S7—200 PLC控制壓濾系統在盾構工程廢漿處理中的應用

歐陽素琴

摘 要：盾構機在粘土地層掘進時，泥漿中粘泥顆粒較多，粘度較高，旋流器分離性能會下降，此時需要排放掉部分高粘度泥漿，還有一種情況是在設備應急處理后有部分泥漿被直接排放到沉淀池，這些泥漿在最后都必須經壓濾處理后或者回用或者達到標準后排放。為滿足這種要求，將壓濾系統用于處理盾構工程所排放的廢漿應運而生。此壓濾系統通過西門子S7-200PLC控制器，實現全自動集中控制，盾構廢漿經壓濾處理后形成泥餅，運輸非常方便，也大大減少了外排的數量。

關鍵詞：西門子S7-200PLC控制器；自動集中控制；盾構廢漿處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.076

盾構機在粘土地層掘進時，泥漿中粘泥顆粒較多，粘度較高，旋流器分離性能會下降。經二級泥水分離設備處理后，泥漿中細微粘土顆粒逐漸富集，如不及時予以去除，將則引起泥漿比重和粘度上升，直接降低泥漿攜渣能力及環流系統泵送能力，進而降低了盾構機的掘進效率。壓濾設備的功用就是在泥水分離設備不能分離出足夠固相，不能將泥漿比重還原到掘進初期的低值1.10～1.20g/cm3左右時，對這些盾構廢漿進行徹底的固液分離，通過絮凝、干化、脫水等處理，實現工程施工“零排放”。

1 系統簡介

1.1 主要組成部分

壓濾系統主要由廂式壓濾機、壓濾泵、泥漿罐及攪拌、空壓機及氣罐、漿液管路、氣動管路及各控制閥門等組成。廂式壓濾機負責固液分離，將泥漿脫水壓成泥餅；壓濾泵將泥漿罐儲存的漿液泵送至壓濾機空腔內；攪拌器對泥漿罐儲存的漿液進行攪拌，不沉淀；空壓機及氣罐產生壓力合適的濃縮氣體，為壓濾機提供隔膜壓榨的動力，并為各閥門提供氣動能源；漿液管路及控制閥門，在各個工藝階段，按既定程序相應開啟與關閉，實現整個系統工藝的全自動控制。

1.2 壓濾系統工作流程

（1）壓濾前泥漿的改良。物料性質對壓濾速度的影響是多方面的，而最主要是通過影響濾餅的孔隙狀態來影響過濾過程，或者說物料的粒度及其組成直接影響濾餅空隙率及孔隙的大小，從而影響物料的過濾過程。此外，細物料越多，壓濾過程中越容易堵塞濾布，影響壓濾速度。因此加入絮凝劑改善物料粒度，就可以提高過濾的速度。為提高壓濾效率，特設有絮凝劑添加功能單元，絮凝劑的制備利用化學制漿設備來制備。

（2）壓濾設備工作過程。壓濾泵將待壓泥漿罐中的泥漿泵送至壓濾機濾板間的密閉腔室，泥漿中的固相顆粒被濾布攔截并逐漸富集形成濾餅，濾液透過濾布流出進入濾液收集箱。濾液箱內液位達到一定高度時，排水泵開啟，將濾液排出，濾液箱內液位降低到一定高度時，排水泵停止，剩余濾液將用于管道的沖洗。泵送泥漿過程中濾餅逐漸增厚，壓力逐漸升高，泵送泥漿流量逐漸減小。當壓力達到設定值、過濾出水量很少時，說明濾餅形成，此時進行一次隔膜壓榨，盡可能多的擠壓出濾餅中的水分，壓濾機松開濾板并卸料。當卸料完成后，泥漿泵隨即對進漿管路進行沖洗，準備下一流程。

壓緊濾板：主液壓缸動作，連桿帶動移動板，相鄰兩濾板形成濾室。確保油缸上的電解接點壓力表上限指針調至保壓范圍，壓力達到電接點壓力表的上限時，電機自動停止運轉。

保壓：液壓電機停止運轉后，進料口閥門打開，壓濾泵啟動，開始進料，這時壓濾機處于自動保壓狀態，在壓力的作用下，濾漿經過濾介質（濾布）開始過濾，當油缸上的電解接點壓力達到下限時，壓濾機液壓電機會自動補壓。

壓濾：壓濾泵將料漿通過料漿集流管注入濾室，繼續對濾室內的料漿施壓，進行壓濾形成固液分離。

隔膜壓榨：采用0.80-1.20MPa的高壓空氣將濾板隔膜鼓起，擠壓濾餅，進一步脫水。

反吹：采用0.80-1.20MPa的壓縮空氣對壓濾機內的空腔進行吹風，將未流出的水反吹至儲漿罐中，減少卸料時流出的明水。

泄氣：在濾板松開之前，為了避免濾板炸爛，必須將濾板隔膜里的氣體排出，使管道內的氣壓達到電解接點下限時，表示泄氣完成。

卸餅：主液壓缸通過連桿作用，將移動板推至遠端并打開第一組濾室，然后利用液壓缸依次打開剩下的濾室，卸下濾餅。

1.3 壓濾設備特點

（1）壓濾設備處理泥漿不僅有系統主動調整時的棄漿，還有收集的透篩底流。亦可對渣場污泥池及洗砂沉淀池的沉淀物進行壓濾。本設備有以下特點：（2）全部壓濾流程均為PLC自動控制，自動進行壓濾流程切換；（3）壓濾系統具備助濾等漿液改良功能；（4）壓濾后渣料含水率可低至23%，可以直接裝車外運。壓濾后回收的清水直接回調漿池與二級旋流后的泥漿混合，使比重還原到進泥所需之值。

2 壓濾系統的控制操作

系統控制采用西門子S7-200可編程控制器， 系統軟件采用step7_microwin sp6進行程序編寫，并選用臺達DOP-B10S615真彩觸摸屏，配上斷路器、接觸器、熱繼電器、開關電源、按鈕、變頻器及位置檢測等電氣控件，配上西門子EM277通訊模塊后，與泥水分離設備的S7-300PLC控制系統可實現遠程數據交換，實現了對整個系統工作流程的遠程控制及時實監控。該壓濾系統有兩種控制方法：手動控制和自動控制。手動控制即選擇“手動”，在操作面板上通過按鈕，可完成單臺設備的手動啟停。自動控制即選擇“自動”，在自動模式下有二種流程方式：生產啟動和半自動拉板，根據工況具體階段，選擇相應的方式，系統將自動完成程序設定的相應工藝流程。

a. “生產啟動”：先選擇自動方式，再選擇“生產啟動”工藝，系統按照設定程序及所設定的時間參數，依次完成壓緊--進漿--保壓--隔膜壓榨--反吹--泄氣--泄荷--松開--拉板--取板--直至最后一塊板被拉完--再次壓緊--程序結束。“生產啟動”自動流程開始前，壓濾機必須滿足條件：小車退到位，否則程序將不會啟動。

b. “半自動拉板”：先選擇自動方式，再選擇“半自動拉板”工藝，系統將從泄氣開始，再依次進行泄荷--松開--拉板--取板，直至最后一塊板被拉完。此工藝流程適應于腔內濾餅已經形成、只需直接卸料的情況，或者更換、清洗和維護濾板時使用。流程中，按下“程序停”或“急停”按鈕時，系統中各設備便以相應的方式停止下來。

3 結語

盾構壓濾控制系統具有友好的人機界面和便捷的操作方式，實現了廢漿處理過程中的全自動化操作，實現了整個處理系統的高效、安全、穩定運行。在盾構工程中，應用壓濾系統處理排放掉的高粘度泥漿，或因應急被直接排放至沉淀池的泥漿，這些泥漿在最后都必須經壓濾處理后或者回用或者達到標準后排放，真正實現了工程施工“零排放”，為城市環保建設做出卓越貢獻。