我厂轻灰自控系统改造

张连刚，杜竹之

（山东海化集团纯碱厂，山东 潍坊 262737）

海化碱厂老线轻灰系统有5台煅烧炉，每台煅烧炉的电气部分由一套西门子S5PLC控制，外围系统由另外两套S5PLC控制。本工段仪表部分及其它工段采用艾默生DCS控制，每套PLC系统均有一只S5通讯卡与DCS的DELTAV通讯卡相连，通过MODBUS协议通讯，DCS上配有上位机，DCS向PLC发出指令和读取信息，实现了上位机对PLC控制的设备进行控制和指示。供电方面：PLC输入卡、输出卡均为交流220V，每套PLC均由一只稳压电源供电，该稳压电源既供给PLC工作，也供给接于该PLC系统的接触器线圈电源。如图1所示。

控制电缆采用的是KVV10＊1.5，一根电缆带2至3台设备。

图1 改造前的接线图

1 存在的问题

该系统运行了十几年，发现存在如下问题：

1）输出卡件经常烧毁。由于煅烧工艺特点，某些设备容易结疤，落下来的疤块会卡停运行的设备，工艺操作人员会对卡停的设备频繁点车（连续快速开停电机），将碱疤打碎，这个过程中该设备的接触器要切断启动电流，该电流要比正常电流大许多，所以拉弧较大，有时波及到线圈接线处，引至PLC输出卡，造成卡件烧毁。其原因是卡件输出未加中间继电器隔离，外部故障直接引入到了卡件内部。

2）备品备件价格高、周期长。目前西门子公司的S5产品已经停产多年，采购的备件主要依赖全国各地的库存，价格高，而且周期长达半年，给生产维护带来了不便。

3）感应电压高，维护不便。由于控制电缆采用的是非屏蔽电缆，而且PLC柜至配电盘的接触器线圈线只接火线，零线在配电室内直接接入零排，造成控制电缆内部产生大量不平衡电场，使不带电的控制缆感应电压较高，能高达180V，维护人员无法单纯用电笔测量端子的带电情况，不便于故障处理。

4）联锁不可靠。原系统是在PLC内部实现的联锁，它通过读取PLC中输出通道状态来判断联锁，这会使设备发生某些故障如线圈烧坏、接线头松等，造成接触器没有吸合或接触器释放，设备不运转，但PLC的输出存在，PLC仍然认为设备运转，所以前方设备不联锁停车，造成设备堵料，导致较大的事故发生。

2 系统改造

鉴于以上几方面的原因，我厂于2012年8月大修期间对该PLC系统进行改造，改为DELTAV系统的DCS。本次改造本着与原DCS系统统一的原则，并对原配电盘尽可能少的改动。

1）将PLC柜更换为DCS柜，保留原PLC的稳压电源，DCS系统的输入和输出信号均采用24V直流信号，输出卡增加输出中间继电器（图2中KA），中间继电器输出结点接220V稳压电源，既能将输出的24V电压转换为220V输出，还能将外部故障隔离在卡件外部，中间继电器在DCS柜定做时由厂家集成到DCS柜中。

2）为确保DCS准确识别设备运行状态，作出可靠的联锁动作，增加了原有的接触器的一对常开触点作为开车指示（图2中5号端子），这种信号反映设备运行状态准确，设备联锁程序作在DCS中，DCS通过读取接触器常开触点的状态，判断设备运行状态，作出准确的联锁输出。

3）由于开车指示信号的增加，原有控制缆的芯数不足，每个配电盘增加一根KVVRP7＊1.5控制电缆，DCS的输入信号为直流24V，而经中间继电器输出的信号为交流220V信号。为防止两种不同信号在同一根电缆中产生干扰，而将新增的屏蔽控制电缆接经中间继电器输出的交流220V信号（图2中4号端子），给接触器线圈供电，同一个配电盘内所有的接触器共用此电缆，原有的控制电缆接24 V输入信号，这样，同一根控制电缆传输的信号一致。在配电盘内部，将原来接接触器线圈的电缆芯改为接触器常开触点（开车指示）的返回信号（图2中5号端子），这样在盘内改动最少，屏蔽控制电缆的屏蔽层在DCS侧单端接地，此种接线，使得控制电缆中交流220V产生的不平衡电场隔离在电缆内部，消除了感应电的产生。另外DELTAV系统控制输出的电源为直流负端（或接地端），当产生感应电压时，经直流负端接地也能将其消除。改造后的接线图如图2。

图2 改造后的接线图

3 改造总结

该项目于2012年8月25日完成，此次改造的设备共计97台，而新增的电缆仅有460m，节省了电缆的投资，改造过程中，配电室侧仅将接触器增加了一对结点引至端子排，调整了线圈接线端子，在配电盘内其它均未改动，做到了最少改动。

DCS投用后，至今运行正常。经测量感应电压较低，最高时仅有十几伏，发生异常事故时能正常联锁停车，也未因频繁点车造成卡件烧毁，达到了改造的目的。