PLC控制系統在礦井水處理工程中的應用分析

劉翠+鐘加明

摘 要：本文闡述了礦井水處理的主要工藝流程和工藝特點，并對PLC自動控制系統的工作原理以及硬件的組成和軟件設計進行了分析和探討，經實踐應用后，可知PLC控制系統具有操作簡單且故障率低等多方面的優勢，該系統的投入應用不僅可以提高水處理的運行效率，確保系統的穩定可靠性，而且還可以大大降低職工的勞動強度。

關鍵詞：PLC控制系統；水處理；實踐應用

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

煤礦礦井水依據其中有害物質可以分為含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水及酸性礦井水，其主要以含懸浮物礦井水為主。假若礦井水不經處理直接排放到地表的話，會造成周邊農作物的環境污染，因此加強對礦井水的處理利用，是目前研究的重要課題。礦井水經處理后不僅可以用于工業生產用水如電廠鍋爐用水，還可以用于日常生活用水，可有效解決我國水資源緊缺的問題。通過在礦井水處理系統中應用PLC自動控制技術，可有效實現礦井水處理工藝設備的自動檢測和控制，確保了水處理工作的穩定運作。

1.煤礦礦井水水處理工藝流程分析

如圖1所示，煤礦礦井水原水主要通過提升泵進入預沉調節池，在預沉調節池停留過程中可將水中的懸浮物進行初步沉降，煤泥沉積于池底。然后通過池中設置的行車式刮泥機將煤泥刮到泥斗中，再通過排泥泵打到污泥池。調節池出水通過水泵打到反應池中，為了增強沉淀處理效果可在反應池中投加混凝劑、助凝劑攪拌均勻后進入斜管沉淀池中進一步沉降去除懸浮物后再進入中間水池。沉淀分離的污泥沉積于池底泥斗中通過控制排泥閥定期排入污泥池中。中間水池中的水通過兩組水泵分別送至制漿站直接回用，另一部分送至無閥濾池中進行過濾處理，中間水池剩余的水外排。無閥濾池出水進入消毒池，在消毒池入水口投加二氧化氯消毒，使處理后的水中維持一定的余氯量，防止供水系統中細菌的滋生。消毒后的水再通過回用水泵送至工業鍋爐等用水點回用。

2. PLC自動控制系統的控制要求及功能分析

PLC自動控制系統的控制要求主要對整個水處理工藝進行綜合控制，對礦井水處理工藝流程中的每個環節進行實時監控進而確保水處理系統能夠安全、穩定地運行，最終使出水質達到規定的要求指標。

在整個水處理工藝流程中主要工藝環節有3個階段：即原水提升階段、凈化處理階段和煤泥過濾階段。因此PLC控制系統主要針對這3個系統階段進行相應地控制，以確保水處理系統的穩定運行。針對原水提升階段，主要依據礦井水來水量和蓄水池的液位變化情況，來實現原水提升開停臺數和時間的自動化控制，進而將原水提升至預沉調節池內；針對凈化處理階段，其控制原理主要是根據預沉調節池液位變化情況來對原水進行處理，主要控制的是反應池中混凝劑、助凝劑的投加量；煤泥過濾階段，其控制原理主要是依據煤泥沉淀池的液位情況來控制排泥閥，將煤泥分離排出，以確保系統的穩定運行。

3. PLC控制系統的硬件構成

通常情況下水處理過程中的原水提升系統分布在礦區內部，與水處理站是分開的，因此整個PLC自動控制系統需要設置主PLC和子PLC兩套系統。兩套PLC通過遠超通信的方式進行數據交換。PLC自動控制系統主要由監控工控機、PLC及相關的參數監測儀表和配套的電氣控制系統組成。PLC系統主要采用的是日本歐姆龍公司的中型機C200H系列，同時還配置了相應的開關量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊，其硬件構成如圖2所示。

4. PLC控制系統的程序設計

對于歐姆龍公司C200H系列PLC系統來說，其編程軟件可采用CPT和CX-Programmer來進行程序的編寫，在此所采用的編程軟件為CX-Programmer，并采用了結構化的編程方式來設計程序，繼而實現對各個階段系統的功能控制。即用編寫的主程序來調用各個子程序的運行。

主程序的編寫較為簡單，通常主程序和子程序之間的調用主要是通過簡單的指令就可以實現。子程序的編寫是PLC程序的關鍵環節，PLC的程序設計采用的是結構化的編程方式，其子程序主要有：自動過濾反沖洗子程序、自動加藥子程序、工藝模擬量處理子程序、自動消毒子程序、恒壓供水子程序、煤泥處理子程序等。

（1）自動過濾反沖洗子程序，主要根據原水池的液位變化情況來控制原水泵的啟停，再根據過濾系統的前后壓差與設定的壓差數值進行對比分析，實現自動開啟反沖洗閥門，完成反沖洗作業。

（2）自動加藥子程序，用于控制水處理過程中的藥劑的投加。工作原理主要是根據系統檢測的運行水量和水質的變化情況進行藥劑的投加。此外，加藥泵計量泵與相應的藥箱進行液位連鎖。

（3）工藝模擬量處理子程序，主要是通過安裝的在線檢測儀器來對系統運行過程中的一些工藝參數進行測量。比如：液位、液壓、流量、電導率和pH值等相關工藝參數。采集的參數數據再傳輸到PLC系統經分析計算后來得出相應的控制結果，并以此作為控制依據。

（4）自動消毒子程序，該程序的控制對象主要是二氧化氯發生器和加氯增壓泵，根據出水量的大小情況來自動調節加氯量。加氯量的調節再通過電磁脈沖的形式來對鹽酸計量泵和氯酸鈉計量泵進行自動調控。

（5）恒壓供水子程序，主要對系統的供水泵進行變頻調速控制，通過對供水管網的水壓進行分析后，再采用變頻器內部的PID控制環實現供水泵的恒壓供水。

（6）煤泥處理子程序，主要對煤泥水池的液位變化情況進行分析和判斷，來啟動煤泥壓濾系統進而開啟煤泥泵和壓濾機，對煤泥水進行過濾處理。

結語

PLC控制系統具有亦易操作、運行穩定等諸多優點，實現了水處理站的無人值守和智能化運行。通過在煤礦礦井水處理系統中引入PLC自動控制系統，經時間后，不僅實現了對水處理系統的實時監控，而且還極大地降低了設備運行的故障率，減輕了員工的勞動強度。

參考文獻

[1]歐姆龍（中國）有限公司.可編程序控器.C200HX/C200HG/C200HE編程手冊[M].1997.

[2]周如祿.礦井水凈化處理自動化監控系統開發與應用[J].煤炭學報，2012（s1）：202-206.