GPRS和PLC技術在礦井水回收利用項目的應用

吳順麗吳長際張世娟安浩平

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

GPRS和PLC技術在礦井水回收利用項目的應用

吳順麗1吳長際2張世娟1安浩平1

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

針對某礦井水回收利用項目需要遠距離傳輸數據、集中監管數據的需求，設計了一種基于GPRS技術和以PLC為控制核心的自動化控制系統。該系統集現場手自動控制、遠程手自動控制、總部數據監管于一體，具有性能穩定、實時性好、操作簡易等特點。實際運行結果表明，其很好地滿足了礦井水回收利用的自動化控制要求。

GPRS；PLC；組態軟件

我國水資源匱乏，隨著城市建設和經濟的不斷發展，以及人口的急劇增長，引起用水量不斷增加。因此，回收利用礦井水，既保護了礦區的環境，又解決了礦區的生產和生活用水，具有很好的經濟和社會效益。

將先進的PLC控制技術以及便利的數據傳輸方式GPRS技術應用到礦井水回用系統中，實現了礦井水處理工藝過程的自動控制，既節省了人力成本，又增加了系統的穩定可靠性，同時又保證了處理水量、出水水質實時監控，具有非常現實的意義［1，2］。

某公司在平頂山某礦區尾礦水回收利用項目實施過程中，開發設計了一套由上位機、PLC、變頻器、相應傳感器及執行機構組成的自動控制系統。將PLC控制技術及GPRS技術成功應用到實際項目中。該系統已連續運行一年，性能穩定可靠，基于此，介紹以西門子S7-200和S7-300系列為核心控制單元及以GPRS技術為傳輸方式的自動化控制系統在礦井水回收利用項目中的應用。

圖1 礦井水回收利用工藝流程

圖2 廠區控制系統結構示意圖

1 水處理工藝

該礦井水回收利用工藝流程如圖1所示。礦井水首先進入預沉調節池，通過預沉調節池對原水進行初級沉淀；經過初級沉淀的水進入斜板式沉淀池，在斜板式沉淀池經過投藥、混合與反應過程，水中懸浮物存在形式變為較大的絮凝體，在沉淀池中分離出來，以完成澄清的作用；澄清后的水再經過網絡式反應池進入一級濾池、二級濾池進一步過濾凈化，進入清水池，供水系統從清水池旁的吸水井供給需求客戶。

2 系統特點

系統最大的特點就是從引水、處理工藝過程到供水及總調度室統一調度，設備多、分布廣，相應數據傳輸也比較多，比較分散。同時，要實現整個控制系統的性能可靠，操作便捷，易于管理，保證系統具有長期的運行穩定性。

3 系統網絡結構

根據現場設備的分布情況和控制要求，系統組網方案按照“無人值班、少人值班、運行可靠、分層管理”原則，采用多層次、多級別的架構方式，結合GPRS無線傳輸技術，綜合應用了數據自動采集、PROFINET網絡通信、遠程控制、數據存儲與處理等技術，為實現礦井回用水自動化控制提供了一個可視的、智能的技術支持平臺。

4 控制系統結構設計

整個廠區的控制系統分1個s7-300主站，下掛1個預沉池子站，2個反應沉淀池子站，8個濾池子站，1個低壓配電子站，1個高壓配電子站，1個脫水機房子站，1個二級泵房子站，1個反沖洗子站。整個系統分三層網絡，子站之間采用PROFIBUS協議組成網絡系統；主站與計算機采用PROFINET協議，通過交換機實現數據交換，方便以后的擴展及升級；廠區與總部通過GPRS無線傳輸的方式實現數據交換，結構示意圖如圖2所示。

5 PLC實現的主要功能

5.1 濾池自動反沖洗

每個濾池都可以自由實現手動自動反沖洗的切換。在手動模式下，由工人通過觸摸屏按鍵控制反沖洗過程；在自動情況下，一般24h反沖洗一次。根據水位，水位很低的情況下，時間延長；液位到相關設定值強制反沖，其他情況根據時間點反沖。反沖時間點可以設置，一般設為零點反沖。反沖過程為，當具備反沖條件時，關進水閥，開出水閥，啟動鼓風機（根據設定壓力，設定壓力由總控室設定），打開氣閥2.0～2.5min（此時間數值可以設定），開翻板閥，啟動反沖洗泵，啟動反沖洗閥（開一半），氣閥關閥一半，過1～2min（可設定），關氣閥，停鼓風機，反沖閥全開2.0～2.5min，關反沖閥，關翻板閥，開出水閥，開進水閥，反沖過程結束，進入正常過濾模式。每次反沖一個濾池，待一個濾池反沖結束，再反沖下一個濾池。在水位異常及設備故障時報警。

5.2 保護供水電機

中控室給信號，首先檢測泵后壓力，與設定值比較，符合要求時，檢測電網電壓正常，溫度正常，水位正常，先開電磁閥，泵啟動。在人工給停泵信號時停泵，并且在水位低、濁度超標、電流超負荷、電壓缺項停泵，余壓不正常、溫度不正常時停泵，并報警提示。

5.3 沉淀池排污閥的自動控制

沉淀池排污閥門較多，排污次數頻繁，實現自動控制后，可以節省人力，降低工作強度。每個閥門設定手自動排污模式，在正常情況下，閥門都處于自動模式，根據設定的排污時間點，開始排污，再根據設定的排污時間長度確定每個閥門開啟的時間，根據程序每個閥門依此開啟、關閉。排污結束所有閥門關閉。設備故障時能及時警示報警。

5.4 自動加氯加藥功能

加氯加藥系統可實現手動、自動兩種控制方式，正常情況自動運行，自動運行時水泵的啟停與相應水池液位實現聯鎖控制，水泵與其進水端電動閥門實現聯鎖控制，設備運行過程中出現液位異常，設備故障時報警。實現加氯加藥全過程監控記錄。在檢修設備或者部分設備出現異常時，采用手動控制，加氯加藥通過PLC自動控制，這樣既減少了勞動強度，又增加了加氯加藥的精確度。

6 GPRS無線技術的應用

由于水源問題，自來水分廠距總廠距離較遠，采用有線通信方式，鋪設專用的通訊設施幾乎不可能，為便于集中統一管理，總廠與分廠之間采用GPRS無線通訊技術，實現了遠程控制、數據自動采集、存儲與處理，以便統一管理的功能。

系統采用S7-300系列PLC與InRouter700系列無線路由器接入網絡，在分廠現場與總廠數據管理中心之間以GPRS建立安全的連接，節省昂貴的專線鋪設或租用費用，充分保證信息安全、高速、可靠傳輸，如圖3所示。

圖3 以GPRS建立的安全連接結構示意圖

7 系統評價

系統至2015年1月通過驗收，系統自驗收一年多來，運行穩定，受到客戶的一致好評，管理上增加了產品質量的追溯能力，減少了運行成本，提高了工作的準確率和效率。

［1］王樹東，靳雷，包群山，等.GPRS技術和PLC在自來水廠監控系統中的應用［J］.工業用水與廢水，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、自動控制系統。