S7—200 PLC控制压滤系统在盾构工程废浆处理中的应用

欧阳素琴

摘 要：盾构机在粘土地层掘进时，泥浆中粘泥颗粒较多，粘度较高，旋流器分离性能会下降，此时需要排放掉部分高粘度泥浆，还有一种情况是在设备应急处理后有部分泥浆被直接排放到沉淀池，这些泥浆在最后都必须经压滤处理后或者回用或者达到标准后排放。为满足这种要求，将压滤系统用于处理盾构工程所排放的废浆应运而生。此压滤系统通过西门子S7-200PLC控制器，实现全自动集中控制，盾构废浆经压滤处理后形成泥饼，运输非常方便，也大大减少了外排的数量。

关键词：西门子S7-200PLC控制器；自动集中控制；盾构废浆处理

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

盾构机在粘土地层掘进时，泥浆中粘泥颗粒较多，粘度较高，旋流器分离性能会下降。经二级泥水分离设备处理后，泥浆中细微粘土颗粒逐渐富集，如不及时予以去除，将则引起泥浆比重和粘度上升，直接降低泥浆携渣能力及环流系统泵送能力，进而降低了盾构机的掘进效率。压滤设备的功用就是在泥水分离设备不能分离出足够固相，不能将泥浆比重还原到掘进初期的低值1.10～1.20g/cm3左右时，对这些盾构废浆进行彻底的固液分离，通过絮凝、干化、脱水等处理，实现工程施工“零排放”。

1 系统简介

1.1 主要组成部分

压滤系统主要由厢式压滤机、压滤泵、泥浆罐及搅拌、空压机及气罐、浆液管路、气动管路及各控制阀门等组成。厢式压滤机负责固液分离，将泥浆脱水压成泥饼；压滤泵将泥浆罐储存的浆液泵送至压滤机空腔内；搅拌器对泥浆罐储存的浆液进行搅拌，不沉淀；空压机及气罐产生压力合适的浓缩气体，为压滤机提供隔膜压榨的动力，并为各阀门提供气动能源；浆液管路及控制阀门，在各个工艺阶段，按既定程序相应开启与关闭，实现整个系统工艺的全自动控制。

1.2 压滤系统工作流程

（1）压滤前泥浆的改良。物料性质对压滤速度的影响是多方面的，而最主要是通过影响滤饼的孔隙状态来影响过滤过程，或者说物料的粒度及其组成直接影响滤饼空隙率及孔隙的大小，从而影响物料的过滤过程。此外，细物料越多，压滤过程中越容易堵塞滤布，影响压滤速度。因此加入絮凝劑改善物料粒度，就可以提高过滤的速度。为提高压滤效率，特设有絮凝剂添加功能单元，絮凝剂的制备利用化学制浆设备来制备。

（2）压滤设备工作过程。压滤泵将待压泥浆罐中的泥浆泵送至压滤机滤板间的密闭腔室，泥浆中的固相颗粒被滤布拦截并逐渐富集形成滤饼，滤液透过滤布流出进入滤液收集箱。滤液箱内液位达到一定高度时，排水泵开启，将滤液排出，滤液箱内液位降低到一定高度时，排水泵停止，剩余滤液将用于管道的冲洗。泵送泥浆过程中滤饼逐渐增厚，压力逐渐升高，泵送泥浆流量逐渐减小。当压力达到设定值、过滤出水量很少时，说明滤饼形成，此时进行一次隔膜压榨，尽可能多的挤压出滤饼中的水分，压滤机松开滤板并卸料。当卸料完成后，泥浆泵随即对进浆管路进行冲洗，准备下一流程。

压紧滤板：主液压缸动作，连杆带动移动板，相邻两滤板形成滤室。确保油缸上的电解接点压力表上限指针调至保压范围，压力达到电接点压力表的上限时，电机自动停止运转。

保压：液压电机停止运转后，进料口阀门打开，压滤泵启动，开始进料，这时压滤机处于自动保压状态，在压力的作用下，滤浆经过滤介质（滤布）开始过滤，当油缸上的电解接点压力达到下限时，压滤机液压电机会自动补压。

压滤：压滤泵将料浆通过料浆集流管注入滤室，继续对滤室内的料浆施压，进行压滤形成固液分离。

隔膜压榨：采用0.80-1.20MPa的高压空气将滤板隔膜鼓起，挤压滤饼，进一步脱水。

反吹：采用0.80-1.20MPa的压缩空气对压滤机内的空腔进行吹风，将未流出的水反吹至储浆罐中，减少卸料时流出的明水。

泄气：在滤板松开之前，为了避免滤板炸烂，必须将滤板隔膜里的气体排出，使管道内的气压达到电解接点下限时，表示泄气完成。

卸饼：主液压缸通过连杆作用，将移动板推至远端并打开第一组滤室，然后利用液压缸依次打开剩下的滤室，卸下滤饼。

1.3 压滤设备特点

（1）压滤设备处理泥浆不仅有系统主动调整时的弃浆，还有收集的透筛底流。亦可对渣场污泥池及洗砂沉淀池的沉淀物进行压滤。本设备有以下特点：（2）全部压滤流程均为PLC自动控制，自动进行压滤流程切换；（3）压滤系统具备助滤等浆液改良功能；（4）压滤后渣料含水率可低至23%，可以直接装车外运。压滤后回收的清水直接回调浆池与二级旋流后的泥浆混合，使比重还原到进泥所需之值。

2 压滤系统的控制操作

系统控制采用西门子S7-200可编程控制器， 系统软件采用step7_microwin sp6进行程序编写，并选用台达DOP-B10S615真彩触摸屏，配上断路器、接触器、热继电器、开关电源、按钮、变频器及位置检测等电气控件，配上西门子EM277通讯模块后，与泥水分离设备的S7-300PLC控制系统可实现远程数据交换，实现了对整个系统工作流程的远程控制及时实监控。该压滤系统有两种控制方法：手动控制和自动控制。手动控制即选择“手动”，在操作面板上通过按钮，可完成单台设备的手动启停。自动控制即选择“自动”，在自动模式下有二种流程方式：生产启动和半自动拉板，根据工况具体阶段，选择相应的方式，系统将自动完成程序设定的相应工艺流程。

a. “生产启动”：先选择自动方式，再选择“生产启动”工艺，系统按照设定程序及所设定的时间参数，依次完成压紧--进浆--保压--隔膜压榨--反吹--泄气--泄荷--松开--拉板--取板--直至最后一块板被拉完--再次压紧--程序结束。“生产启动”自动流程开始前，压滤机必须满足条件：小车退到位，否则程序将不会启动。

b. “半自动拉板”：先选择自动方式，再选择“半自动拉板”工艺，系统将从泄气开始，再依次进行泄荷--松开--拉板--取板，直至最后一块板被拉完。此工艺流程适应于腔内滤饼已经形成、只需直接卸料的情况，或者更换、清洗和维护滤板时使用。流程中，按下“程序停”或“急停”按钮时，系统中各设备便以相应的方式停止下来。

3 结语

盾构压滤控制系统具有友好的人机界面和便捷的操作方式，实现了废浆处理过程中的全自动化操作，实现了整个处理系统的高效、安全、稳定运行。在盾构工程中，应用压滤系统处理排放掉的高粘度泥浆，或因应急被直接排放至沉淀池的泥浆，这些泥浆在最后都必须经压滤处理后或者回用或者达到标准后排放，真正实现了工程施工“零排放”，为城市环保建设做出卓越贡献。