯加藥系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)兩種控制方式，正常情況自動(dòng)運(yùn)行，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)水泵的啟停與相應(yīng)水池液位實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，水泵與其進(jìn)水端電動(dòng)閥門(mén)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)液位異常，設(shè)備故障時(shí)報(bào)警。實(shí)現(xiàn)加氯加藥全過(guò)程監(jiān)控記錄。在檢修設(shè)備或者部分設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，采用手動(dòng)控制，加氯加藥通過(guò)PLC自動(dòng)控制，這樣既減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，又增加了加氯加藥的精確度。

6 GPRS無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用

由于水源問(wèn)題，自來(lái)水分廠距總廠距離較遠(yuǎn)，采用有線通信方式，鋪設(shè)專(zhuān)用的通訊設(shè)施幾乎不可能，為便于集中統(tǒng)一管理，總廠與分廠之間采用GPRS無(wú)線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)與處理，以便統(tǒng)一管理的功能。

系統(tǒng)采用S7-300系列PLC與InRouter700系列無(wú)線路由器接入網(wǎng)絡(luò)，在分廠現(xiàn)場(chǎng)與總廠數(shù)據(jù)管理中心之間以GPRS建立安全的連接，節(jié)省昂貴的專(zhuān)線鋪設(shè)或租用費(fèi)用，充分保證信息安全、高速、可靠傳輸，如圖3所示。

圖3 以GPRS建立的安全連接結(jié)構(gòu)示意圖

7 系統(tǒng)評(píng)價(jià)

系統(tǒng)至2015年1月通過(guò)驗(yàn)收，系統(tǒng)自驗(yàn)收一年多來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，受到客戶的一致好評(píng)，管理上增加了產(chǎn)品質(zhì)量的追溯能力，減少了運(yùn)行成本，提高了工作的準(zhǔn)確率和效率。

［1］王樹(shù)東，靳雷，包群山，等.GPRS技術(shù)和PLC在自來(lái)水廠監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.工業(yè)用水與廢水，2009（1）：58-60.

［2］董士珍.PLC在煤礦礦井水回收利用工程的應(yīng)用［J］．山西建筑，2010（14）：181-182.

Application of PLC and GPRS Technology in Mine Water Recovery and Utilization Project

Wu Shunli1Wu Changji2Zhang Shijuan1An Haoping1
（1.Henan Engineering Research Center of Automation，Zhengzhou Henan 450008；2.Fresenius Kabi(China)Co.Ltd.，Beijing 100028）

For the need of remote data transmission and centralized supervision data for the mine water recovery and untilization project,an automatic control system based on GPRS technology and PLC as control core was designed. The system integrates the local manual automatic control,remote manual automatic control,the supervision of head?quarters data,and it has the characteristics of stable performance,good real-time performance,easy operation and so on.Actual operating result showed that it met the requirement of automatic control of mine water recycling.

GPRS；PLC；configuration software

TP273

A

1003-5168(2016)09-0050-03

2016-08-08

吳順麗（1979-），女，助理研究員，研究方向：水處理工藝、自動(dòng)控制系統(tǒng)。