氧化鋁廠1#焙燒爐控制系統升級項目

冉靜

摘要：目前氧化鋁廠1#焙燒爐所使用的PLC系統均是91年投產建設時期產品，爐體控制系統使用AB公司的PLC5系列產品，三個燃燒站控制系統使用西門子公司的S5系列產品，均已經在現場使用超過20年，盡管使用過程中有損壞硬件的更換，但是由于此系列產品早已更新換代并停產，造成備件儲備及系統穩定性難以保障生產要求。

關鍵詞：控制系統；燃燒站；安全聯鎖；設備控制；參數監測

1#焙燒爐所使用的PLC系統均是投產建設時期產品，爐體控制系統使用AB公司的PLC5系列產品，三個燃燒站控制系統使用西門子公司的S5系列產品，均已經在現場使用超過20年，盡管使用過程中有損壞硬件的更換，但是由于此系列產品早已更新換代（包括其相應的編程軟件和附件）并停產，目前已無法買到備件，我們現僅有少量備件，但種類不全，一但出現硬件損壞，我們將無法更換，會造成1#焙燒爐停爐無法繼續生產的重大事故。對生產連續性、穩定性造成了嚴重隱患。

一、項目建設的必要性、可行性

現狀及存在的問題：

目前氧化鋁1#焙燒爐仍然沿用投產設計的PLC控制系統，此控制系統分別由四部分組成：

a.爐體控制系統。

b.T12燃燒站控制系統。

c.V08燃燒站控制系統。

d.V19燃燒站控制系統。

1#焙燒爐本體及周邊附屬設備的聯鎖保護、運行監測、參數控制均是通過此系統完成，如果此系統因為硬件或軟件故障癱瘓，將直接導致1#焙燒爐生產癱瘓。

（1）硬件淘汰。

目前1#焙燒爐所使用的PLC系統均是91年投產建設時期產品，爐體控制系統使用AB公司的PLC5系列產品，三個燃燒站控制系統使用西門子公司的S5系列產品，均已經在現場使用超過20年，盡管使用過程中有損壞硬件的更換，但是由于此系列產品早已更新換代并停產，造成備件儲備及系統穩定性難以保障生產要求。

（2）編程軟件淘汰。

與1#焙燒爐PLC控制系統配套的編程軟件及程序存儲介質同樣已經淘汰，特別是燃燒站PLC的存儲介質還是使用EEPROM（電擦除存儲），無法使用電腦直接連接方式進行程序編譯，導致一旦存儲介質損壞，控制程序將無法導入到PLC的CPU中，造成系統全面癱瘓。

（3）附件淘汰。

PLC的防斷電電池、與上位機鏈接專用接頭、驅動程序等配件隨著主要產品的淘汰而退出市場，目前爐體PLC系統就是由于專用配件采購不到，只能運行在無防斷電電池的情況下。對生產造成了極大的隱患。

（4）供電問題。

由于原來的UPS主機自1#焙燒爐投用以來未更換過，而且另一個供電回路直接從低壓配電室送上來，這對整個控制系統的供電來說存在安全隱患，建議更換UPS主機及配套的電池組，給另一路供電增加EVS電源，并增加一個標準的供電柜，新增供電開關和重新敷設供電線路，以代替老化的開關和線路，以確保供電的安全和穩定。

二、改造的必要性、緊迫性及可行性分析

綜上所述，控制系統硬件及軟件急需進行升級改造，主要改造的內容、范圍：

（1）爐體控制系統。

取消爐體現用的PLC控制系統，增加DCS系統控制柜完成對現場設備的控制。

重新編制1#焙燒爐安全聯鎖、設備控制、參數檢測程序。

（2）燃燒站控制系統。

根據燃燒站現場環境、現場設備信號線路重新設計PLC控制柜。

根據煤氣燃燒控制要求、安全保護、現場設備及信號形式重新設計燃燒站控制程序。

（3）爐體控制系統供電設備。

更換UPS主機及配套的電池組，給另一路供電增加EVS電源，并增加一個標準的供電柜，新增供電開關和重新敷設供電線路，代替老化的開關和線路。

三、改造方案及技術的可行性

（1）爐體控制系統。

爐體控制系統目前采用PLC與DCS相互通訊完成控制功能，其控制原理如下圖所示：

所有控制程序均是在PLC中完成。

建議增加DCS系統輸入/輸出模塊，并增加一些AI、AO空余模塊，DI、DO模塊要留有余量以便滿足日后項目技改需要。取消PLC控制系統的硬件，在DCS系統中編制同等功能的控制程序，從而取代老舊的PLC系統。增加其控制系統的穩定性，系統原理如下圖所示：

主要改造內容：

根據現有進入PLC控制系統的信號線路數量及網絡要求，配置DCS系統柜。

拆除控制室內部老舊的PLC控制系統及配套接線柜。

安裝新的DCS系統柜及將原信號線路接入。

根據PLC控制程序并結合其他焙燒爐控制特點，重新編制1#焙燒爐的安全聯鎖、設備控制、參數監測程序。

測試及完善。

（2）燃燒站控制系統。

燃燒站PLC控制系統為現場的控制柜，建議采取更新整體控制柜的方式進行設備升級，主要改造內容：

根據燃燒站現場環境、現場設備信號線路重新設計PLC控制柜。

根據煤氣燃燒控制要求、安全保護、現場設備及信號形式重新設計燃燒站控制程序。

拆除老舊燃燒站PLC控制柜及線路。

安裝新的PLC控制柜及將原信號線路接入。

測試及完善。

（3）供電系統。

a.更換UPS主機及配套的電池組。

b.給另一路供電增加EVS電源。

c.增加一個標準的供電柜，新增供電開關和重新敷設供電線路，以代替老化的開關和線路。

（4）改造的內容及范圍。

a.改造內容涉及氧化鋁1號焙燒爐PLC控制柜及供電、接線柜的拆除，新增DCS供電柜、DCS卡機柜與接線柜。

b.T12、V08、V19燃燒站PLC控制柜的拆除，新增控制柜安裝。

c.DCS系統中控制程序、聯鎖條件編制。

d.燃燒站控制柜控制程序編制。

效益分析收益類項目必須列出計算方法、依據及過程；安全環保類項目的效益描述清楚。由于DCS控制系統故障造成生產中斷的主燃燒站和輔助燃燒站機會損失費用5.232萬元/小時（利潤損失3.855萬元/小時、煤氣放散損失1.377萬元/小時），啟動燃燒站按照機會損失為煤氣放散損失1.377萬元/小時。

通過提升控制系統可靠性，確保煤氣燃燒過程中的有效監控，提升控制系統的防爆等級，滿足易燃易爆場所的用電規定，提升系統本質安全性能。

通過技改提升系統穩定性后有望將焙燒爐故障跳停次數下降50%，降低由于設備跳停后導致的煤氣、煙塵放散，降低有毒有害物資的排放。

通過技改提升焙燒爐系統報警信息完善、自動控制水平，杜絕設備的誤操作和誤動作，提升生產過程對有毒有害氣體的管控效率。