兩級(jí)除氟工藝的控制系統(tǒng)

溫貝貝，程 燕

（1.安徽皖欣環(huán)境工程有限公司，安徽合肥 230000；2.合肥市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，安徽合肥 230000）

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，光學(xué)玻璃屏越來(lái)輕薄，光學(xué)玻璃減薄關(guān)系到最終的產(chǎn)品質(zhì)量。目前酸蝕刻處理是常用的玻璃減薄方法，原理是利用含HF的混酸與玻璃中的SiO2以及其他金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)玻璃減薄的目的。

玻璃減薄過(guò)程中產(chǎn)生大量的酸性含氟廢水，且在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生高COD的切削廢水。這些廢水，或腐蝕性大，或COD高，對(duì)環(huán)境的危害大，處理困難。加藥過(guò)程人工操作量大，尤其是采用傳統(tǒng)的石灰鈣鹽除氟法操作環(huán)境差，操作量大。

1 廢水處理工藝簡(jiǎn)介

廢水處理工藝流程圖如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程圖

含氟廢水在調(diào)節(jié)池內(nèi)收集，并緩沖水量水質(zhì)變化，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)壓縮空氣攪拌，用于水量水質(zhì)的調(diào)勻。調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水泵送至一級(jí)除氟，一級(jí)除氟有三個(gè)反應(yīng)區(qū)，在三個(gè)反應(yīng)區(qū)依次加入石灰漿料、聚合硫酸鐵、PAM，然后進(jìn)入一級(jí)除氟的沉淀區(qū)，一級(jí)除氟沉淀區(qū)有刮泥機(jī)，用于排泥。一級(jí)除氟出水自流進(jìn)入二級(jí)除氟，二級(jí)除氟有三個(gè)反應(yīng)區(qū)，在三個(gè)反應(yīng)區(qū)依次加入除氟劑、聚合硫酸鐵、PAM，然后進(jìn)入二級(jí)除氟的沉淀區(qū)，二級(jí)除氟沉淀區(qū)有刮泥機(jī)，用于排泥。二級(jí)除氟出水自流進(jìn)入出水池，在出水池內(nèi)加酸調(diào)節(jié)pH，同時(shí)曝氣用于水質(zhì)的混勻作用。出水池內(nèi)廢水達(dá)標(biāo)后通過(guò)泵泵送至園區(qū)接管管網(wǎng)。

2 控制設(shè)備

整個(gè)系統(tǒng)主要控制設(shè)備及流程如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)主要控制設(shè)備及流程圖

2.1 主要控制設(shè)備清單

（1）調(diào)節(jié)池曝氣電磁閥：De25。

（2）調(diào)節(jié)池液位計(jì)：插入式液位計(jì)，量程0~5m。

（3）調(diào)節(jié)池廢水提升泵A/B：共2臺(tái)，離心泵，32UHB6-10-2.2D。

（4）調(diào)節(jié)池廢水提升泵出口流量計(jì)：電磁流量計(jì)，0~10m3/h；DN40，法蘭式，鉑銥電極。

（5）一級(jí)除氟攪拌A/B、二級(jí)除氟攪拌A/B：共4個(gè)，0.55kW，60r/min。

（6）一級(jí)除氟攪拌C、二級(jí)除氟攪拌C：共2個(gè)，0.55kW，30r/min。

（7）一級(jí)除氟刮泥機(jī)、二級(jí)除氟刮泥機(jī)：共2個(gè)，中心傳動(dòng)刮泥機(jī)，驅(qū)動(dòng)裝置1.5m/min/0.55kW。

（8）一級(jí)除氟pH計(jì)：PC-350+405-60-SC，pH1~14。

（9）出水提升泵A/B：共2臺(tái)，離心泵，65WKU30-10-4D。

（10）出水池液位計(jì)：插入式液位計(jì)，量程0~5m。

（11）出水池pH計(jì)：PC-350+405-60-SC，pH1~14。

（12）出水池曝氣電磁閥：De25。

（13）石灰漿料輸送泵：離心泵，50WKU10-30-5.5D，5.5kW，轉(zhuǎn)速為50~200r/min。

（14）聚合硫酸鐵加藥泵A/B：計(jì)量泵，流量120L/h，功率：0.37kW，380V，材質(zhì)PVDF。

（15）PAM2加藥泵A/B：計(jì)量泵，流量120L/h，功率0.37kW，380V，材質(zhì)PVC。

（16）除氟劑加藥泵：計(jì)量泵，流量120L/h，功率0.37kW，380V，材質(zhì)PVC。

（17）酸加藥泵：計(jì)量泵，流量120L/h，功率0.37kW，380V，材質(zhì)PVDF。

2.2 主要儀表的連鎖控制

（1）調(diào)節(jié)池廢水提升泵出口流量監(jiān)控。調(diào)節(jié)池廢水提升泵出口設(shè)管道式電磁流量計(jì)，用以監(jiān)控流量和輸送流量信號(hào)。流量達(dá)到一定值，加藥系統(tǒng)相關(guān)泵開(kāi)啟，包括聚合硫酸鐵加藥泵A/B、PAM2加藥泵A/B開(kāi)啟。

（2）調(diào)節(jié)池液位控制。調(diào)節(jié)池設(shè)液位計(jì)，液位達(dá)到高液位時(shí)，調(diào)節(jié)池廢水提升泵A/B開(kāi)啟，向一級(jí)除氟和二級(jí)除氟體系輸送廢水；液位為低液位時(shí)，調(diào)節(jié)池廢水提升泵A/B關(guān)停。

（3）一級(jí)除氟反應(yīng)池pH控制。一級(jí)除氟反應(yīng)池第1格設(shè)pH計(jì)，pH為低值時(shí)，石灰漿料輸送泵開(kāi)啟，泵送堿調(diào)節(jié)廢水的pH；達(dá)到高pH時(shí)，石灰漿料輸送泵關(guān)停。

（4）出水池液位控制。出水池設(shè)液位計(jì)，液位達(dá)到高液位時(shí)，出水提升泵A/B開(kāi)啟，向管網(wǎng)泵送處理后輸送廢水；液位為低液位時(shí)，出水提升泵A/B關(guān)停。

（5）出水池pH控制。出水池設(shè)液位計(jì)，pH為高值時(shí)，酸加藥泵開(kāi)啟，泵送酸調(diào)節(jié)廢水的pH；達(dá)到低pH時(shí)，酸加藥泵關(guān)停。

3 控制方式、主要測(cè)控點(diǎn)

3.1 控制方式

根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的工藝要求，工藝設(shè)備的控制有3種方式：現(xiàn)場(chǎng)操作箱控制（硬手動(dòng)）；PLC程序連鎖自動(dòng)控制；觸摸屏人機(jī)界面上手動(dòng)遠(yuǎn)程控制（軟手動(dòng)）。這三種控制方式相互補(bǔ)充。正常運(yùn)行時(shí)以PLC程序連鎖自動(dòng)控制為主，自控故障、維修時(shí)可通過(guò)硬手動(dòng)或軟手動(dòng)來(lái)控制。手動(dòng)控制/自動(dòng)控制狀態(tài)的切換可以在電控柜、PLC控制柜上操作狀態(tài)按鈕切換，也可在顯示屏上切換。

3.2 主要測(cè)控點(diǎn)

（1）數(shù)字量I/O：①DI點(diǎn)：調(diào)節(jié)池廢水提升泵A/B、出水提升泵A/B、石灰漿料輸送泵、聚合硫酸鐵加藥泵A/B、PAM2加藥泵A/B、除氟劑加藥泵、酸加藥泵、一級(jí)除氟攪拌A/B/C、二級(jí)除氟攪拌A/B/C、一級(jí)除氟攪拌、二級(jí)除氟刮泥機(jī)等的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手自動(dòng)狀態(tài)以及調(diào)節(jié)池曝氣電磁閥、出水池曝氣進(jìn)氣電磁閥的開(kāi)閉狀態(tài)。②DO點(diǎn)：調(diào)節(jié)池廢水提升泵A/B、出水提升泵A/B、石灰漿料輸送泵、聚合硫酸鐵加藥泵A/B、PAM2加藥泵A/B、除氟劑加藥泵、酸加藥泵、一級(jí)除氟攪拌A/B/C、二級(jí)除氟攪拌A/B/C、一級(jí)除氟攪拌、二級(jí)除氟刮泥機(jī)等的啟停動(dòng)作以及調(diào)節(jié)池曝氣電磁閥、出水池曝氣進(jìn)氣電磁閥的開(kāi)閉動(dòng)作。

（2）模擬I/O：調(diào)節(jié)池液位計(jì)、調(diào)節(jié)池廢水提升泵出口流量計(jì)、一級(jí)除氟pH計(jì)、出水池液位計(jì)、出水池pH計(jì)、加藥桶液位計(jì)、壓濾機(jī)進(jìn)料壓力變送器等。

4 控制系統(tǒng)

4.1 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目控制系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)控制柜1臺(tái)和PLC控制柜1臺(tái)。現(xiàn)場(chǎng)控制柜門(mén)面板上設(shè)有設(shè)備狀態(tài)指示燈、操作按鈕以及手自/動(dòng)切換旋鈕，在手動(dòng)狀態(tài)下可通過(guò)操作啟停按鈕來(lái)啟停現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備及閥門(mén)等。PLC控制柜門(mén)面板上安裝有一臺(tái)15寸觸摸屏作為人機(jī)界面HMI。顯示屏上有主畫(huà)面、參數(shù)設(shè)置、故障報(bào)警、趨勢(shì)記錄、登錄、退出等畫(huà)面。在主畫(huà)面上可以顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、儀表的讀數(shù)，而且可進(jìn)行設(shè)備啟停等操作。主畫(huà)面上設(shè)有兩級(jí)除氟連鎖啟動(dòng)按鈕，可使整個(gè)兩級(jí)除氟系統(tǒng)投入連鎖狀態(tài)。在趨勢(shì)畫(huà)面，可以觀察主要設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)以及查詢歷史趨勢(shì)記錄。在故障報(bào)警畫(huà)面，可以看到所有的實(shí)時(shí)及歷史故障報(bào)警列表，并通過(guò)聲光報(bào)警提醒操作人員。在參數(shù)設(shè)置畫(huà)面，可以通過(guò)修改控制邏輯中所需要的參數(shù)的值，來(lái)滿足工藝控制的要求。

4.2 控制系統(tǒng)的組成

PLC控制系統(tǒng)由下位機(jī)和上位機(jī)兩部分硬件組成。上位機(jī)采用昆侖通泰15寸觸摸屏作為人機(jī)交互接口（HMI），下位機(jī)采用西門(mén)子最新的SIMATIC S7-1500系列PLC控制站，通過(guò)PROFINET完成上位機(jī)和下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。

本項(xiàng)目的輸入輸出I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 輸入輸出I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際的輸入輸出I/O點(diǎn)數(shù)及工藝控制要求，PLC控制站主要配置如下：

（1）CPU模塊：1511-1PN，1塊。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的大腦，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算及通信等功能。

（2）DI模塊（5塊）：6ES75211BL100AA0，數(shù)字量輸入模塊。

（3）DO模塊（2塊）：6ES75221BL100AA0，數(shù)字量輸出模塊。

（4）AI模塊（2塊）：6ES75317KF000AB0，模擬量輸入模塊。

5 自動(dòng)控制邏輯

5.1 兩級(jí)除氟聯(lián)鎖系統(tǒng)控制

兩級(jí)除氟聯(lián)鎖系統(tǒng)控制設(shè)備包含調(diào)節(jié)池曝氣電磁閥、調(diào)節(jié)池廢水提升泵A/B、一級(jí)除氟攪拌機(jī)A/B/C、二級(jí)除氟攪拌機(jī)A/B/C、出水池曝氣電磁閥、出水提升泵A/B、石灰漿輸送泵、聚合硫酸鐵加藥泵A/B、PAM2加藥泵A/B、除氟劑加藥泵、酸加藥泵等。

點(diǎn)擊PLC畫(huà)面上的“兩級(jí)除氟聯(lián)鎖啟動(dòng)”按鈕，兩級(jí)除氟工段進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。其控制邏輯為：

（1）等待調(diào)節(jié)池上上限（預(yù)設(shè)值）到達(dá)，調(diào)節(jié)池廢水提升泵A啟動(dòng)，調(diào)節(jié)池廢水提升泵A/B，互為備用，當(dāng)泵A出水量過(guò)低時(shí)系統(tǒng)報(bào)警（信號(hào)反饋為泵A運(yùn)行后，流量小于2m3/h持續(xù)5min），系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)切換至泵B。

（2）調(diào)節(jié)池廢水提升泵A/B運(yùn)行，調(diào)節(jié)池曝氣電磁閥開(kāi)啟，出水池曝氣電磁閥開(kāi)啟。

（3）電磁流量計(jì)>2m3/h，一級(jí)除氟攪拌機(jī)A/B/C啟動(dòng)。

（4）電磁流量計(jì)>2m3/h，二級(jí)除氟攪拌機(jī)A/B/C啟動(dòng)。

（5）電磁流量計(jì)>2m3/h，聚合硫酸鐵加藥泵A/B啟動(dòng)。

（6）電磁流量計(jì)>2m3/h，除氟劑加藥泵啟動(dòng)。

（7）電磁流量計(jì)>2m3/h，PAM2加藥泵A/B啟動(dòng)。

（8）電磁流量計(jì)<1m3/h，10min后，停止（3）（4）（5）（6）（7）。

（9）一級(jí)除氟pH 下限（預(yù)設(shè)值）到達(dá)，石灰漿輸送泵啟動(dòng)。

（10）一級(jí)除氟pH上限（預(yù)設(shè)值）到達(dá)，石灰漿輸送泵停止。

（11）出水池pH上限（預(yù)設(shè)值）到達(dá)，酸加藥泵啟動(dòng)。

（12）出水池pH下限（預(yù)設(shè)值）到達(dá)，酸加藥泵停止。

（13）出水池曝氣電磁閥在調(diào)節(jié)池廢水提升泵A/B停止后，延時(shí)曝氣30min。

5.2 出水池系統(tǒng)控制流程

出水池提升泵A/B獨(dú)立于兩級(jí)除氟系統(tǒng)，自動(dòng)根據(jù)出水池液位計(jì)進(jìn)行聯(lián)鎖啟停。其控制邏輯為：

（1）系統(tǒng)無(wú)故障，設(shè)備在自動(dòng)狀態(tài)（備用設(shè)備除外）。

（2）出水池上上限（預(yù)設(shè)值）到達(dá)。

（3）出水提升泵A啟動(dòng)；當(dāng)泵A出水量過(guò)低時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)切換至泵B。

（4）出水池下下限（預(yù)設(shè)值）到達(dá)。

（5）出水提升泵A/B停止。

注：本文中所述（預(yù)設(shè)值）均可在觸摸屏“參數(shù)設(shè)置”頁(yè)面進(jìn)行輸入調(diào)整。

6 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)以PLC為核心，利用PLC強(qiáng)大的過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制功能，實(shí)現(xiàn)了玻璃減薄廢水處理過(guò)程中pH、液位、流量等參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)，以及泵、攪拌、電磁閥啟閉的自控控制。系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，滿足原設(shè)計(jì)的工藝控制順序，實(shí)現(xiàn)了工藝控制的全自動(dòng)化運(yùn)行，極大減少了現(xiàn)場(chǎng)操作人工。