水处理干石灰投加自动化控制系统改造

孙 静，曹美杰，曲径幽，吴 冰

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部，河北唐山 063200）

1 引言

干石灰投加系统是为原水处理过程提供所需浓度的石灰水，起降低原水硬度和调节PH值的作用。石灰溶液的浓度和投加直接影响着最终工业用水的硬度和PH值，同时也直接关系着原水处理过程中澄清过滤的效果。因此原水处理中干石灰溶液的准确配制和投加是我公司主流程工业用水安全的保证。

但是该套系统从一开始施工设计时就存在了很多缺陷和隐患，干石灰自动化投加的过程是通过现场控制箱中的单片机和相应的继电器输出来实现的，控制过程过多的依赖于硬件来实现不仅增加了故障点，给稳定生产带来隐患，还增加了维护难度，从设备备件成本角度来说也带来很大压力；更重要的是整个控制箱是放在石灰储罐的库房中，里面干石灰粉尘过多，环境恶劣，对控制箱内的设备的安全运行带来了很大影响。正因为这些重大缺陷，导致现在1#柜内系统的电路板损坏整个系统无法实现自动运行，2#系统也无法实现自动化运行，现在只能靠手动来实现。为了保证我公司的工业用水安全，干石灰投加系统的自动化技术改造迫在眉睫。

2 现场设备控制原理及工艺流程

2.1 现场设备及控制原理

振荡器：在干石灰往料仓投料时开启，主要使生石灰能够顺利落下，并且起到防尘作用；在进行干石灰投加配置溶液时开启，能够使石灰罐壁上的石灰能够顺利往下落，对料位的准确测量也有重要意义。

干投机和翻料机：在配置石灰溶液时，干投机运行将干石灰送往溶解池，同时翻料机也会开启，以便能够使干投机顺利将生石灰送往溶解池。石灰溶液的浓度是通过对干投机运行的时间设定来实现的。

石灰溶液搅拌机：每套生石灰系统配两台搅拌机。在配置石灰溶液和石灰溶液加药泵运行期间要保持运行，以能够使石灰溶液浓度均匀稳定。

生石灰储罐：主要是用来储存干石灰粉末的，上部安装有振荡器，下部安装有干投机和翻料机，在其上、中、下部各安装有料位开关，通过对料位的监控来决定什么时候进行往储罐里补充干石灰。

注水阀：需要配置石灰溶液时要开启注水阀，达到高液位时关闭注水阀停止注水。

气动阀：在石灰投加即干投机运行时开启气动阀，起到让生石灰不沾在壁上并且顺利落下的作用。

2.2 工艺流程

（1）干石灰储罐低料位时，运行人员需要联系干石灰厂家往储罐补充干石灰，保证储罐内干石灰量充足。

（2）石灰溶液池低液位时，在保证相应石灰料仓不是低料位的情况下开启注水阀往溶液池内注水，达到高液位关闭注水阀停止注水；再开启翻料机和干投机往石灰溶液池里投加定量的干石灰，同时开启振荡器和气动阀。

（3）干石灰投加达到要求的量后，首先关闭翻料机，再关闭干投机，最后关闭振荡器和气动阀。

3 改造项目制定与实施方案

3.1 改造方案制定

（1）制定控制方案，统计改造涉及到的测量点和控制点，制定程序点号表；

（2）根据点号表确定所需的信号模块数量和类型（图1），并绘制接线图；根据点的统计数量确定所需信号电缆数量并提前铺放。

（3）根据工艺流程和控制方案制定程序流程图（图2），并且编制PLC程序，制作上位画面（图3）。

图2 程序流程图

（4）根据生产安排在不影响生产的情况下拆除现场原先旧的控制器，在PLC柜安装新加设备包括PLC、继电器、信号分配器等；接线校线、下载程序、打点调试等。

图3 改造后上位画面

（5）下位调试好后，做好通讯，完善主控室上位画面进行上位调试。

（6）上面所有工作完成后，根据生产安排试运行，做好完善工作，最终达到生产工艺要求。

3.2 改造实施计划

3.2.1 制定控制方案

（1）设备的所有开启和停止操作都可以在远程状态下通过主控室上位机实现。“就地/远程”状态通过现场控制箱的转换开关实现。就地状态时，所有的操作可通过现场控制箱上的按钮实现。

（2）干石灰储罐的高、中、低料位可以在上位显示，并对低、高料位做报警显示以提示往石灰罐里投料和结束投料时间。

（3）石灰溶液池的低液位和高液位具体数据需要生产人员确定，并且可以在上位进行相应数据的设置。

（4）干石灰投加的量需要根据生产对石灰溶液的浓度来确定，而干石灰投加多少量通过设定投加时间来实现，投加时间的具体数据由生产人员确定，并可在上位对时间进行设置。

（5）远程上位控制通过在现场过程控制柜新增加一套西门子PLC系统和现有主控室设备来实现。

（6）按照制定好的接线图接线，校线。

3.2.2 根据生产安排，在实施改造期间要保证有一套系统能够运行，所以先对2#石灰系统实施改造，2#如能顺利改造成功，再对1#干石灰实施同样改造。

3.2.3 改造所需的电缆已经作为准备工作提前铺放好；柜内的核心控制设备采用的是西门子300PLC，还有其他硬件设备也都提前安装好。

3.2.4 根据控制方案和工艺流程编制PLC程序，并且编制上位画面程序。

4 项目实施效果

改造完成后将所有自动化控制设备由原来环境恶劣的干石灰库房改装到PLC过程室PLC控制柜内，大大改善了自动化设备运行环境，提高了自动化设备运行的安全性和稳定性。改造前后情况对比如图4。明确了自动化专业与电气专业的专业维护分工，便于以后的设备维护、故障分析处理和备件的更换工作。自改造后投运以来，运行情况良好，不仅实现了干石灰投加过程的自动化运行和远程上位对各设备运行状态的监控，而且还可以通过上位对干石灰粉末投加时间进行设定进而来实现干石灰溶液浓度配制的调节，完全满足生产工艺要求。

图3 改造前后对比

5 结束语

通过此次改造，我们不仅进一步熟悉学习了原水的工艺和干石灰在原水处理工程中的作用和重要性，而且通过解决实际问题巩固了自动化专业知识，积累了自动化技术改造方面的工作经验，对以后相关工作的顺利开展具有重要意义。控制设备改为性能可靠且性价比高的西门子300PLC设备，减少了故障点，消除了原先设备存在的隐患，方便了以后备件的提报，这对增收节支具有重要意义。干石灰投加直接关系着原水处理的硬度和pH值的调节，此次改造的完成使得原水处理水质更加稳定，保证了公司主流程工业用水安全，对公司产品的质量稳定和经济效益的提高具有重要意义。

[1]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2006.