兩級除氟工藝的控制系統

溫貝貝，程 燕

（1.安徽皖欣環境工程有限公司，安徽合肥 230000；2.合肥市環境監測中心站，安徽合肥 230000）

隨著現代科技的發展，光學玻璃屏越來輕薄，光學玻璃減薄關系到最終的產品質量。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生反應，實現玻璃減薄的目的。

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

1 廢水處理工藝簡介

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

含氟廢水在調節池內收集，并緩沖水量水質變化，調節池內設壓縮空氣攪拌，用于水量水質的調勻。調節池內廢水泵送至一級除氟，一級除氟有三個反應區，在三個反應區依次加入石灰漿料、聚合硫酸鐵、PAM，然后進入一級除氟的沉淀區，一級除氟沉淀區有刮泥機，用于排泥。一級除氟出水自流進入二級除氟，二級除氟有三個反應區，在三個反應區依次加入除氟劑、聚合硫酸鐵、PAM，然后進入二級除氟的沉淀區，二級除氟沉淀區有刮泥機，用于排泥。二級除氟出水自流進入出水池，在出水池內加酸調節pH，同時曝氣用于水質的混勻作用。出水池內廢水達標后通過泵泵送至園區接管管網。

2 控制設備

整個系統主要控制設備及流程如圖2所示：

圖2 系統主要控制設備及流程圖

2.1 主要控制設備清單

（1）調節池曝氣電磁閥：De25。

（2）調節池液位計：插入式液位計，量程0~5m。

（3）調節池廢水提升泵A/B：共2臺，離心泵，32UHB6-10-2.2D。

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

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

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

（7）一級除氟刮泥機、二級除氟刮泥機：共2個，中心傳動刮泥機，驅動裝置1.5m/min/0.55kW。

（8）一級除氟pH計：PC-350+405-60-SC，pH1~14。

（9）出水提升泵A/B：共2臺，離心泵，65WKU30-10-4D。

（10）出水池液位計：插入式液位計，量程0~5m。

（11）出水池pH計：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，轉速為50~200r/min。

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

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

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

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

2.2 主要儀表的連鎖控制

（1）調節池廢水提升泵出口流量監控。調節池廢水提升泵出口設管道式電磁流量計，用以監控流量和輸送流量信號。流量達到一定值，加藥系統相關泵開啟，包括聚合硫酸鐵加藥泵A/B、PAM2加藥泵A/B開啟。

（2）調節池液位控制。調節池設液位計，液位達到高液位時，調節池廢水提升泵A/B開啟，向一級除氟和二級除氟體系輸送廢水；液位為低液位時，調節池廢水提升泵A/B關停。

（3）一級除氟反應池pH控制。一級除氟反應池第1格設pH計，pH為低值時，石灰漿料輸送泵開啟，泵送堿調節廢水的pH；達到高pH時，石灰漿料輸送泵關停。

（4）出水池液位控制。出水池設液位計，液位達到高液位時，出水提升泵A/B開啟，向管網泵送處理后輸送廢水；液位為低液位時，出水提升泵A/B關停。

（5）出水池pH控制。出水池設液位計，pH為高值時，酸加藥泵開啟，泵送酸調節廢水的pH；達到低pH時，酸加藥泵關停。

3 控制方式、主要測控點

3.1 控制方式

根據整個系統的工藝要求，工藝設備的控制有3種方式：現場操作箱控制（硬手動）；PLC程序連鎖自動控制；觸摸屏人機界面上手動遠程控制（軟手動）。這三種控制方式相互補充。正常運行時以PLC程序連鎖自動控制為主，自控故障、維修時可通過硬手動或軟手動來控制。手動控制/自動控制狀態的切換可以在電控柜、PLC控制柜上操作狀態按鈕切換，也可在顯示屏上切換。

3.2 主要測控點

（1）數字量I/O：①DI點：調節池廢水提升泵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、一級除氟攪拌A/B/C、二級除氟攪拌A/B/C、一級除氟攪拌、二級除氟刮泥機等的運行狀態、故障狀態、手自動狀態以及調節池曝氣電磁閥、出水池曝氣進氣電磁閥的開閉狀態。②DO點：調節池廢水提升泵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、一級除氟攪拌A/B/C、二級除氟攪拌A/B/C、一級除氟攪拌、二級除氟刮泥機等的啟停動作以及調節池曝氣電磁閥、出水池曝氣進氣電磁閥的開閉動作。

（2）模擬I/O：調節池液位計、調節池廢水提升泵出口流量計、一級除氟pH計、出水池液位計、出水池pH計、加藥桶液位計、壓濾機進料壓力變送器等。

4 控制系統

4.1 控制系統簡介

該項目控制系統包括現場控制柜1臺和PLC控制柜1臺?，F場控制柜門面板上設有設備狀態指示燈、操作按鈕以及手自/動切換旋鈕，在手動狀態下可通過操作啟停按鈕來啟停現場電氣設備及閥門等。PLC控制柜門面板上安裝有一臺15寸觸摸屏作為人機界面HMI。顯示屏上有主畫面、參數設置、故障報警、趨勢記錄、登錄、退出等畫面。在主畫面上可以顯示設備運行狀態、儀表的讀數，而且可進行設備啟停等操作。主畫面上設有兩級除氟連鎖啟動按鈕，可使整個兩級除氟系統投入連鎖狀態。在趨勢畫面，可以觀察主要設備運行參數的實時趨勢以及查詢歷史趨勢記錄。在故障報警畫面，可以看到所有的實時及歷史故障報警列表，并通過聲光報警提醒操作人員。在參數設置畫面，可以通過修改控制邏輯中所需要的參數的值，來滿足工藝控制的要求。

4.2 控制系統的組成

PLC控制系統由下位機和上位機兩部分硬件組成。上位機采用昆侖通泰15寸觸摸屏作為人機交互接口（HMI），下位機采用西門子最新的SIMATIC S7-1500系列PLC控制站，通過PROFINET完成上位機和下位機之間的數據通信。

本項目的輸入輸出I/O點數統計如表1所示。

表1 輸入輸出I/O點數統計

根據項目實際的輸入輸出I/O點數及工藝控制要求，PLC控制站主要配置如下：

（1）CPU模塊：1511-1PN，1塊。實現自動控制的大腦，實現邏輯運算及通信等功能。

（2）DI模塊（5塊）：6ES75211BL100AA0，數字量輸入模塊。

（3）DO模塊（2塊）：6ES75221BL100AA0，數字量輸出模塊。

（4）AI模塊（2塊）：6ES75317KF000AB0，模擬量輸入模塊。

5 自動控制邏輯

5.1 兩級除氟聯鎖系統控制

兩級除氟聯鎖系統控制設備包含調節池曝氣電磁閥、調節池廢水提升泵A/B、一級除氟攪拌機A/B/C、二級除氟攪拌機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。

點擊PLC畫面上的“兩級除氟聯鎖啟動”按鈕，兩級除氟工段進入自動運行狀態。其控制邏輯為：

（1）等待調節池上上限（預設值）到達，調節池廢水提升泵A啟動，調節池廢水提升泵A/B，互為備用，當泵A出水量過低時系統報警（信號反饋為泵A運行后，流量小于2m3/h持續5min），系統報警并自動切換至泵B。

（2）調節池廢水提升泵A/B運行，調節池曝氣電磁閥開啟，出水池曝氣電磁閥開啟。

（3）電磁流量計>2m3/h，一級除氟攪拌機A/B/C啟動。

（4）電磁流量計>2m3/h，二級除氟攪拌機A/B/C啟動。

（5）電磁流量計>2m3/h，聚合硫酸鐵加藥泵A/B啟動。

（6）電磁流量計>2m3/h，除氟劑加藥泵啟動。

（7）電磁流量計>2m3/h，PAM2加藥泵A/B啟動。

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

（9）一級除氟pH 下限（預設值）到達，石灰漿輸送泵啟動。

（10）一級除氟pH上限（預設值）到達，石灰漿輸送泵停止。

（11）出水池pH上限（預設值）到達，酸加藥泵啟動。

（12）出水池pH下限（預設值）到達，酸加藥泵停止。

（13）出水池曝氣電磁閥在調節池廢水提升泵A/B停止后，延時曝氣30min。

5.2 出水池系統控制流程

出水池提升泵A/B獨立于兩級除氟系統，自動根據出水池液位計進行聯鎖啟停。其控制邏輯為：

（1）系統無故障，設備在自動狀態（備用設備除外）。

（2）出水池上上限（預設值）到達。

（3）出水提升泵A啟動；當泵A出水量過低時，系統報警并自動切換至泵B。

（4）出水池下下限（預設值）到達。

（5）出水提升泵A/B停止。

注：本文中所述（預設值）均可在觸摸屏“參數設置”頁面進行輸入調整。

6 結語

系統以PLC為核心，利用PLC強大的過程監測和控制功能，實現了玻璃減薄廢水處理過程中pH、液位、流量等參數的在線監測，以及泵、攪拌、電磁閥啟閉的自控控制。系統投入運行以來，運行可靠穩定，滿足原設計的工藝控制順序，實現了工藝控制的全自動化運行，極大減少了現場操作人工。