石灰投加系统控制应用

图 1 工艺系统简图
该石灰投加系统主要包括两部分： （ 1） 石灰乳液制备系统，工艺设备包括石灰料仓、螺旋输送 机、振打器、石灰乳罐、搅拌器； 控制 部 分 包 括 料 仓 高 料 位 开 关
表 1 Controllogix 系列 PLC 配置表
序号 1 2 3 4 5 6 7
描述 主控 CPU 模块 电源模块 冗余模块 远程 IO 网络模块 子系统通信网络模块 以太网模块 底板
限值（ 见公式（ 2） 和公式（ 3） ） 即可得出补给水流量 FIT2 的上下
限制，此限值根据石灰配比浓度自动调整，当补给水流量 FIT2 值
不在限值范围内时发出报警提醒工作人员调整补给水进水量。
FIT2． H = 50 × M × （ 100 － ρ） / （ 1 000 × ρ）
（ 2）
FIT2． L = 15 × M × （ 100 － ρ） / （ 1 000 × ρ）
LIT． L，则一直搅拌，以防止石灰沉淀。因石灰粉容易在料仓内搭
桥形成空穴，当低料位开关 LSL 报警而中料位开关 LS 正常时，应
启动料仓振打器进行短时振打。
2． 2 石灰乳投加系统
石灰乳液投加系统的控制关键点是按设定的 pH 值及投加
池的进水流量来投加石灰乳。石灰乳输送泵为主要被控设备，采
用变频控制，选用 ABB ACS800 系列变频器。
整，对流量和 pH 值在石灰乳输送泵控制中的比率进行调整，在 进水初期或流量波动比较剧烈时，F． bias 应接近 1，以流量前馈 控制为主，能提供更迅速的控制 反 应。在 系 统 进 入 稳 定 期 后， F． bias可以适当减小，以 pH 的控制为主，自动调节投加比例。进 水总管流量 FIT1 和投加池 pH 值双参量的控制，较好的解决了 流量波动时石灰投加 pH 值变化滞后问题，达到了不错的控制 效果。
由于石灰乳的特性，很容易在输送管道中形成沉积，致使输 送压力不断加大，引起设备损坏及事故，因此在石灰乳输送泵出 口设置压力变送器提供压力保护。当石灰乳输送泵出口压力高 于压力高高值 PIT． HH 时，石灰乳输送泵停止工作，通知工作人 员进行管道疏通； 当石灰乳输送泵运行时，出口压力低于压力低 值 PIT． L 时，则说明石灰乳输送泵入口阀 V1 和补给水管路冲洗 阀 V2 存在开启故障，石灰乳输送泵停止工作，以防止泵空转。
型号 1794 － L62 1756 － PB75 1757 － SRM 1756 － CNB 1756 － CNB 1756 － ENBT 1756 － A7
数量 2 2 2 2 2 2 2
单位 块 块 块 块 块 块 块
收稿日期： 2010 － 08 － 16
20 Electrical Automation
（ LSH） 、料仓中料位开关（ LS） 、料仓低料位开关（ LSL） 、补给水流 量计（ FIT2） 、石灰乳罐液位计（ LIT） 、补给水阀门 V0。
（ 2） 石灰乳液投加系统，工艺设备包括石灰乳输送泵、投加 池及相关管道； 控制部分包括进水总管流量计（ FIT1） 、投加池 pH 分析仪（ AIT） 、石灰管路压力变送器（ PIT） 、石灰乳输送泵入口阀 V1、补给水管路冲洗阀 V2。
Keywords：waste water treatment lime dosage system control strategy
0 系统简介
在水资源日益紧张的今天，工厂的废水，包括冷却塔排放、浓 缩水回收和处理后的气化废水通过先进的水处理工艺进行处理， 不仅可以减少污染，而且可以做到水资源的再利用，提高水资源 的利用效率，产生更高的经济价值。在内蒙古鄂尔多斯一工厂采 用水处理工艺对工厂废水进行再利用，其预处理工段对工厂废水 来水向澄清池中投加石灰，调节进水 pH 值，以达到去除水中硬 度的要求。其主要工艺流程为石灰投加进入石灰料仓后，通过螺 旋输送机投加入石灰乳罐制备石灰乳，石灰乳通过石灰乳输送泵 投加入投加池调节 pH，工艺系统简图如图 1 所示。
传感器） 时，补给水阀门 V0 打开，螺旋输送机开始工作，其频率
通过式（ 1） 得出，当石灰乳罐液位高于石灰乳罐液位高值 LIT． H
时，补给水阀门 V0 关闭，螺旋输送机停止工作。
F = 1000 × FIT2 × ρ / （ M × （ 100 － ρ） ）
（ 1）
式中： F—变频器工作频率，ρ—石灰乳浓度，FIT2—补给水流量，
代号 FIT1 FIT2 PIT LIT AIT LSH LS LSL
图 3 石灰投加子系统配置图
表 2 石灰投加系统仪表配置
描述
型号
进水总管流量变送器 8742C
补给水流量变送器 8742C
石灰管路压力变送器 3051CD
石灰乳罐变送器
3051CD
投加池 pH 分析仪 5081P
料仓高料位开关
RN4001
石灰乳输送泵的起停条件为进水总管流量计 FIT1 的高低限
值，高于高值 FIT1． H 时石灰乳输送泵启动，低于低值 FIT1． L 时
石灰乳输送泵停止，同时石灰乳罐的液位低值 LIT． L，作为石灰
乳输送泵的低液位保护。
投加池的体积及进水量相对于石灰乳的投加量是巨大的，因
此如果仅仅靠 pH 值来控制石灰乳输送泵的频率，则因反应的时
《电气自动化》2011 年第 33 卷 第 3 期
自动控制系统与装置
Automatic Control Systems ＆ Equipments
石灰投加系统控制应用
朱志平 （ 通用电气实业（ 上海） 有限公司 上海 201400）
摘 要： 介绍了内蒙古鄂尔多斯一工厂污水处理系统的石灰投加系统，分石灰乳制备和石灰乳投加两部分详细介绍了控制策略及实施 细节，投加池出水 pH 基本控制在 10 － 10． 3 之间，避免了 pH 值的大幅波动，同时很好的解决了石灰投加管道及投加设备的淤 塞问题。
料仓中料位开关
RN4001
料仓低料位开关
RN4001
测量理 电磁 电磁 差压 差压
阻旋式 阻旋式 阻旋式
数量 品牌 1 EMERSON 1 EMERSON 1 EMERSON 1 EMERSON 1 EMERSON 1 UWT 1 UWT 1 UWT
图 4 石灰输出量与频率关系图
当石灰乳罐液位低于石灰乳罐液位中值 LIT． M （ LIT，液位
M—石灰的单位时间输送量。
公式（ 1） 中石灰乳浓度可根据现场实际需要进行设定，浓度
设定后 PLC 即自动根据补给水流量 FIT2 控制螺旋输送机的频率
来配比正确的石灰乳浓度。
螺旋输送机由变频器进行控制，电机的变频范围宜为 15Hz
～ 50Hz 之间，超过这个范围的频率会被变频器限制，为保证配置
出正确的石灰乳浓度，根据石灰乳的设定浓度及电机的频率上下
1 控制系统
工厂的污水处理系统负责对整个污水处理流程进行监控。 中央控制室设置两台 Dell 服务器作为人机接口系统（ HMI） 冗余 的数据采集机和主备数据库服务器，两台主控计算机采用 AB 公 司 RS View 工控软件，其 PLC 系统采用双机冗余系统，PLC 系统 选用美国 AB 公司 Controllogix 系列 PLC，其配置如表 1 所示。为 保证可靠性，主控系统通过光纤以太网与下位的子系统如石灰投 加子系统相连，进行数据采集及监视，同时主控系统通过 Controlnet 总线对部分重要数据进行监控。主控系统结构原理如图 2 所示。
关键词： 污水处理 石灰投加系统 控制策略 ［中图分类号］ TP273 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1000 － 3886（ 2011） 03 － 0020 － 03
Control Application of the Sewage Plant Lime Dosage System
Zhu Zhiping （ General Electric Industry （ Shanghai） Co． ，LTD，Shanghai 201400，China）
（ 3）
式中： FIT2． H － 补给水流量上限值，FIT2． L － 补给水流量下限
值，ρ—石灰乳浓度 ，M—石灰的单位时间输送量。石灰乳液制备
系统中石灰料仓仅安装了高中低三个阻旋式料位开关，仅能提供
高低料位报警，没有石灰罐内石灰的较精确料位，给石灰投加工
作带来一定困难，现场采用石灰的累积消耗量予以解决。
图 2 污水处理主系统配置图 石灰投加系统作为整体供货设备在整个污水处理系统中自 成一个子系统，设置独立的 PLC 系统，提供触摸屏供给就地操 作，并通过光纤交换机和 Controlnet 总线将本地数据传送至中控 室监控计算机进行远程监控。 该石灰投加系统仪表配置如表 2 所示，控制系统采用美国 AB 公司 FLEXLOGIX 系列 PLC
低于设定值时，提高石灰乳输送泵运行频率。
则石灰乳输送泵的实际运行频率为
F = FFIT1 × F． bias + FpH × 1 － F． bias）
（ 5）
式中： FFIT1 —根据流量计算得到的变频器频率，FpH— —根据 pH 值
PID 计算得到的变频器频率，F． bias—偏置控制参数
偏置控制参数 F． bias 根据现场实际运行工况及运行效果调
《电气自动化》2011 年第 33 卷 第 3 期
自动控制系统与装置
Automatic Control Systems ＆ Equipments
的称重可知每次的石灰添加量，此值与计算的石灰累积消耗量的
比较可以校验石灰的单位时间输送量值的正确性。
石灰乳罐的搅 拌 器，只 要 石 灰 乳 罐 的 液 位 不 低 于 液 位 低 值
Abstract ： A sewage plant lime dosage system is introduced． The control strategy and execution was discussed in detail with Lime milk preparation system and lime milk feeding system． The control result was that the pH of the clarifier effluent was controlled in the range of 10 ～10． 3，avoid pH unstable and the lime dosing system fouling．