水處理干石灰投加自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造

孫 靜，曹美杰，曲徑幽，吳 冰

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部，河北唐山 063200）

1 引言

干石灰投加系統(tǒng)是為原水處理過程提供所需濃度的石灰水，起降低原水硬度和調(diào)節(jié)PH值的作用。石灰溶液的濃度和投加直接影響著最終工業(yè)用水的硬度和PH值，同時(shí)也直接關(guān)系著原水處理過程中澄清過濾的效果。因此原水處理中干石灰溶液的準(zhǔn)確配制和投加是我公司主流程工業(yè)用水安全的保證。

但是該套系統(tǒng)從一開始施工設(shè)計(jì)時(shí)就存在了很多缺陷和隱患，干石灰自動(dòng)化投加的過程是通過現(xiàn)場控制箱中的單片機(jī)和相應(yīng)的繼電器輸出來實(shí)現(xiàn)的，控制過程過多的依賴于硬件來實(shí)現(xiàn)不僅增加了故障點(diǎn)，給穩(wěn)定生產(chǎn)帶來隱患，還增加了維護(hù)難度，從設(shè)備備件成本角度來說也帶來很大壓力；更重要的是整個(gè)控制箱是放在石灰儲(chǔ)罐的庫房中，里面干石灰粉塵過多，環(huán)境惡劣，對控制箱內(nèi)的設(shè)備的安全運(yùn)行帶來了很大影響。正因?yàn)檫@些重大缺陷，導(dǎo)致現(xiàn)在1#柜內(nèi)系統(tǒng)的電路板損壞整個(gè)系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，2#系統(tǒng)也無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，現(xiàn)在只能靠手動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。為了保證我公司的工業(yè)用水安全，干石灰投加系統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)改造迫在眉睫。

2 現(xiàn)場設(shè)備控制原理及工藝流程

2.1 現(xiàn)場設(shè)備及控制原理

振蕩器：在干石灰往料倉投料時(shí)開啟，主要使生石灰能夠順利落下，并且起到防塵作用；在進(jìn)行干石灰投加配置溶液時(shí)開啟，能夠使石灰罐壁上的石灰能夠順利往下落，對料位的準(zhǔn)確測量也有重要意義。

干投機(jī)和翻料機(jī)：在配置石灰溶液時(shí)，干投機(jī)運(yùn)行將干石灰送往溶解池，同時(shí)翻料機(jī)也會(huì)開啟，以便能夠使干投機(jī)順利將生石灰送往溶解池。石灰溶液的濃度是通過對干投機(jī)運(yùn)行的時(shí)間設(shè)定來實(shí)現(xiàn)的。

石灰溶液攪拌機(jī)：每套生石灰系統(tǒng)配兩臺(tái)攪拌機(jī)。在配置石灰溶液和石灰溶液加藥泵運(yùn)行期間要保持運(yùn)行，以能夠使石灰溶液濃度均勻穩(wěn)定。

生石灰儲(chǔ)罐：主要是用來儲(chǔ)存干石灰粉末的，上部安裝有振蕩器，下部安裝有干投機(jī)和翻料機(jī)，在其上、中、下部各安裝有料位開關(guān)，通過對料位的監(jiān)控來決定什么時(shí)候進(jìn)行往儲(chǔ)罐里補(bǔ)充干石灰。

注水閥：需要配置石灰溶液時(shí)要開啟注水閥，達(dá)到高液位時(shí)關(guān)閉注水閥停止注水。

氣動(dòng)閥：在石灰投加即干投機(jī)運(yùn)行時(shí)開啟氣動(dòng)閥，起到讓生石灰不沾在壁上并且順利落下的作用。

2.2 工藝流程

（1）干石灰儲(chǔ)罐低料位時(shí)，運(yùn)行人員需要聯(lián)系干石灰廠家往儲(chǔ)罐補(bǔ)充干石灰，保證儲(chǔ)罐內(nèi)干石灰量充足。

（2）石灰溶液池低液位時(shí)，在保證相應(yīng)石灰料倉不是低料位的情況下開啟注水閥往溶液池內(nèi)注水，達(dá)到高液位關(guān)閉注水閥停止注水；再開啟翻料機(jī)和干投機(jī)往石灰溶液池里投加定量的干石灰，同時(shí)開啟振蕩器和氣動(dòng)閥。

（3）干石灰投加達(dá)到要求的量后，首先關(guān)閉翻料機(jī)，再關(guān)閉干投機(jī)，最后關(guān)閉振蕩器和氣動(dòng)閥。

3 改造項(xiàng)目制定與實(shí)施方案

3.1 改造方案制定

（1）制定控制方案，統(tǒng)計(jì)改造涉及到的測量點(diǎn)和控制點(diǎn)，制定程序點(diǎn)號表；

（2）根據(jù)點(diǎn)號表確定所需的信號模塊數(shù)量和類型（圖1），并繪制接線圖；根據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)量確定所需信號電纜數(shù)量并提前鋪放。

（3）根據(jù)工藝流程和控制方案制定程序流程圖（圖2），并且編制PLC程序，制作上位畫面（圖3）。

圖2 程序流程圖

（4）根據(jù)生產(chǎn)安排在不影響生產(chǎn)的情況下拆除現(xiàn)場原先舊的控制器，在PLC柜安裝新加設(shè)備包括PLC、繼電器、信號分配器等；接線校線、下載程序、打點(diǎn)調(diào)試等。

圖3 改造后上位畫面

（5）下位調(diào)試好后，做好通訊，完善主控室上位畫面進(jìn)行上位調(diào)試。

（6）上面所有工作完成后，根據(jù)生產(chǎn)安排試運(yùn)行，做好完善工作，最終達(dá)到生產(chǎn)工藝要求。

3.2 改造實(shí)施計(jì)劃

3.2.1 制定控制方案

（1）設(shè)備的所有開啟和停止操作都可以在遠(yuǎn)程狀態(tài)下通過主控室上位機(jī)實(shí)現(xiàn)?！熬偷?遠(yuǎn)程”狀態(tài)通過現(xiàn)場控制箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)。就地狀態(tài)時(shí)，所有的操作可通過現(xiàn)場控制箱上的按鈕實(shí)現(xiàn)。

（2）干石灰儲(chǔ)罐的高、中、低料位可以在上位顯示，并對低、高料位做報(bào)警顯示以提示往石灰罐里投料和結(jié)束投料時(shí)間。

（3）石灰溶液池的低液位和高液位具體數(shù)據(jù)需要生產(chǎn)人員確定，并且可以在上位進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的設(shè)置。

（4）干石灰投加的量需要根據(jù)生產(chǎn)對石灰溶液的濃度來確定，而干石灰投加多少量通過設(shè)定投加時(shí)間來實(shí)現(xiàn)，投加時(shí)間的具體數(shù)據(jù)由生產(chǎn)人員確定，并可在上位對時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。

（5）遠(yuǎn)程上位控制通過在現(xiàn)場過程控制柜新增加一套西門子PLC系統(tǒng)和現(xiàn)有主控室設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。

（6）按照制定好的接線圖接線，校線。

3.2.2 根據(jù)生產(chǎn)安排，在實(shí)施改造期間要保證有一套系統(tǒng)能夠運(yùn)行，所以先對2#石灰系統(tǒng)實(shí)施改造，2#如能順利改造成功，再對1#干石灰實(shí)施同樣改造。

3.2.3 改造所需的電纜已經(jīng)作為準(zhǔn)備工作提前鋪放好；柜內(nèi)的核心控制設(shè)備采用的是西門子300PLC，還有其他硬件設(shè)備也都提前安裝好。

3.2.4 根據(jù)控制方案和工藝流程編制PLC程序，并且編制上位畫面程序。

4 項(xiàng)目實(shí)施效果

改造完成后將所有自動(dòng)化控制設(shè)備由原來環(huán)境惡劣的干石灰?guī)旆扛难b到PLC過程室PLC控制柜內(nèi)，大大改善了自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，提高了自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。改造前后情況對比如圖4。明確了自動(dòng)化專業(yè)與電氣專業(yè)的專業(yè)維護(hù)分工，便于以后的設(shè)備維護(hù)、故障分析處理和備件的更換工作。自改造后投運(yùn)以來，運(yùn)行情況良好，不僅實(shí)現(xiàn)了干石灰投加過程的自動(dòng)化運(yùn)行和遠(yuǎn)程上位對各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，而且還可以通過上位對干石灰粉末投加時(shí)間進(jìn)行設(shè)定進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)干石灰溶液濃度配制的調(diào)節(jié)，完全滿足生產(chǎn)工藝要求。

圖3 改造前后對比

5 結(jié)束語

通過此次改造，我們不僅進(jìn)一步熟悉學(xué)習(xí)了原水的工藝和干石灰在原水處理工程中的作用和重要性，而且通過解決實(shí)際問題鞏固了自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)，積累了自動(dòng)化技術(shù)改造方面的工作經(jīng)驗(yàn)，對以后相關(guān)工作的順利開展具有重要意義。控制設(shè)備改為性能可靠且性價(jià)比高的西門子300PLC設(shè)備，減少了故障點(diǎn)，消除了原先設(shè)備存在的隱患，方便了以后備件的提報(bào)，這對增收節(jié)支具有重要意義。干石灰投加直接關(guān)系著原水處理的硬度和pH值的調(diào)節(jié)，此次改造的完成使得原水處理水質(zhì)更加穩(wěn)定，保證了公司主流程工業(yè)用水安全，對公司產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)效益的提高具有重要意義。

[1]廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.