PLC控制系统在矿井水处理工程中的应用分析

刘翠+钟加明

摘 要：本文阐述了矿井水处理的主要工艺流程和工艺特点，并对PLC自动控制系统的工作原理以及硬件的组成和软件设计进行了分析和探讨，经实践应用后，可知PLC控制系统具有操作简单且故障率低等多方面的优势，该系统的投入应用不仅可以提高水处理的运行效率，确保系统的稳定可靠性，而且还可以大大降低职工的劳动强度。

关键词：PLC控制系统；水处理；实践应用

中图分类号：TM76 文献标识码：A

煤矿矿井水依据其中有害物质可以分为含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水及酸性矿井水，其主要以含悬浮物矿井水为主。假若矿井水不经处理直接排放到地表的话，会造成周边农作物的环境污染，因此加强对矿井水的处理利用，是目前研究的重要课题。矿井水经处理后不仅可以用于工业生产用水如电厂锅炉用水，还可以用于日常生活用水，可有效解决我国水资源紧缺的问题。通过在矿井水处理系统中应用PLC自动控制技术，可有效实现矿井水处理工艺设备的自动检测和控制，确保了水处理工作的稳定运作。

1.煤矿矿井水水处理工艺流程分析

如图1所示，煤矿矿井水原水主要通過提升泵进入预沉调节池，在预沉调节池停留过程中可将水中的悬浮物进行初步沉降，煤泥沉积于池底。然后通过池中设置的行车式刮泥机将煤泥刮到泥斗中，再通过排泥泵打到污泥池。调节池出水通过水泵打到反应池中，为了增强沉淀处理效果可在反应池中投加混凝剂、助凝剂搅拌均匀后进入斜管沉淀池中进一步沉降去除悬浮物后再进入中间水池。沉淀分离的污泥沉积于池底泥斗中通过控制排泥阀定期排入污泥池中。中间水池中的水通过两组水泵分别送至制浆站直接回用，另一部分送至无阀滤池中进行过滤处理，中间水池剩余的水外排。无阀滤池出水进入消毒池，在消毒池入水口投加二氧化氯消毒，使处理后的水中维持一定的余氯量，防止供水系统中细菌的滋生。消毒后的水再通过回用水泵送至工业锅炉等用水点回用。

2. PLC自动控制系统的控制要求及功能分析

PLC自动控制系统的控制要求主要对整个水处理工艺进行综合控制，对矿井水处理工艺流程中的每个环节进行实时监控进而确保水处理系统能够安全、稳定地运行，最终使出水质达到规定的要求指标。

在整个水处理工艺流程中主要工艺环节有3个阶段：即原水提升阶段、净化处理阶段和煤泥过滤阶段。因此PLC控制系统主要针对这3个系统阶段进行相应地控制，以确保水处理系统的稳定运行。针对原水提升阶段，主要依据矿井水来水量和蓄水池的液位变化情况，来实现原水提升开停台数和时间的自动化控制，进而将原水提升至预沉调节池内；针对净化处理阶段，其控制原理主要是根据预沉调节池液位变化情况来对原水进行处理，主要控制的是反应池中混凝剂、助凝剂的投加量；煤泥过滤阶段，其控制原理主要是依据煤泥沉淀池的液位情况来控制排泥阀，将煤泥分离排出，以确保系统的稳定运行。

3. PLC控制系统的硬件构成

通常情况下水处理过程中的原水提升系统分布在矿区内部，与水处理站是分开的，因此整个PLC自动控制系统需要设置主PLC和子PLC两套系统。两套PLC通过远超通信的方式进行数据交换。PLC自动控制系统主要由监控工控机、PLC及相关的参数监测仪表和配套的电气控制系统组成。PLC系统主要采用的是日本欧姆龙公司的中型机C200H系列，同时还配置了相应的开关量输入输出模块和模拟量输入输出模块，其硬件构成如图2所示。

4. PLC控制系统的程序设计

对于欧姆龙公司C200H系列PLC系统来说，其编程软件可采用CPT和CX-Programmer来进行程序的编写，在此所采用的编程软件为CX-Programmer，并采用了结构化的编程方式来设计程序，继而实现对各个阶段系统的功能控制。即用编写的主程序来调用各个子程序的运行。

主程序的编写较为简单，通常主程序和子程序之间的调用主要是通过简单的指令就可以实现。子程序的编写是PLC程序的关键环节，PLC的程序设计采用的是结构化的编程方式，其子程序主要有：自动过滤反冲洗子程序、自动加药子程序、工艺模拟量处理子程序、自动消毒子程序、恒压供水子程序、煤泥处理子程序等。

（1）自动过滤反冲洗子程序，主要根据原水池的液位变化情况来控制原水泵的启停，再根据过滤系统的前后压差与设定的压差数值进行对比分析，实现自动开启反冲洗阀门，完成反冲洗作业。

（2）自动加药子程序，用于控制水处理过程中的药剂的投加。工作原理主要是根据系统检测的运行水量和水质的变化情况进行药剂的投加。此外，加药泵计量泵与相应的药箱进行液位连锁。

（3）工艺模拟量处理子程序，主要是通过安装的在线检测仪器来对系统运行过程中的一些工艺参数进行测量。比如：液位、液压、流量、电导率和pH值等相关工艺参数。采集的参数数据再传输到PLC系统经分析计算后来得出相应的控制结果，并以此作为控制依据。

（4）自动消毒子程序，该程序的控制对象主要是二氧化氯发生器和加氯增压泵，根据出水量的大小情况来自动调节加氯量。加氯量的调节再通过电磁脉冲的形式来对盐酸计量泵和氯酸钠计量泵进行自动调控。

（5）恒压供水子程序，主要对系统的供水泵进行变频调速控制，通过对供水管网的水压进行分析后，再采用变频器内部的PID控制环实现供水泵的恒压供水。

（6）煤泥处理子程序，主要对煤泥水池的液位变化情况进行分析和判断，来启动煤泥压滤系统进而开启煤泥泵和压滤机，对煤泥水进行过滤处理。

结语

PLC控制系统具有亦易操作、运行稳定等诸多优点，实现了水处理站的无人值守和智能化运行。通过在煤矿矿井水处理系统中引入PLC自动控制系统，经时间后，不仅实现了对水处理系统的实时监控，而且还极大地降低了设备运行的故障率，减轻了员工的劳动强度。

参考文献

[1]欧姆龙（中国）有限公司.可编程序控器.C200HX/C200HG/C200HE编程手册[M].1997.

[2]周如禄.矿井水净化处理自动化监控系统开发与应用[J].煤炭学报，2012（s1）：202-206.