水處理干石灰投加自動化控制系統改造

孫 靜，曹美杰，曲徑幽，吳 冰

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司能源與環境部，河北唐山 063200）

1 引言

干石灰投加系統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節PH值的作用。石灰溶液的濃度和投加直接影響著最終工業用水的硬度和PH值，同時也直接關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確配制和投加是我公司主流程工業用水安全的保證。

但是該套系統從一開始施工設計時就存在了很多缺陷和隱患，干石灰自動化投加的過程是通過現場控制箱中的單片機和相應的繼電器輸出來實現的，控制過程過多的依賴于硬件來實現不僅增加了故障點，給穩定生產帶來隱患，還增加了維護難度，從設備備件成本角度來說也帶來很大壓力；更重要的是整個控制箱是放在石灰儲罐的庫房中，里面干石灰粉塵過多，環境惡劣，對控制箱內的設備的安全運行帶來了很大影響。正因為這些重大缺陷，導致現在1#柜內系統的電路板損壞整個系統無法實現自動運行，2#系統也無法實現自動化運行，現在只能靠手動來實現。為了保證我公司的工業用水安全，干石灰投加系統的自動化技術改造迫在眉睫。

2 現場設備控制原理及工藝流程

2.1 現場設備及控制原理

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

干投機和翻料機：在配置石灰溶液時，干投機運行將干石灰送往溶解池，同時翻料機也會開啟，以便能夠使干投機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運行的時間設定來實現的。

石灰溶液攪拌機：每套生石灰系統配兩臺攪拌機。在配置石灰溶液和石灰溶液加藥泵運行期間要保持運行，以能夠使石灰溶液濃度均勻穩定。

生石灰儲罐：主要是用來儲存干石灰粉末的，上部安裝有振蕩器，下部安裝有干投機和翻料機，在其上、中、下部各安裝有料位開關，通過對料位的監控來決定什么時候進行往儲罐里補充干石灰。

注水閥：需要配置石灰溶液時要開啟注水閥，達到高液位時關閉注水閥停止注水。

氣動閥：在石灰投加即干投機運行時開啟氣動閥，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）干石灰儲罐低料位時，運行人員需要聯系干石灰廠家往儲罐補充干石灰，保證儲罐內干石灰量充足。

（2）石灰溶液池低液位時，在保證相應石灰料倉不是低料位的情況下開啟注水閥往溶液池內注水，達到高液位關閉注水閥停止注水；再開啟翻料機和干投機往石灰溶液池里投加定量的干石灰，同時開啟振蕩器和氣動閥。

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

3 改造項目制定與實施方案

3.1 改造方案制定

（1）制定控制方案，統計改造涉及到的測量點和控制點，制定程序點號表；

（2）根據點號表確定所需的信號模塊數量和類型（圖1），并繪制接線圖；根據點的統計數量確定所需信號電纜數量并提前鋪放。

（3）根據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）根據生產安排在不影響生產的情況下拆除現場原先舊的控制器，在PLC柜安裝新加設備包括PLC、繼電器、信號分配器等；接線校線、下載程序、打點調試等。

圖3 改造后上位畫面

（5）下位調試好后，做好通訊，完善主控室上位畫面進行上位調試。

（6）上面所有工作完成后，根據生產安排試運行，做好完善工作，最終達到生產工藝要求。

3.2 改造實施計劃

3.2.1 制定控制方案

（1）設備的所有開啟和停止操作都可以在遠程狀態下通過主控室上位機實現?！熬偷?遠程”狀態通過現場控制箱的轉換開關實現。就地狀態時，所有的操作可通過現場控制箱上的按鈕實現。

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

（3）石灰溶液池的低液位和高液位具體數據需要生產人員確定，并且可以在上位進行相應數據的設置。

（4）干石灰投加的量需要根據生產對石灰溶液的濃度來確定，而干石灰投加多少量通過設定投加時間來實現，投加時間的具體數據由生產人員確定，并可在上位對時間進行設置。

（5）遠程上位控制通過在現場過程控制柜新增加一套西門子PLC系統和現有主控室設備來實現。

（6）按照制定好的接線圖接線，校線。

3.2.2 根據生產安排，在實施改造期間要保證有一套系統能夠運行，所以先對2#石灰系統實施改造，2#如能順利改造成功，再對1#干石灰實施同樣改造。

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

3.2.4 根據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 項目實施效果

改造完成后將所有自動化控制設備由原來環境惡劣的干石灰庫房改裝到PLC過程室PLC控制柜內，大大改善了自動化設備運行環境，提高了自動化設備運行的安全性和穩定性。改造前后情況對比如圖4。明確了自動化專業與電氣專業的專業維護分工，便于以后的設備維護、故障分析處理和備件的更換工作。自改造后投運以來，運行情況良好，不僅實現了干石灰投加過程的自動化運行和遠程上位對各設備運行狀態的監控，而且還可以通過上位對干石灰粉末投加時間進行設定進而來實現干石灰溶液濃度配制的調節，完全滿足生產工藝要求。

圖3 改造前后對比

5 結束語

通過此次改造，我們不僅進一步熟悉學習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，而且通過解決實際問題鞏固了自動化專業知識，積累了自動化技術改造方面的工作經驗，對以后相關工作的順利開展具有重要意義。控制設備改為性能可靠且性價比高的西門子300PLC設備，減少了故障點，消除了原先設備存在的隱患，方便了以后備件的提報，這對增收節支具有重要意義。干石灰投加直接關系著原水處理的硬度和pH值的調節，此次改造的完成使得原水處理水質更加穩定，保證了公司主流程工業用水安全，對公司產品的質量穩定和經濟效益的提高具有重要意義。

[1]廖常初.S7-300/400 PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2006.