CN110227708A - 一种土壤原位热脱附智能化控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤原位热脱附智能化控制系统，用于对一待修复场地中的土壤进行修复，待修复场地至少划分为一个区域，其包括：多组加热井、多个加热棒、控制交换机、多个区域配电柜、多个区域PLC、多个接线箱、多个监测井以及控制计算机。本发明利用自动化控制技术对现有原位热脱附技术进行升级改造，不仅实现了对收集场地中的环境参数及设备的运行状态的自动采集，还能够根据具体的原位热脱附工艺需求及时、自动地调整设备的运行，降低了人力成本、运行成本并且提高了修复效率，同时降低了人为因素对技术实施的影响。
Description
技术领域
本发明涉及土壤污染治理领域，具体而言，涉及一种土壤原位热脱附智能化控制系统。
背景技术
原位热脱附技术是一种治理土壤污染的切实有效的方法，现阶段，该方法是将三根三角形接线的电阻加热棒组合为一组并将其插入地下，通过380V三相交流电流经电阻加热棒，使得加热棒的温度提高后，再经热传导方式加热土壤，使得土壤的温度升高，从而使土壤内的挥发性污染物从土壤中脱附，然后收集气态污染物进行处理。随着污染场地的面积扩大，可通过计算确定加热棒间距后布置一定数量的加热棒组对全场地进行加热。
上述方法技术特点明确、工艺清晰，但是每组加热棒耗电量较大，如果污染场地面积较大，一次性启动加热棒所需用电负荷较大，在实施过程中，如果使用人工操作，其操作强度大，且对场地整体情况无法掌握，导致修复过程无法严格按照工艺参数进行，影响修复的效率及效果。另外，在加热过程中，必须对加热棒及场地的升温情况进行监控，以保证加热棒不因温升过高而损坏，因此于监控过程中需要相当数量的监控设备和电力。
发明内容
本发明提供一种土壤原位热脱附智能化控制系统，用以提高土壤污染治理的效率。
为达到上述目的，本发明提供了一种土壤原位热脱附智能化控制系统，用于对一待修复场地中的土壤进行修复，所述待修复场地至少划分为一个区域，其包括：
多组加热井，每组加热井包括3个加热井，隶属于同一组的加热井均位于同一区域，每一加热井的内侧井壁上均设有钢管护壁；
多个加热棒，每一加热棒均呈圆柱形，每一加热棒分别竖直设置在其中一个加热井中并不与内侧井壁接触，加热棒由内至外依次包括外壳、加热丝和热电偶，加热丝周围填充有填充料，每一加热棒的顶部均设有一对加热丝接线柱；
控制交换机；
多个区域配电柜，每一区域的边界处或内部均设有一个区域配电柜，每一区域配电柜具有一进线回路和多个输出回路，每个输出回路对应一组加热井，于区域配电柜的外壳表面设有与每一输出回路对应的手动启停按钮和就地/远程控制切换旋钮，于进线回路处设有回路接触器，回路接触器具有一回路接触器线圈，于区域配电柜的外壳表面设有分别用于控制每一回路接触器线圈接通/断开的按钮，每一输出回路均设有互感器，互感器与区域配电柜外壳表面的多功能电能表连接；
多个区域PLC，分别设置在每一区域的边界处并且分别与控制交换机以及对应区域的区域配电柜连接，每一区域PLC的外壳表面均设有一模拟量输入端口、一模拟量输出端口、一数字量输入端口以及一数字量输出端口，区域PLC控制对应的回路接触器线圈接通/断开，区域PLC的数字量输入端口与对应区域配电柜中的互感器、多功能电能表连接，区域PLC的数字量输出端口与对应区域配电柜中的回路接触器线圈连接；
多个接线箱，每一接线箱的外壳表面均设有3个电流表以及3个温度表，每个接线箱对应一组加热井并且其内部设有一变功器和一智能报警模块，变功器具有一上口、一下口和一外部信号输入端口，变功器的上口与对应的区域配电柜的其中一个输出回路连接，变功器的下口与一接线箱接触器连接后与该组加热井对应3个加热棒中的3对加热丝接线柱连接，接线箱接触器与区域PLC的数字量输入端口连接，每一对加热丝接线柱与对应的电流表之间连接有两个电流互感器，3个温度表分别与3个加热棒中的3个热电偶以及智能报警模块的输入端连接，3个电流表和3个温度表由一开关电源供电，开关电源与变功器的上口连接，智能报警模块的输出端与对应的区域PLC的数字量输入端口以及变功器的外部信号输入端口连接，变功器与区域PLC的模拟量输出端口连接；
多个监测井，每一区域中至少设有一个监测井，每一监测井内部均设有温度传感器和压力传感器，于每一监测井井口处均设有变送器，变送器与温度传感器和压力传感器以及模拟量输入端口连接；
控制计算机，与控制交换机连接。
在本发明的一实施例中，区域PLC与控制交换机之间、控制交换机与控制计算机之间均通过网线或光纤连接。
在本发明的一实施例中，区域配电柜、控制交换机和控制计算机均采用独立供电回路进行供电。
在本发明的一实施例中，变送器的外部设有井口保护盒。
本发明提供的土壤原位热脱附智能化控制系统利用自动化控制技术对现有原位热脱附技术进行升级改造，不仅实现了对收集场地中的环境参数及设备的运行状态的自动采集，还能够根据具体的原位热脱附工艺需求及时、自动地调整设备的运行，降低了人力成本、运行成本并且提高了修复效率，同时降低了人为因素对技术实施的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为加热棒的结构示意图；
图2为本发明提供的土壤原位热脱附智能化控制系统的示意图；
图3为区域配电柜的示意图；
图4为区域PLC外壳表面的示意图；
图5为接线箱的示意图；
图6为监测井的示意图；
图7为加热棒组的示意图。
附图标记说明：1-加热井(一组)；11-加热井(一个)；110-钢管护壁；2-加热棒；21-外壳；22-加热丝；23-热电偶；24-填充料；25-加热丝接线柱；3-控制交换机；4-区域配电柜；41-进线回路；410-回路接触器；42-输出回路；420-互感器；43-手动启停按钮；44-就地/远程控制切换旋钮；45-按钮；46-多功能电能表；5-区域PLC；51-模拟量输入端口；52-模拟量输出端口；53-数字量输入端口；54-数字量输出端口；A-待修复场地；B1-B5-区域；6-接线箱；61-电流表；62-温度表；63-变功器；631-上口；632-下口；633-外部信号输入端口；64-智能报警模块；641-智能报警模块的输入端；65-接线箱接触器；66-电流互感器；7-开关电源；8-监测井；81-温度传感器；82-压力传感器；83-变送器；84-井口保护盒；9-控制计算机；k-手动开关；K-按钮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示为加热棒的结构示意图，如图2所示为本发明提供的土壤原位热脱附智能化控制系统的示意图，本发明提供的土壤原位热脱附智能化控制系统用于对一待修复场地A中的土壤进行修复，待修复场地至少划分为一个区域(本实施例中划分为区域B1-区域B5)，其包括：
多组加热井1，每组加热井1包括3个加热井11，加热井11的数目、位置需要根据区域中土壤修复的实际需要进行设计，隶属于同一组的加热井11均位于同一区域，每一加热井11的内侧井壁(加热井的内侧面和底面)上均设有钢管护壁110，可见，每一区域中加热井11的总数为3的整数倍；
多个加热棒2，如图1所示，每一加热棒2均呈圆柱形，每一加热棒2分别竖直设置在其中一个加热井11中并不与内侧井壁接触，加热棒2位于加热井11的中心，其底部不与钢管护壁110接触，每组加热井1包括3个加热棒，此3个加热棒构成一个加热棒组，如图7所示为加热棒组的示意图，加热棒2由内至外依次包括外壳21、加热丝22和热电偶23，加热丝22周围填充有填充料24，每一加热棒2的顶部均设有一对加热丝接线柱25；
控制交换机3；
多个区域配电柜4，每一区域B1-B5的边界处或内部均设有一个区域配电柜4，如图3所示为区域配电柜的示意图，每一区域配电柜4具有一进线回路41和多个输出回路42，每个输出回路42对应一组加热井1，于区域配电柜4的外壳表面设有与每一输出回路对应的手动启停按钮43和就地/远程控制切换旋钮44，于进线回路41处设有回路接触器410，回路接触器具410有一回路接触器线圈(图中未示出)，于区域配电柜4的外壳表面设有分别用于控制每一回路接触器线圈接通/断开的按钮45，每一输出回路42均设有互感器420，互感器420与区域配电柜4外壳表面的多功能电能表46连接，多功能电能表46用于统计每一回路的用电量；
多个区域PLC5，分别设置在每一区域的边界处并且分别与控制交换机3以及对应区域的区域配电柜4连接，如图4所示为区域PLC外壳表面的示意图，每一区域PLC5的外壳表面均设有一模拟量输入端口51、一模拟量输出端口52、一数字量输入端口53以及一数字量输出端口54，区域PLC5控制对应的回路接触器线圈接通/断开，区域PLC5的数字量输入端口53与对应区域配电柜4中的互感器420、多功能电能表46连接，区域PLC5的数字量输出端口54与对应区域配电柜4中的回路接触器线圈连接；
多个接线箱6，设置在区域内部，于图1中仅在区域B2中绘示出了接线箱6，其余区域与区域B2为同样的连接方式，故未重复绘示，如图5所示为接线箱的示意图，每一接线箱6的外壳表面均设有3个电流表61以及3个温度表62，接线箱6内部设有手动开关k并且于接线箱外壳表面设有用于控制手动开关的按钮K，每个接线箱6对应一组加热井1并且其内部设有一变功器63和一智能报警模块64，变功器63具有一上口631、一下口632和一外部信号输入端口633，变功器61的上口631与对应的区域配电柜4的其中一个输出回路42连接，变功器的63下口632与一接线箱接触器65连接后与该组加热井1对应3个加热棒中的3对加热丝接线柱25连接，接线箱接触器65与区域PLC5的数字量输入端口53连接，每一对加热丝接线柱25与对应的电流表61之间连接有两个电流互感器66，电流表61用于显示与之对应的加热棒中的电流，3个温度表62分别与3个加热棒2中的3个热电偶23以及智能报警模块64的输入端641连接，温度表62用于显示与之对应的加热棒的温度，3个电流表61和3个温度表62由一开关电源7(开关电源7接区域配电柜4的输出回路)供电，开关电源7与变功器63的上口631连接，智能报警模块64的输出端642与对应的区域PLC5的数字量输入端口以53及变功器63的外部信号输入端口633连接，变功器63与区域PLC5的模拟量输出端口52连接；
多个监测井8，每一区域中至少设有一个监测井8，如图6所示为监测井的示意图，每一监测井8内部均设有温度传感器81和压力传感器82，于每一监测井8井口处均设有变送器83，变送器83与温度传感器81和压力传感器82以及模拟量输入端口51连接，变送器83的外部设有井口保护盒84，井口保护盒84用于保护变送器83及其接线端子不被雨淋或外力破坏；
控制计算机9，与控制交换机3连接，控制计算机9具有一显示屏，可以显示各区域中各设备的运行状态，并且可以远程控制各区域中各设备的启动/停止。
图2中，待修复场地A、区域B1-区域B5的形状、大小仅为示例性说明，实际实施时，待修复场地A、区域B1-区域B5均可以为其他不规则形状。
本发明中，接线箱6中温度表的报警输出为并联输出，即将电源+极分别连接到每一个温度表报警输出的+接线柱上，将第一个温度表的-接线柱和第二个温度表的-接线柱连接，依次连接后和智能报警模块64+极连接，智能报警模块64-极和电源-极连接，这种连接方式能够实现任意一个温度表发出报警，都能够触发智能报警模块64。
本发明中，当一个加热棒组中的三根加热棒的任一根的温度超过预先设置的温度值时，智能报警模块64即发出报警信号，智能报警模块64控制变功器63停止工作，并向该区域中的区域PLC5发出温度超限信号。当一个加热棒组中的任一根出现故障而导致电流三相不平衡时，智能报警模块64向该区域中的区域PLC5发出故障信号，因该故障并非致命故障，所以出现此故障并不停机。
图2中，区域PLC 5与控制交换机3之间、控制交换机3与控制计算机9之间均通过网线或光纤连接，区域配电柜4、控制交换机3和控制计算机9均采用独立供电回路进行供电，本实施例中，区域PLC 5与控制交换机3之间、控制交换机3与控制计算机9之间使用TCP/IP协议传输数据和指令，包括设备的运行数据、场地中的环境参数数据、设备运行指令等。
为增强本发明的环境变换抵抗能力，本发明中的各设备还可以进一步配置UPS不间断电源，以于外部市电断开时及时切换至UPS供电。
本发明提供的土壤原位热脱附智能化控制系统利用自动化控制技术对现有原位热脱附技术进行升级改造，不仅实现了对收集场地中的环境参数及设备的运行状态的自动采集，还能够根据具体的原位热脱附工艺需求及时、自动地调整设备的运行，降低了人力成本、运行成本并且提高了修复效率，同时降低了人为因素对技术实施的影响。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种土壤原位热脱附智能化控制系统，用于对一待修复场地中的土壤进行修复，所述待修复场地至少划分为一个区域，其特征在于，包括：
多组加热井，每组加热井包括3个加热井，隶属于同一组的加热井均位于同一区域，每一加热井的内侧井壁上均设有钢管护壁；
多个加热棒，每一加热棒均呈圆柱形，每一加热棒分别竖直设置在其中一个加热井中并不与内侧井壁接触，加热棒由内至外依次包括外壳、加热丝和热电偶，加热丝周围填充有填充料，每一加热棒的顶部均设有一对加热丝接线柱；
控制交换机；
多个区域配电柜，每一区域的边界处或内部均设有一个区域配电柜，每一区域配电柜具有一进线回路和多个输出回路，每个输出回路对应一组加热井，于区域配电柜的外壳表面设有与每一输出回路对应的手动启停按钮和就地/远程控制切换旋钮，于进线回路处设有回路接触器，回路接触器具有一回路接触器线圈，于区域配电柜的外壳表面设有分别用于控制每一回路接触器线圈接通/断开的按钮，每一输出回路均设有互感器，互感器与区域配电柜外壳表面的多功能电能表连接；
多个区域PLC，分别设置在每一区域的边界处并且分别与控制交换机以及对应区域的区域配电柜连接，每一区域PLC的外壳表面均设有一模拟量输入端口、一模拟量输出端口、一数字量输入端口以及一数字量输出端口，区域PLC控制对应的回路接触器线圈接通/断开，区域PLC的数字量输入端口与对应区域配电柜中的互感器、多功能电能表连接，区域PLC的数字量输出端口与对应区域配电柜中的回路接触器线圈连接；
多个接线箱，每一接线箱的外壳表面均设有3个电流表以及3个温度表，每个接线箱对应一组加热井并且其内部设有一变功器和一智能报警模块，变功器具有一上口、一下口和一外部信号输入端口，变功器的上口与对应的区域配电柜的其中一个输出回路连接，变功器的下口与一接线箱接触器连接后与该组加热井对应3个加热棒中的3对加热丝接线柱连接，接线箱接触器与区域PLC的数字量输入端口连接，每一对加热丝接线柱与对应的电流表之间连接有两个电流互感器，3个温度表分别与3个加热棒中的3个热电偶以及智能报警模块的输入端连接，3个电流表和3个温度表由一开关电源供电，开关电源与变功器的上口连接，智能报警模块的输出端与对应的区域PLC的数字量输入端口以及变功器的外部信号输入端口连接，变功器与区域PLC的模拟量输出端口连接；
多个监测井，每一区域中至少设有一个监测井，每一监测井内部均设有温度传感器和压力传感器，于每一监测井井口处均设有变送器，变送器与温度传感器和压力传感器以及模拟量输入端口连接；
控制计算机，与控制交换机连接。
2.根据权利要求1所述的土壤原位热脱附智能化控制系统，其特征在于，区域PLC与控制交换机之间、控制交换机与控制计算机之间均通过网线或光纤连接。
3.根据权利要求1所述的土壤原位热脱附智能化控制系统，其特征在于，区域配电柜、控制交换机和控制计算机均采用独立供电回路进行供电。
4.根据权利要求1所述的土壤原位热脱附智能化控制系统，其特征在于，变送器的外部设有井口保护盒。
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