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(diǎn)，并對(duì)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理以及硬件的組成和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討，經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用后，可知PLC控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單且故障率低等多方面的優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)的投入應(yīng)用不僅可以提高水處理的運(yùn)行效率，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，而且還可以大大降低職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；水處理；實(shí)踐應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

煤礦礦井水依據(jù)其中有害物質(zhì)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(jīng)處理直接排放到地表的話，會(huì)造成周邊農(nóng)作物的環(huán)境污染，因此加強(qiáng)對(duì)礦井水的處理利用，是目前研究的重要課題。礦井水經(jīng)處理后不僅可以用于工業(yè)生產(chǎn)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(guó)水資源緊缺的問(wèn)題。通過(guò)在礦井水處理系統(tǒng)中應(yīng)用PLC自動(dòng)控制技術(shù)，可有效實(shí)現(xiàn)礦井水處理工藝設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)和控制，確保了水處理工作的穩(wěn)定運(yùn)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(guò)提升泵進(jìn)入預(yù)沉調(diào)節(jié)池，在預(yù)沉調(diào)節(jié)池停留過(guò)程中可將水中的懸浮物進(jìn)行初步沉降，煤泥沉積于池底。然后通過(guò)池中設(shè)置的行車式刮泥機(jī)將煤泥刮到泥斗中，再通過(guò)排泥泵打到污泥池。調(diào)節(jié)池出水通過(guò)水泵打到反應(yīng)池中，為了增強(qiáng)沉淀處理效果可在反應(yīng)池中投加混凝劑、助凝劑攪拌均勻后進(jìn)入斜管沉淀池中進(jìn)一步沉降去除懸浮物后再進(jìn)入中間水池。沉淀分離的污泥沉積于池底泥斗中通過(guò)控制排泥閥定期排入污泥池中。中間水池中的水通過(guò)兩組水泵分別送至制漿站直接回用，另一部分送至無(wú)閥濾池中進(jìn)行過(guò)濾處理，中間水池剩余的水外排。無(wú)閥濾池出水進(jìn)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(tǒng)中細(xì)菌的滋生。消毒后的水再通過(guò)回用水泵送至工業(yè)鍋爐等用水點(diǎn)回用。

2. PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制要求及功能分析

PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制要求主要對(duì)整個(gè)水處理工藝進(jìn)行綜合控制，對(duì)礦井水處理工藝流程中的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)而確保水處理系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，最終使出水質(zhì)達(dá)到規(guī)定的要求指標(biāo)。

在整個(gè)水處理工藝流程中主要工藝環(huán)節(jié)有3個(gè)階段：即原水提升階段、凈化處理階段和煤泥過(guò)濾階段。因此PLC控制系統(tǒng)主要針對(duì)這3個(gè)系統(tǒng)階段進(jìn)行相應(yīng)地控制，以確保水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)原水提升階段，主要依據(jù)礦井水來(lái)水量和蓄水池的液位變化情況，來(lái)實(shí)現(xiàn)原水提升開停臺(tái)數(shù)和時(shí)間的自動(dòng)化控制，進(jìn)而將原水提升至預(yù)沉調(diào)節(jié)池內(nèi)；針對(duì)凈化處理階段，其控制原理主要是根據(jù)預(yù)沉調(diào)節(jié)池液位變化情況來(lái)對(duì)原水進(jìn)行處理，主要控制的是反應(yīng)池中混凝劑、助凝劑的投加量；煤泥過(guò)濾階段，其控制原理主要是依據(jù)煤泥沉淀池的液位情況來(lái)控制排泥閥，將煤泥分離排出，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3. PLC控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

通常情況下水處理過(guò)程中的原水提升系統(tǒng)分布在礦區(qū)內(nèi)部，與水處理站是分開的，因此整個(gè)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)需要設(shè)置主PLC和子PLC兩套系統(tǒng)。兩套PLC通過(guò)遠(yuǎn)超通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控工控機(jī)、PLC及相關(guān)的參數(shù)監(jiān)測(cè)儀表和配套的電氣控制系統(tǒng)組成。PLC系統(tǒng)主要采用的是日本歐姆龍公司的中型機(jī)C200H系列，同時(shí)還配置了相應(yīng)的開關(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊，其硬件構(gòu)成如圖2所示。

4. PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

對(duì)于歐姆龍公司C200H系列PLC系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其編程軟件可采用CPT和CX-Programmer來(lái)進(jìn)行程序的編寫，在此所采用的編程軟件為CX-Programmer，并采用了結(jié)構(gòu)化的編程方式來(lái)設(shè)計(jì)程序，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)階段系統(tǒng)的功能控制。即用編寫的主程序來(lái)調(diào)用各個(gè)子程序的運(yùn)行。

主程序的編寫較為簡(jiǎn)單，通常主程序和子程序之間的調(diào)用主要是通過(guò)簡(jiǎn)單的指令就可以實(shí)現(xiàn)。子程序的編寫是PLC程序的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，PLC的程序設(shè)計(jì)采用的是結(jié)構(gòu)化的編程方式，其子程序主要有：自動(dòng)過(guò)濾反沖洗子程序、自動(dòng)加藥子程序、工藝模擬量處理子程序、自動(dòng)消毒子程序、恒壓供水子程序、煤泥處理子程序等。

（1）自動(dòng)過(guò)濾反沖洗子程序，主要根據(jù)原水池的液位變化情況來(lái)控制原水泵的啟停，再根據(jù)過(guò)濾系統(tǒng)的前后壓差與設(shè)定的壓差數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟反沖洗閥門，完成反沖洗作業(yè)。

（2）自動(dòng)加藥子程序，用于控制水處理過(guò)程中的藥劑的投加。工作原理主要是根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)的運(yùn)行水量和水質(zhì)的變化情況進(jìn)行藥劑的投加。此外，加藥泵計(jì)量泵與相應(yīng)的藥箱進(jìn)行液位連鎖。

（3）工藝模擬量處理子程序，主要是通過(guò)安裝的在線檢測(cè)儀器來(lái)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的一些工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。比如：液位、液壓、流量、電導(dǎo)率和pH值等相關(guān)工藝參數(shù)。采集的參數(shù)數(shù)據(jù)再傳輸?shù)絇LC系統(tǒng)經(jīng)分析計(jì)算后來(lái)得出相應(yīng)的控制結(jié)果，并以此作為控制依據(jù)。

（4）自動(dòng)消毒子程序，該程序的控制對(duì)象主要是二氧化氯發(fā)生器和加氯增壓泵，根據(jù)出水量的大小情況來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)加氯量。加氯量的調(diào)節(jié)再通過(guò)電磁脈沖的形式來(lái)對(duì)鹽酸計(jì)量泵和氯酸鈉計(jì)量泵進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控。

（5）恒壓供水子程序，主要對(duì)系統(tǒng)的供水泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制，通過(guò)對(duì)供水管網(wǎng)的水壓進(jìn)行分析后，再采用變頻器內(nèi)部的PID控制環(huán)實(shí)現(xiàn)供水泵的恒壓供水。

（6）煤泥處理子程序，主要對(duì)煤泥水池的液位變化情況進(jìn)行分析和判斷，來(lái)啟動(dòng)煤泥壓濾系統(tǒng)進(jìn)而開啟煤泥泵和壓濾機(jī)，對(duì)煤泥水進(jìn)行過(guò)濾處理。

結(jié)語(yǔ)

PLC控制系統(tǒng)具有亦易操作、運(yùn)行穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了水處理站的無(wú)人值守和智能化運(yùn)行。通過(guò)在煤礦礦井水處理系統(tǒng)中引入PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，經(jīng)時(shí)間后，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)水處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且還極大地降低了設(shè)備運(yùn)行的故障率，減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

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