導(dǎo)語：煙氣制酸自動控制系統(tǒng)綜合改造探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：介紹了金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠冶煉煙氣制酸裝置DCS控制系統(tǒng)存在的問題及優(yōu)化改造情況。針對DCS控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在的主控制器高負(fù)荷運(yùn)行、通道卡件存在漂移、電腦主機(jī)故障頻發(fā)、控制系統(tǒng)部分功能缺失等問題，運(yùn)用儀表、電氣、工藝等專業(yè)理論結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，對DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化，提出了更加合理、有效的控制系統(tǒng)改造方案，DCS控制系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定，最終實(shí)現(xiàn)了公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的目的。

關(guān)鍵詞：煙氣制酸；控制系統(tǒng)；優(yōu)化升級

金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠（以下簡稱鎳冶煉廠）的2套冶煉煙氣制酸裝置硫酸產(chǎn)能分別為480kt/a和700kt/a，DCS控制系統(tǒng)的硬件均使用和利時(shí)FM系列，軟件開發(fā)環(huán)境為MACSV1.1.0版本，均屬于和利時(shí)公司早期產(chǎn)品。經(jīng)過十余年的長周期不間斷運(yùn)行，同時(shí)伴隨著現(xiàn)場工況的復(fù)雜性，控制系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了使用壽命的極限，故障率高，同時(shí)系統(tǒng)的負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到了臨界值，CPU帶載能力趨于下降，無法滿足擴(kuò)容需求，系統(tǒng)的運(yùn)行速率緩慢，給生產(chǎn)操作造成了一定的困擾。DCS控制系統(tǒng)采用C/S冗余網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由于通訊設(shè)備的性能下降，使網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常處于單網(wǎng)運(yùn)行，可靠性下降，同時(shí)客戶端對服務(wù)器的依賴性較大，一旦服務(wù)器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將會癱瘓。隨著集團(tuán)公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級逐步開展實(shí)施，控制系統(tǒng)的通訊設(shè)施、軟硬件版本已不能滿足轉(zhuǎn)型升級的需求，且面臨著備件已停產(chǎn)，存在備件緊缺導(dǎo)致維護(hù)難度加大的問題，亟待對目前的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。

1DCS控制系統(tǒng)問題分析

1.1主控制器高負(fù)荷運(yùn)行

700kt/a制酸裝置有3個(gè)控制站，掛載卡件共計(jì)154塊，其中模擬量卡件121塊，DP通訊卡件4塊。正常生產(chǎn)的情況下，F(xiàn)M801主控制器負(fù)荷在13%~25%。廠家明確每對控制器掛載卡件不超過80塊，主控制器負(fù)荷不超過30%，而該裝置的DCS控制系統(tǒng)已長期處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重威脅到DCS控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。480kt/a制酸裝置裝有3個(gè)控制站，16#站掛載卡件60塊，19#站掛載卡件60塊，24#站掛載卡件35塊，共計(jì)掛載卡件155塊，其中模擬量卡件111塊。FM801主控制器負(fù)荷在8%~10%。由于控制站現(xiàn)場環(huán)境惡劣，控制器背板氧化嚴(yán)重，經(jīng)常在正常生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障，不僅影響正常生產(chǎn)，還會帶來安全隱患。

1.2通道卡件存在漂移

通過現(xiàn)場實(shí)際檢測，AI、RTD和AO通道卡件均有漂移，且AI通道卡件不合格率達(dá)25%，RTD通道卡件不合格率達(dá)25%，AO通道卡件不合格率達(dá)12.5%，卡件數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率下降，影響DCS系統(tǒng)的控制精度。

1.3網(wǎng)絡(luò)設(shè)備老化

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備老化嚴(yán)重，造成網(wǎng)絡(luò)延時(shí)過大，丟包率超過安全標(biāo)準(zhǔn)。而FM系列模塊目前只接受訂單式生產(chǎn)，后續(xù)備件價(jià)格將會非常昂貴，技術(shù)支持不能保證。

1.4電腦主機(jī)故障頻發(fā)

兩套制酸裝置的操作系統(tǒng)均使用WindowsXP，而微軟公司已于2014年宣布對WindowsXP操作系統(tǒng)停止更新及相關(guān)技術(shù)服務(wù)，目前市場主流電腦供應(yīng)商也已不再生產(chǎn)和銷售基于WindowsXP系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，如此以來，當(dāng)后續(xù)操作員站、服務(wù)器、工程師站的電腦出現(xiàn)問題時(shí)，將無法及時(shí)更換和維修，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.5控制系統(tǒng)部分功能缺失

由于控制系統(tǒng)版本較低，部分功能缺失，中控室調(diào)度人員在填寫報(bào)表時(shí)使用人工抄寫的方式，大量重復(fù)勞動影響生產(chǎn)效率，且操作過程中容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤，影響車間生產(chǎn)安全。

1.6信息孤島嚴(yán)重，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

兩套制酸裝置的操作系統(tǒng)各自運(yùn)行，由于控制系統(tǒng)版本不同，信息孤島嚴(yán)重，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信息安全風(fēng)險(xiǎn)極高[1]。工程師站、服務(wù)器以及操作員站都未安裝防毒軟件進(jìn)行防護(hù)，經(jīng)常出現(xiàn)電腦中毒現(xiàn)象，而且網(wǎng)絡(luò)信息的交換無任何防護(hù)措施，很容易遭遇黑客的攻擊。

2解決措施

2.1硬件升級改造

硫酸風(fēng)機(jī)屬于制酸系統(tǒng)中非常重要的大型關(guān)鍵設(shè)備，其自動化程度高，控制聯(lián)鎖復(fù)雜，對儀控系統(tǒng)和電氣設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性要求很高，一旦儀控系統(tǒng)或電氣設(shè)備發(fā)生故障，將導(dǎo)致硫酸風(fēng)機(jī)跳車或發(fā)生設(shè)備安全事故，嚴(yán)重影響火法冶煉系統(tǒng)和制酸系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。此外，由于現(xiàn)場儀控設(shè)備存在前期設(shè)計(jì)選型不合理、安全系數(shù)低、高負(fù)荷運(yùn)行周期長等問題，逐漸對生產(chǎn)系統(tǒng)造成擾動，影響生產(chǎn)系統(tǒng)長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。對硫酸風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行如下升級改造：1）將硫酸風(fēng)機(jī)控制柜內(nèi)的控制系統(tǒng)卡件和電氣元件及柜體全部進(jìn)行硬件升級并重新進(jìn)行柜體成套。考慮到硫酸風(fēng)機(jī)的重要性以及節(jié)省改造后風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間，升級改造后的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)仍采用AB1756系列的PLC控制系統(tǒng)，電氣元件和空氣開關(guān)采用進(jìn)口電子元器件，其中控制系統(tǒng)的卡件升級為AB1756系列的高版本卡件，控制器由現(xiàn)有的1756-L61升級為1756-L72。2）對顯示終端和通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。將硫酸風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)現(xiàn)有的上位顯示終端由觸摸屏顯示改造為工控機(jī)顯示，分別在風(fēng)機(jī)房和硫酸中控室各增設(shè)1臺工控機(jī)監(jiān)控風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。其中風(fēng)機(jī)房配置的工控機(jī)為防腐型，作為風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的操作員站使用，主要負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)開車時(shí)儀控、電氣測點(diǎn)的現(xiàn)場確認(rèn)和崗位人員的現(xiàn)場點(diǎn)巡檢；硫酸中控室的工控機(jī)作為風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的工程師站使用，主要負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)、維護(hù)、報(bào)警和趨勢查詢。改造后2臺工控機(jī)與硫酸風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)采用以太網(wǎng)通訊，故在硫酸風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件改造時(shí)將1656-CNB通訊網(wǎng)卡更換為1756-ENBT通訊網(wǎng)卡。

2.2軟件升級改造

硫酸風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的上位顯示終端改造為工控機(jī)后，必須對現(xiàn)有硫酸風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的上位軟件進(jìn)行升級改造，即將控制系統(tǒng)上位軟件由觸摸屏內(nèi)的ME升級改造為工控機(jī)內(nèi)的SE。

2.3現(xiàn)場儀表設(shè)備改進(jìn)

現(xiàn)場儀表設(shè)備存在以下問題：①檢測介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，前期儀表選型要求較高，后期維護(hù)工作困難較大；②儀表設(shè)備大部分安裝于室外，由于長期受環(huán)境因素的影響，儀控設(shè)備老化周期縮短，導(dǎo)致出現(xiàn)測點(diǎn)檢測波動較大、儀表設(shè)備誤動作頻率增高等問題；③部分紅區(qū)測點(diǎn)前期設(shè)計(jì)時(shí)安全性考慮不全面，存在安全隱患；④由于工藝改動，部分現(xiàn)場儀控設(shè)備已不能完全滿足生產(chǎn)數(shù)據(jù)與控制的需要。采取以下措施對現(xiàn)場儀控設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改造：1）紅區(qū)測點(diǎn)檢測優(yōu)化控制。針對干吸工序循環(huán)槽液位測量受測點(diǎn)故障影響較大的問題，對循環(huán)槽液位增加雙測點(diǎn)聯(lián)鎖，由2個(gè)不同測量原理的液位計(jì)進(jìn)行液位檢測，當(dāng)雙測點(diǎn)同時(shí)滿足聯(lián)鎖條件時(shí)，聯(lián)鎖動作，保證液位與泵聯(lián)鎖動作的準(zhǔn)確性和安全性。2）重要測點(diǎn)監(jiān)測優(yōu)化。增加轉(zhuǎn)化工序冷激線閥門反饋裝置，避免閥門動作時(shí)不可檢測而導(dǎo)致的生產(chǎn)非計(jì)劃停工事故。3）二氧化硫分析儀預(yù)處理裝置優(yōu)化改進(jìn)。對取樣管路的敷設(shè)線路進(jìn)行優(yōu)化，縮短取樣管路的長度，降低取樣管路堵塞的故障率。對預(yù)處理裝置進(jìn)行清理和改進(jìn)，增加多個(gè)氣體凈化裝置，提高氣體中雜質(zhì)的過濾效率和裝置的預(yù)處理能力。4）加裝信號隔離裝置防止電氣設(shè)備被擊穿燒損。2019年11月，700kt/a制酸裝置的硫酸干吸泵發(fā)生故障，強(qiáng)電流串入溫度測量信號電纜導(dǎo)致11塊I/O卡件、交換機(jī)、繼電器等設(shè)備被擊穿燒損。為防止類似事故再次發(fā)生，將安裝在電氣設(shè)備上的儀表、電氣信號接入控制系統(tǒng)時(shí)加裝信號隔離裝置。5）余熱鍋爐以硬接線方式進(jìn)入DCS控制系統(tǒng)，不建議采用第三方通訊，應(yīng)預(yù)留余熱鍋爐I/O點(diǎn)數(shù)。

3實(shí)施效果

鎳冶煉廠首先對700kt/a制酸裝置DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，硬件和軟件條件都得到了提升，其結(jié)構(gòu)示意見圖1。改造后的DCS控制系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行近7個(gè)月，從根本上解決了700kt/a制酸裝置DCS控制系統(tǒng)頻繁死機(jī)、卡件故障等問題，確保DCS控制系統(tǒng)保持長期穩(wěn)定運(yùn)行。各制酸系統(tǒng)能夠保持相對獨(dú)立，互不影響，有利于制酸系統(tǒng)的維護(hù)、檢修及問題處理，有利于制酸系統(tǒng)與冶煉系統(tǒng)匹配化生產(chǎn)。技術(shù)改造后通過OPC技術(shù)接入集團(tuán)公司煙氣制酸網(wǎng)絡(luò)后非常穩(wěn)定，為公司提供了可靠數(shù)據(jù)。

4結(jié)語

鎳冶煉廠對700kt/a制酸裝置的DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)革新后，運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定，不但在一定程度上提高了作業(yè)率，節(jié)約了成本，更為重要的是解決了生產(chǎn)系統(tǒng)對安全、環(huán)保和自動化控制的迫切需求。通過完善和優(yōu)化聯(lián)鎖控制，制酸系統(tǒng)的自動化控制水平明顯提高，降低了崗位勞動強(qiáng)度，節(jié)約了勞動力成本，同時(shí)能夠避免冒酸和二氧化硫超標(biāo)排放帶來的環(huán)保壓力和經(jīng)濟(jì)損失，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]王志翔.硫酸生產(chǎn)加工與設(shè)備安裝新工藝新技術(shù)及生產(chǎn)過程分析質(zhì)量檢測新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊第2卷[M].長春:吉林音像出版社,2005:8.

作者：劉歡 劉昌麟 柴瑾瑜 遲棧洋 單位：金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠