专利名称：矿井水净化处理全过程监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于工业自动化监控技术领域，涉及一种水处理系统，尤其是涉及一 种矿井水净化处理全过程监控系统。
背景技术：
众所周知，矿井水是煤炭工业生产过程中产生的外排废水，未经处理直接排放会 对环境造成污染，同时随着国家和企业对节能减排的重视，煤矿企业均加大了对矿井水处 理回用的力度。由于矿井水主要含有煤屑、岩粉等悬浮物，因此对矿井水只需进行净化处理 就可用于工业生产。矿井水的净化处理就是将水中的悬浮物去除，净化处理过程中有许多 机电设备和工艺参数检测仪表，基本都是分散布置在各个水处理单元，相对距离较远。目前 国内煤矿矿井水净化处理的控制系统普遍采用分散手动控制的方式，各个工艺环节的控制 衔接不够，系统工艺运行参数调整的实时性差、滞后性明显，各工艺单元的机电设备控制方 式多为手动，系统的工艺运行参数没有记录等，严重影响系统处理后的水质。申请号为00124897. 9的中国专利申请公开了一种污水处理过程的自动控制装 置，包括污水处理池，多个在线检测装置，一个监控系统和多个执行元件，按照本装置可 实现以排出的水质来调节污水处理过程的控制参数，以获得最佳的处理效果。但是，该系 统应用于矿井水作业是存在自动化程度低、控制分散、工人劳动强度大等缺点，因此需要对 其进行改进。
发明内容本实用新型提供一种用于矿井水净化处理的全过程监控系统，以解决现有矿井水 净化处理系统自动化程度低、控制分散、工人劳动强度大、处理水质不稳定等技术问题，实 现矿井水净化处理的全过程监控。本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种矿井水净化处理全过程监控系统，其特征在于包括用于检测矿井水净化处 理过程中各环节工艺参数的传感检测仪表单元，电气控制单元，以及对传感检测仪表单元 和电气控制单元传来的数据进行监测和处理的监控管理器；该监控管理器包括对传感检测 仪表单元和电气控制单元传来的数据进行处理的主PLC控制单元和若干个从PLC控制单 元，与主PLC控制单元相连的上位机，以及与上位机相连的显示器、打印机和工艺模拟屏； 传感检测仪表单元和电气控制单元分别与主PLC控制单元相连，若干个从PLC控制单元与 主PLC控制单元相串联，每个从PLC控制单元连接有传感检测仪表单元和电气控制单元。 其中，上位机对水处理系统的机电设备运行状态和工艺参数进行实时监视，并对机电设备 可以进行控制；工艺模拟屏用于实时模拟整个水处理工艺流程的运行状态，包括设备状态 和工艺参数；传感检测仪表单元将所检测到的液位、流量、浊度、压力、温度和PH值等工艺 参数转换为标准的4-20mA电流信号输入到PLC控制单元的模拟量输入模块；电气控制单 元用于控制水处理过程中的机电设备，这些机电设备包括水泵、阀门、搅拌机和刮泥机等，它同时与主或从PLC控制单元的开关量输入输出模块和模拟量输出模块之间连接控制线， 用于实现对设备运行状态的监视和对设备的控制。本实用新型所提供的矿井水净化处理全 过程监控系统，能够实时监控整个工艺流程的机电设备运行状态和各种运行参数，并根据 所得运行参数自动调整系统的运行方式，该系统具有自动化程度高、人机界面良好、操作简 单、工人劳动强度低、水处理系统运行稳定等特点。作为优选，所述的主PLC控制单元和从PLC控制单元均包括电源模块、CPU模块、 模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、开关量隔离继电器和模拟量信号隔离器。这些 模块用于接收外部传输来的模拟量和开关量信号，经过CPU预先存储的程序，对信号进行 处理，然后通过模拟量和开关量输出模块发出控制指令来对设备进行控制；开关量隔离继 电器用于隔离外部输入的开关量信号与模块之间的隔离，防止干扰产生误动作；模拟量信 号隔离器用于隔离外部输入的模拟量信号与模块之间的隔离，防止干扰对信号的影响。作为优选，所述的传感检测仪表单元包括液位传感器和变送器、流量传感器和变 送器、浊度传感器和变送器、压力传感器和变送器、温度传感器和变送器、PH传感器和变送 器，用于针对水处理工艺过程中的液位、流量、浊度、压力、温度和PH值进行监控。作为优选，所述的电气控制单元包括断路器、接触器、继电器、变频器、软启动器、 按钮、指示灯。电气控制单元为系统的基础控制层，用于对水处理过程中的水泵、阀门、搅拌 机和刮泥机等机电设备进行直接手动控制，同时电气控制单元与PLC控制单元连接有控制 线，用于接受来自PLC控制单元的远程自动控制信号对设备进行控制，最后再将设备的运 行状态反馈到PLC控制单元，从而实现远程控制的功能。作为优选，所述的上位机、工艺模拟屏和主PLC控制单元均包括RS232模块。工艺 模拟屏与上位机之间通过各自的COM 口相连，采用RS232协议进行通讯，实时模拟整个水处 理工艺流程的运行状态，包括设备状态和工艺参数。作为优选，所述的主PLC控制单元和从PLC控制单元包括RS485模块。主PLC控 制单元与各从PLC控制单元之间通过屏蔽双绞线相连接，采用RS485协议进行通讯，互相交 换数据。与现有的监控系统相比，本实用新型具有以下特点1、由上位机(工业控制计算机)和显示器组成系统的上位人机界面监控平台，利用 组态软件设计出与现场相对应的工艺流程画面和数据库，并组态系统的操作画面、参数画 面、报表画面、趋势图等，使得在中央控制室可以总览现场机电设备的运行状况和工艺运行 参数，并对现场的机电设备进行控制。2、PLC (可编程逻辑控制器)单元为系统的核心控制单元，包括一个主PLC控制单 元和多个从PLC控制单元，主PLC控制单元设置于中央控制室。3、主或从PLC控制单元用于采集系统机电设备的运行状态和工艺过程参数，同时 接收来自上位人机界面监控平台的设定控制方式和设定参数，根据程序模块的分析结果， 发出相应的控制指令到电气控制单元。4、传感检测仪表单元的液位、流量、浊度、压力、温度和pH值等传感器均设置在相 应的水处理工艺单元上，并通过与其传感器相连接的变送器将这些工艺参数信号转换为标 准4 20mA的电流信号，传送到各自对应的主或从PLC控制单元的模拟量输入模块，作为 系统运行调整的控制参数。[0017]本实用新型提供了一种矿井水净化处理的全过程监控系统，主要通过传感检测仪 表单元，采集系统运行的液位、流量、浊度、压力、温度和PH值等工艺参数信息，并将这些信 息传送到相应的PLC控制单元，经PLC控制单元中的程序模块分析，以及上位人机界面监控 平台给出的控制方式和设定参数，由PLC控制单元发出控制指令到电气控制单元，电气控 制单元执行指令，启动或停止相应的机电设备，达到自动控制的目的，同时电气控制单元将 设备的运行状态反馈给PLC控制单元，再到上位人机界面监控平台和工艺模拟屏，最终达 到全过程监控的目的。本实行新型具有自动化程度高、人机界面良好、操作简单、工人劳动 强度低、水处理系统运行稳定等特点，非常适合新建和改扩建的矿井水净化处理厂，为煤矿 矿井水资源化利用提供最佳的全过程监控系统。
图1是本实用新型的一种接线示意图。标记说明1_上位机；2-显示器；3-打印机；4-工艺模拟屏；5-主PLC控制单元； 6-从PLC控制单元；7-传感检测仪表单元；8-电气控制单元。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。实施例1 如图1所示，本实施例的全过程监控系统包括上位机1 (工业控制计算机)、显示器 2、打印机3、工艺模拟屏4、主PLC控制单元5 (可编程逻辑控制器)和从PLC控制单元6、传 感检测仪表单元7和电气控制单元8。上位机1与主PLC控制单元5相连，显示器2、打印机 3和工艺模拟屏4分别与上位机1相连；传感检测仪表单元7和电气控制单元8分别与主 PLC控制单元5相连，从PLC控制单元6与主PLC控制单元5相串联，每个从PLC控制单元连 接有传感检测仪表单元7和电气控制单元8。打印机3与上位机1通过USB串口通讯，用于 打印系统的运行报表。主PLC控制单元5和从PLC控制单元6均包括电源模块、CPU模块、 模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、开关量隔离继电器和模拟量信号隔离器；电气 控制单元8包括断路器、接触器、继电器、变频器、软启动器、按钮和指示灯。其中，上位机1、 工艺模拟屏4和主PLC控制单元5均包括RS232模块，主PLC控制单元5和从PLC控制单 元6包括RS485模块。上位机1通过RS232总线与主PLC控制单元5和工艺模拟屏4分别 进行通讯；主PLC控制单元5和从PLC控制单元6之间通过屏蔽双绞线连接，采用RS485总 线进行通讯；传感检测仪表单元7包括液位、流量、浊度、压力、温度和pH值的传感器和变送 器，将所检测到的液位、流量、浊度、压力、温度和PH值等工艺参数转换为标准的4-20mA电 流信号输入到相应的PLC控制单元的模拟量输入模块；PLC控制单元对采集到工艺参数信 息进行分析，并根据上位人机界面监控平台给出的控制方式和设定参数，由PLC控制单元 发出控制指令到电气控制单元，电气控制单元执行指令，启动或停止水泵、阀门、搅拌机和 刮泥机等机电设备，达到自动控制的目的，同时电气控制单元将设备的运行状态反馈给PLC 控制单元开关量输入输出模块，再到上位人机界面监控平台和工艺模拟屏，最终达到全过 程监控的目的。具体工作过程为，将本实例的传感检测仪表单元所包括的液位、流量、浊度、压力、温度和PH值等传感器和变送器安装到相应的工艺单元上，采集系统的液位、流量、浊度、压 力、温度和PH值工艺参数信息，并通过标准的4-20mA电流信号传送到设置在中央控制室主 PLC控制单元或设置在现场从PLC控制单元，主或从PLC控制单元采用屏蔽双绞线RS485进 行通讯，所有信息汇集到主PLC控制单元；主PLC控制单元根据设置在中央控制室的上位人 机界面监控平台(由上位机和显示器组成)给出的控制方式和设定参数，以及系统采集到的 工艺参数，通过程序模块分析后，发出控制指令到设置在各工艺单元电气控制单元，各电气 控制单元执行指令，控制位于现场的水泵、阀门、搅拌机和刮泥机等机电设备，达到远程自 动控制的目的，同时各电气控制单元将机电设备的运行状态反馈给PLC控制单元，再到上 位人机界面监控平台和工艺模拟屏，实现全过程监控的最终效果。本监控系统主要通过采集系统的运行工艺参数，并根据上位人机界面监控平台给 定的控制方式和参数，PLC控制单元发出控制信号到电气控制单元来完成对机电设备的控 制，并对设备的运行状况进行监视，达到矿井水净化处理全过程监控的目的，同时该系统具 有自动化程度高、实时性好、操作简单、人机界面良好、工人劳动强度低、运行数据自动记 录，在线修改参数、系统运行稳定、运行成本低等特点。应理解，该实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外 应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动 或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求一种矿井水净化处理全过程监控系统，其特征在于包括用于检测矿井水净化处理过程中各环节工艺参数的传感检测仪表单元(7)，电气控制单元(8)，以及对传感检测仪表单元(7)和电气控制单元(8)传来的数据进行监测和处理的监控管理器；该监控管理器包括对传感检测仪表单元(7)和电气控制单元(8)传来的数据进行处理的主PLC控制单元(5)和若干个从PLC控制单元(6)，与主PLC控制单元(5)相连的上位机(1)，以及与上位机(1)相连的显示器(2)、打印机(3)和工艺模拟屏(4)；传感检测仪表单元(7)和电气控制单元(8)分别与主PLC控制单元(5)相连，若干个从PLC控制单元(6)与主PLC控制单元(5)相串联，每个从PLC控制单元连接有传感检测仪表单元(7)和电气控制单元(8)。
2.根据权利要求1所述的矿井水净化处理全过程监控系统，其特征在于所述的主PLC 控制单元(5)和从PLC控制单元(6)均包括电源模块、CPU模块、模拟量输入输出模块、开关 量输入输出模块、开关量隔离继电器和模拟量信号隔离器。
3.根据权利要求1所述的矿井水净化处理全过程监控系统，其特征在于所述的传感 检测仪表单元(7)包括液位传感器和变送器、流量传感器和变送器、浊度传感器和变送器、 压力传感器和变送器、温度传感器和变送器、PH传感器和变送器。
4.根据权利要求1所述的矿井水净化处理全过程监控系统，其特征在于所述的电气 控制单元(8)包括断路器、接触器、继电器、变频器、软启动器、按钮和指示灯。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的矿井水净化处理全过程监控系统，其特征在于 所述的上位机(1)、工艺模拟屏(4)和主PLC控制单元(5)均包括RS232模块。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的矿井水净化处理全过程监控系统，其特征在于 所述的主PLC控制单元(5)和从PLC控制单元(6)包括RS485模块。
7.根据权利要求5所述的矿井水净化处理全过程监控系统，其特征在于所述的主PLC 控制单元(5)和从PLC控制单元(6)包括RS485模块。
专利摘要本实用新型属于工业自动化监控技术领域，涉及一种矿井水净化处理全过程监控系统，该系统通过传感检测仪表单元采集系统运行的液位、流量、浊度、压力、温度和pH值等工艺参数，将这些信息传送到相应的PLC控制单元，经PLC控制单元中的程序模块分析，以及上位人机界面监控平台给出的控制方式和设定参数，由PLC控制单元发出控制指令到电气控制单元，电气控制单元执行指令启动或停止相应的机电设备，达到自动控制的目的，同时电气控制单元将设备的运行状态反馈给PLC控制单元，再到上位人机界面监控平台和工艺模拟屏，解决了现有矿井水净化处理系统自动化程度低、控制分散、工人劳动强度大、处理水质不稳定的技术问题。
文档编号C02F1/00GK201638081SQ201020168650
公开日2010年11月17日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者周如禄, 崔东锋, 朱留生, 郭中权 申请人:煤炭科学研究总院杭州环保研究院