两级除氟工艺的控制系统

温贝贝，程 燕

（1.安徽皖欣环境工程有限公司，安徽合肥 230000；2.合肥市环境监测中心站，安徽合肥 230000）

随着现代科技的发展，光学玻璃屏越来轻薄，光学玻璃减薄关系到最终的产品质量。目前酸蚀刻处理是常用的玻璃减薄方法，原理是利用含HF的混酸与玻璃中的SiO2以及其他金属氧化物发生反应，实现玻璃减薄的目的。

玻璃减薄过程中产生大量的酸性含氟废水，且在生产过程中产生高COD的切削废水。这些废水，或腐蚀性大，或COD高，对环境的危害大，处理困难。加药过程人工操作量大，尤其是采用传统的石灰钙盐除氟法操作环境差，操作量大。

1 废水处理工艺简介

废水处理工艺流程图如图1所示。

图1 废水处理工艺流程图

含氟废水在调节池内收集，并缓冲水量水质变化，调节池内设压缩空气搅拌，用于水量水质的调匀。调节池内废水泵送至一级除氟，一级除氟有三个反应区，在三个反应区依次加入石灰浆料、聚合硫酸铁、PAM，然后进入一级除氟的沉淀区，一级除氟沉淀区有刮泥机，用于排泥。一级除氟出水自流进入二级除氟，二级除氟有三个反应区，在三个反应区依次加入除氟剂、聚合硫酸铁、PAM，然后进入二级除氟的沉淀区，二级除氟沉淀区有刮泥机，用于排泥。二级除氟出水自流进入出水池，在出水池内加酸调节pH，同时曝气用于水质的混匀作用。出水池内废水达标后通过泵泵送至园区接管管网。

2 控制设备

整个系统主要控制设备及流程如图2所示：

图2 系统主要控制设备及流程图

2.1 主要控制设备清单

（1）调节池曝气电磁阀：De25。

（2）调节池液位计：插入式液位计，量程0~5m。

（3）调节池废水提升泵A/B：共2台，离心泵，32UHB6-10-2.2D。

（4）调节池废水提升泵出口流量计：电磁流量计，0~10m3/h；DN40，法兰式，铂铱电极。

（5）一级除氟搅拌A/B、二级除氟搅拌A/B：共4个，0.55kW，60r/min。

（6）一级除氟搅拌C、二级除氟搅拌C：共2个，0.55kW，30r/min。

（7）一级除氟刮泥机、二级除氟刮泥机：共2个，中心传动刮泥机，驱动装置1.5m/min/0.55kW。

（8）一级除氟pH计：PC-350+405-60-SC，pH1~14。

（9）出水提升泵A/B：共2台，离心泵，65WKU30-10-4D。

（10）出水池液位计：插入式液位计，量程0~5m。

（11）出水池pH计：PC-350+405-60-SC，pH1~14。

（12）出水池曝气电磁阀：De25。

（13）石灰浆料输送泵：离心泵，50WKU10-30-5.5D，5.5kW，转速为50~200r/min。

（14）聚合硫酸铁加药泵A/B：计量泵，流量120L/h，功率：0.37kW，380V，材质PVDF。

（15）PAM2加药泵A/B：计量泵，流量120L/h，功率0.37kW，380V，材质PVC。

（16）除氟剂加药泵：计量泵，流量120L/h，功率0.37kW，380V，材质PVC。

（17）酸加药泵：计量泵，流量120L/h，功率0.37kW，380V，材质PVDF。

2.2 主要仪表的连锁控制

（1）调节池废水提升泵出口流量监控。调节池废水提升泵出口设管道式电磁流量计，用以监控流量和输送流量信号。流量达到一定值，加药系统相关泵开启，包括聚合硫酸铁加药泵A/B、PAM2加药泵A/B开启。

（2）调节池液位控制。调节池设液位计，液位达到高液位时，调节池废水提升泵A/B开启，向一级除氟和二级除氟体系输送废水；液位为低液位时，调节池废水提升泵A/B关停。

（3）一级除氟反应池pH控制。一级除氟反应池第1格设pH计，pH为低值时，石灰浆料输送泵开启，泵送碱调节废水的pH；达到高pH时，石灰浆料输送泵关停。

（4）出水池液位控制。出水池设液位计，液位达到高液位时，出水提升泵A/B开启，向管网泵送处理后输送废水；液位为低液位时，出水提升泵A/B关停。

（5）出水池pH控制。出水池设液位计，pH为高值时，酸加药泵开启，泵送酸调节废水的pH；达到低pH时，酸加药泵关停。

3 控制方式、主要测控点

3.1 控制方式

根据整个系统的工艺要求，工艺设备的控制有3种方式：现场操作箱控制（硬手动）；PLC程序连锁自动控制；触摸屏人机界面上手动远程控制（软手动）。这三种控制方式相互补充。正常运行时以PLC程序连锁自动控制为主，自控故障、维修时可通过硬手动或软手动来控制。手动控制/自动控制状态的切换可以在电控柜、PLC控制柜上操作状态按钮切换，也可在显示屏上切换。

3.2 主要测控点

（1）数字量I/O：①DI点：调节池废水提升泵A/B、出水提升泵A/B、石灰浆料输送泵、聚合硫酸铁加药泵A/B、PAM2加药泵A/B、除氟剂加药泵、酸加药泵、一级除氟搅拌A/B/C、二级除氟搅拌A/B/C、一级除氟搅拌、二级除氟刮泥机等的运行状态、故障状态、手自动状态以及调节池曝气电磁阀、出水池曝气进气电磁阀的开闭状态。②DO点：调节池废水提升泵A/B、出水提升泵A/B、石灰浆料输送泵、聚合硫酸铁加药泵A/B、PAM2加药泵A/B、除氟剂加药泵、酸加药泵、一级除氟搅拌A/B/C、二级除氟搅拌A/B/C、一级除氟搅拌、二级除氟刮泥机等的启停动作以及调节池曝气电磁阀、出水池曝气进气电磁阀的开闭动作。

（2）模拟I/O：调节池液位计、调节池废水提升泵出口流量计、一级除氟pH计、出水池液位计、出水池pH计、加药桶液位计、压滤机进料压力变送器等。

4 控制系统

4.1 控制系统简介

该项目控制系统包括现场控制柜1台和PLC控制柜1台。现场控制柜门面板上设有设备状态指示灯、操作按钮以及手自/动切换旋钮，在手动状态下可通过操作启停按钮来启停现场电气设备及阀门等。PLC控制柜门面板上安装有一台15寸触摸屏作为人机界面HMI。显示屏上有主画面、参数设置、故障报警、趋势记录、登录、退出等画面。在主画面上可以显示设备运行状态、仪表的读数，而且可进行设备启停等操作。主画面上设有两级除氟连锁启动按钮，可使整个两级除氟系统投入连锁状态。在趋势画面，可以观察主要设备运行参数的实时趋势以及查询历史趋势记录。在故障报警画面，可以看到所有的实时及历史故障报警列表，并通过声光报警提醒操作人员。在参数设置画面，可以通过修改控制逻辑中所需要的参数的值，来满足工艺控制的要求。

4.2 控制系统的组成

PLC控制系统由下位机和上位机两部分硬件组成。上位机采用昆仑通泰15寸触摸屏作为人机交互接口（HMI），下位机采用西门子最新的SIMATIC S7-1500系列PLC控制站，通过PROFINET完成上位机和下位机之间的数据通信。

本项目的输入输出I/O点数统计如表1所示。

表1 输入输出I/O点数统计

根据项目实际的输入输出I/O点数及工艺控制要求，PLC控制站主要配置如下：

（1）CPU模块：1511-1PN，1块。实现自动控制的大脑，实现逻辑运算及通信等功能。

（2）DI模块（5块）：6ES75211BL100AA0，数字量输入模块。

（3）DO模块（2块）：6ES75221BL100AA0，数字量输出模块。

（4）AI模块（2块）：6ES75317KF000AB0，模拟量输入模块。

5 自动控制逻辑

5.1 两级除氟联锁系统控制

两级除氟联锁系统控制设备包含调节池曝气电磁阀、调节池废水提升泵A/B、一级除氟搅拌机A/B/C、二级除氟搅拌机A/B/C、出水池曝气电磁阀、出水提升泵A/B、石灰浆输送泵、聚合硫酸铁加药泵A/B、PAM2加药泵A/B、除氟剂加药泵、酸加药泵等。

点击PLC画面上的“两级除氟联锁启动”按钮，两级除氟工段进入自动运行状态。其控制逻辑为：

（1）等待调节池上上限（预设值）到达，调节池废水提升泵A启动，调节池废水提升泵A/B，互为备用，当泵A出水量过低时系统报警（信号反馈为泵A运行后，流量小于2m3/h持续5min），系统报警并自动切换至泵B。

（2）调节池废水提升泵A/B运行，调节池曝气电磁阀开启，出水池曝气电磁阀开启。

（3）电磁流量计>2m3/h，一级除氟搅拌机A/B/C启动。

（4）电磁流量计>2m3/h，二级除氟搅拌机A/B/C启动。

（5）电磁流量计>2m3/h，聚合硫酸铁加药泵A/B启动。

（6）电磁流量计>2m3/h，除氟剂加药泵启动。

（7）电磁流量计>2m3/h，PAM2加药泵A/B启动。

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

（9）一级除氟pH 下限（预设值）到达，石灰浆输送泵启动。

（10）一级除氟pH上限（预设值）到达，石灰浆输送泵停止。

（11）出水池pH上限（预设值）到达，酸加药泵启动。

（12）出水池pH下限（预设值）到达，酸加药泵停止。

（13）出水池曝气电磁阀在调节池废水提升泵A/B停止后，延时曝气30min。

5.2 出水池系统控制流程

出水池提升泵A/B独立于两级除氟系统，自动根据出水池液位计进行联锁启停。其控制逻辑为：

（1）系统无故障，设备在自动状态（备用设备除外）。

（2）出水池上上限（预设值）到达。

（3）出水提升泵A启动；当泵A出水量过低时，系统报警并自动切换至泵B。

（4）出水池下下限（预设值）到达。

（5）出水提升泵A/B停止。

注：本文中所述（预设值）均可在触摸屏“参数设置”页面进行输入调整。

6 结语

系统以PLC为核心，利用PLC强大的过程监测和控制功能，实现了玻璃减薄废水处理过程中pH、液位、流量等参数的在线监测，以及泵、搅拌、电磁阀启闭的自控控制。系统投入运行以来，运行可靠稳定，满足原设计的工艺控制顺序，实现了工艺控制的全自动化运行，极大减少了现场操作人工。