氧化铝厂1#焙烧炉控制系统升级项目

冉静

摘 要：目前氧化铝厂1#焙烧炉所使用的PLC系统均是91年投产建设时期产品，炉体控制系统使用AB公司的PLC-5系列产品，三个燃烧站控制系统使用西门子公司的S5系列产品，均已经在现场使用超过20年，尽管使用过程中有损坏硬件的更换，但是由于此系列产品早已更新换代并停产，造成备件储备及系统稳定性难以保障生产要求。

关键词：控制系统；燃烧站；安全联锁；设备控制；参数监测

1#焙烧炉所使用的PLC系统均是投产建设时期产品，炉体控制系统使用AB公司的PLC-5系列产品，三个燃烧站控制系统使用西门子公司的S5系列产品，均已经在现场使用超过20年，尽管使用过程中有损坏硬件的更换，但是由于此系列产品早已更新换代（包括其相应的编程软件和附件）并停产，目前已无法买到备件，我们现仅有少量备件，但种类不全，一但出现硬件损坏，我们将无法更换，会造成1#焙烧炉停炉无法继续生产的重大事故。对生产连续性、稳定性造成了严重隐患。

1 现状及存在的问题

目前氧化铝1#焙烧炉仍然沿用投产设计的PLC控制系统，此控制系统分别由四部分组成：

1）炉体控制系统；

2）T12燃烧站控制系统；

3）V08燃烧站控制系统；

4）V19燃烧站控制系统；

1#焙烧炉本体及周边附属设备的联锁保护、运行监测、参数控制均是通过此系统完成，如果此系统因为硬件或软件故障瘫痪，将直接导致1#焙烧炉生产瘫痪。

（1）硬件淘汰。

目前1#焙烧炉所使用的PLC系统均是91年投产建设时期产品，炉体控制系统使用AB公司的PLC-5系列产品，三个燃烧站控制系统使用西门子公司的S5系列产品，均已经在现场使用超过20年，尽管使用过程中有损坏硬件的更换，但是由于此系列产品早已更新换代并停产，造成备件储备及系统稳定性难以保障生产要求。

（2）编程软件淘汰。

与1#焙烧炉PLC控制系统配套的编程软件及程序存储介质同样已经淘汰，特别是燃烧站PLC的存储介质还是使用EEPROM（电擦除存储），无法使用电脑直接连接方式进行程序编译，导致一旦存储介质损坏，控制程序将无法导入到PLC的CPU中，造成系统全面瘫痪。

（3）附件淘汰。

PLC的防断电电池、与上位机链接专用接头、驱动程序等配件随着主要产品的淘汰而退出市场，目前炉体PLC系统就是由于专用配件采购不到，只能运行在无防断电电池的情况下。对生产造成了极大的隐患。

（4）供电问题。

由于原来的UPS主机自1#焙烧炉投用以来未更换过，而且另一个供电回路直接从低压配电室送上来，这对整个控制系统的供电来说存在安全隐患，建议更换UPS主机及配套的电池组，给另一路供电增加EVS电源，并增加一个标准的供电柜，新增供电开关和重新敷设供电线路，以代替老化的开关和线路，以确保供电的安全和稳定。

2 改造的必要性、紧迫性及可行性分析

综上所述，控制系统硬件及软件急需进行升级改造，主要改造的内容、范围：

（1）炉体控制系统。取消炉体现用的PLC控制系统，增加DCS系统控制柜完成对现场设备的控制。重新编制1#焙烧炉安全联锁、设备控制、参数检测程序。

（2）燃烧站控制系统。根据燃烧站现场环境、现场设备信號线路重新设计PLC控制柜。

根据煤气燃烧控制要求、安全保护、现场设备及信号形式重新设计燃烧站控制程序。

（3）炉体控制系统供电设备。更换UPS主机及配套的电池组，给另一路供电增加EVS电源，并增加一个标准的供电柜，新增供电开关和重新敷设供电线路，代替老化的开关和线路。

3 改造方案及技术的可行性

（1）炉体控制系统

炉体控制系统目前采用PLC与DCS相互通讯完成控制功能，其控制原理如下图所示：

所有控制程序均是在PLC中完成。

建议增加DCS系统输入/输出模块，并增加一些AI、AO空余模块，DI、DO模块要留有余量以便满足日后项目技改需要。取消PLC控制系统的硬件，在DCS系统中编制同等功能的控制程序，从而取代老旧的PLC系统。增加其控制系统的稳定性，系统原理如下图所示：

主要改造内容：

①根据现有进入PLC控制系统的信号线路数量及网络要求，配置DCS系统柜。

②拆除控制室内部老旧的PLC控制系统及配套接线柜。

③安装新的DCS系统柜及将原信号线路接入。

④根据PLC控制程序并结合其他焙烧炉控制特点，重新编制1#焙烧炉的安全联锁、设备控制、参数监测程序。

⑤测试及完善。

（2）燃烧站控制系统。

燃烧站PLC控制系统为现场的控制柜，建议采取更新整体控制柜的方式进行设备升级，主要改造内容：

①根据燃烧站现场环境、现场设备信号线路重新设计PLC控制柜。

②根据煤气燃烧控制要求、安全保护、现场设备及信号形式重新设计燃烧站控制程序。

③拆除老旧燃烧站PLC控制柜及线路。

④安装新的PLC控制柜及将原信号线路接入。

⑤测试及完善。

（3）供电系统。

①更换UPS主机及配套的电池组。

②给另一路供电增加EVS电源。

③增加一个标准的供电柜，新增供电开关和重新敷设供电线路，以代替老化的开关和线路。

（4）改造的内容及范围。

①改造内容涉及氧化铝1号焙烧炉PLC控制柜及供电、接线柜的拆除，新增DCS供电柜、DCS卡机柜与接线柜。

②T12、V08、V19燃烧站PLC控制柜的拆除，新增控制柜安装。

③DCS系统中控制程序、联锁条件编制。

④燃烧站控制柜控制程序编制。

效益分析收益类项目必须列出计算方法、依据及过程；安全环保类项目的效益描述清楚。由于DCS控制系统故障造成生产中断的主燃烧站和辅助燃烧站机会损失费用5.232万元/小时（利润损失3.855万元/小时、煤气放散损失1.377万元/小时），启动燃烧站按照机会损失为煤气放散损失1.377万元/小时。

通过提升控制系统可靠性，确保煤气燃烧过程中的有效监控，提升控制系统的防爆等级，满足易燃易爆场所的用电规定，提升系统本质安全性能。

通过技改提升系统稳定性后有望将焙烧炉故障跳停次数下降50%，降低由于设备跳停后导致的煤气、烟尘放散，降低有毒有害物资的排放。

通过技改提升焙烧炉系统报警信息完善、自动控制水平，杜绝设备的误操作和误动作，提升生产过程对有毒有害气体的管控效率。