魯振龍

(貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

煅后焦是生產炭素陽極制品的主要原材料，石油焦煅燒工序是炭陽極生產過程中的重要工序。罐式煅燒爐集炭質燒損低、產品質量好、運行維護費用小、余熱排放穩(wěn)定等眾多優(yōu)勢于一身，特別是能適用粒度細的石油焦。但由于其受產能小、控制水平低、原料適用性差的限制，使用率不及回轉窯。近年來，在提高資源利用率，促進循環(huán)經濟發(fā)展思路的影響下，罐式煅燒爐作為最經濟的煅燒設備，得到眾多電解鋁企業(yè)的青睞。

1 目前罐式煅燒爐爐內溫壓監(jiān)控現狀

煅燒溫度受多因素影響，如原料揮發(fā)分、水分含量、粒度組成等，從直接的調控操作來講燃料、空氣、負壓俗稱調溫“三要素”。揮發(fā)分和空氣的配比目前尚無成熟的監(jiān)測手段，因此，爐內溫度和負壓的監(jiān)測，成為罐式煅燒爐可以依賴的最重要的兩個參數，即我們通常講到的爐內溫壓監(jiān)測系統(tǒng)。

目前煅燒爐爐溫爐壓監(jiān)測系統(tǒng)基本有以下兩種模式。

（1）PLC/DCS方式。采用工業(yè)可編程序控制系統(tǒng)（簡稱PLC）或分布式控制系統(tǒng)（簡稱DCS）實現。配置上位機進行監(jiān)控和操作，具有可靠性高、開放、靈活、控制功能齊全等優(yōu)點。DCS/PLC控制系統(tǒng)其控制器的功能強大而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數據公路更是系統(tǒng)的關鍵，所以，系統(tǒng)投入需一步到位，投資費用高，日后的擴容難度較大；另外，需要相當數量的隔離器、端子柜、I/O卡件及I/O機柜，同時也需要相應的設備安裝空間；檢測元件采用硬接線，需使用大量電線電纜，橋架敷設量大。

（2）巡檢儀方式。采用多路巡檢儀實現，一般采用16/32/48/64路溫度或壓力巡檢儀進行數據采集、顯示。優(yōu)點：盤面布置，顯示直觀，沒有軟件編程等環(huán)節(jié)，省去了信號隔離器等設備，投資低。但數據顯示實時性差，巡檢速率慢，通常每個通道巡檢周期為1秒，巡檢路數越多巡檢周期越慢；兼容性差，基本不支持與上級控制系統(tǒng)的通訊連接，容易形成數據孤島；后期升級/擴容困難；安裝復雜，全部硬接線，需使用大量電線電纜；巡檢儀后端接線端子接線復雜，不便于檢修維護。

2 現場總線型罐式煅燒爐爐內溫壓監(jiān)測系統(tǒng)構成

現場總線型煅燒爐爐內溫壓監(jiān)測系統(tǒng)選擇MODBUSRS485單主多從通訊協議作為RS-485網絡的應用層通信協議，即“單主/多從”模式通訊協議。設備層主要由光電溫度傳感器、壓力變送器、熱電偶組成，光電溫度傳感器、壓力變送器、熱電偶均具有RS485輸出功能，通過RS485通訊電纜與層級網絡系統(tǒng)（數據采集器）進行通訊。以儀表柜內的數據采集器作為主機，光電溫度傳感器、熱電偶、壓力變送器等為從機。數據收集器不間歇地輪詢掛載在總線上的從設備（光電溫度傳感器、壓力變送器、熱電偶）數據。儀表柜柜面布置工業(yè)觸摸屏作為爐溫爐壓顯示設備，可在就地顯示罐式煅燒爐相應層火道溫度、總煙道溫度、相應層火道負壓及總煙道壓力。DCS/PLC系統(tǒng)（罐式煅燒爐上下游生產控制系統(tǒng)）通過查詢數據收集器，從而獲得每臺儀表的數據，并在控制室操作站上顯示/記錄罐式煅燒爐爐內溫度及壓力數據。系統(tǒng)結構見圖1。

3 現場總線型罐式煅燒爐爐內溫壓監(jiān)測系統(tǒng)特點

3.1 系統(tǒng)結構特點

圖1

采用現場總線通訊方式，利用數字通信替代了傳統(tǒng)4～20mA模擬信號傳輸，通過智能設備和數據采集器的全數字、雙向、多站的通信形式進行實時的數據監(jiān)控。RS485總線由于其平衡差分傳輸特性具備的抗干擾性好、傳輸距離遠、有較大級連能力等特點，非常適合于組成工業(yè)級的多機通信系統(tǒng)。因其開放的數據通訊協議，可以實現與DCS/PLC的通訊，真正意義上的實現了可擴展性和開放性；現場通過工業(yè)觸摸屏即時顯示罐式煅燒爐內的溫度、壓力數據，便于操作工在就地即時調整拉板開度及爐內負壓，穩(wěn)定爐內的溫度，保證產品質量，降低損耗。

數據采集使用分層采集的形式，對于煅燒爐相應層火道溫度及火道負壓，每一層單獨設立數據采集器，即使某一層數據采集器出現問題，不會影響整臺爐溫壓數據的監(jiān)測；單條總線電纜上的儀表全部采用并聯方式（手拉手結構），任一臺儀表損壞不影響整個網絡的通訊，其它儀表數據可正常傳送至數據采集器；數據采集器接線端子采用快插式，方便更換。

3.2 系統(tǒng)先進性經濟性

以一個有四臺72罐罐式煅燒爐的石油焦煅燒車間為例，按照生產需要，四臺煅燒爐需要下列檢測儀表：罐式爐燃燒火道第二層、第八層光電溫度傳感器576臺，第八層火道負壓檢測壓力變送器288臺（檢測層根據需要設定）。所有檢測儀表的輸出信號為標準的MODBUSRS485輸出信號，摒棄了傳統(tǒng)的硬接線方式，一根通訊電纜可以掛載多個儀表，同時具有可擴展能力，可根據需要增加檢測設備。與控制室DCS/PLC系統(tǒng)通訊采用標準的MODBUSRS485協議（也可以根據需要進行通訊協議轉換，以連接DCS/PLC系統(tǒng)）。設置于操作平臺的儀表機柜配置機柜空調，減少粉塵和環(huán)境溫度的影響。為保證數據采集的穩(wěn)定性，采用單臺爐每層燃燒火道的檢測項目獨立設置數據采集器的形式，數據采集器間互相完全兼容，一旦其中一臺出現問題，更換后可立即投入使用。

相對于目前多數企業(yè)采用通過DCS/PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測罐式爐爐內溫壓數據的情況，現場總線型罐式煅燒爐爐內溫壓監(jiān)測系統(tǒng)因采用MODBUSRS485通訊方式，可大大減少DCS/PLC控制系統(tǒng)模擬量輸入板卡的數量以及電纜和橋架的使用量。按照四臺爐864個模擬量輸入點計算，如果采用8通道模擬量板卡，則減少了108塊模擬量板卡，僅模擬量板卡一項，如按照每塊8通道模擬量板卡成本3000元計算，成本節(jié)約108×3000＝32.4萬元。如采用4～20mA模擬量信號傳輸，則DCS/PLC系統(tǒng)每個通道需配置信號隔離器，按照每只單價500元計算，則 為864×500=43.2萬 元； 采 用MODBUSRS485現場總線方式，數據采集模塊24塊，按照單價3500元，則為24×3500=8.4萬元，成本節(jié)約34.8萬元。如采用傳統(tǒng)的4～20mA信號，則每一個測點均需采用硬接線方式，每個點電纜用量按60米估算，則4臺爐用量約51840米；采用MODBUSRS485現場總線方案，電纜用量約為15600米，按每米電纜5元估算，則節(jié)約電纜成本18.12萬元；同時橋架使用量也被極大減少，相應的安裝和施工費用降低。因控制系統(tǒng)硬件數量的減少，降低了后期維護成本與備品備件采購量，如果再考慮DCS/PLC控制系統(tǒng)的CPU、I/O冗余、軟件、編程及調試費用等，成本節(jié)約更加明顯。

3.3 系統(tǒng)應用效果

該系統(tǒng)已在遼寧、山東等地的企業(yè)投入使用，一改傳統(tǒng)車間內電纜敷設雜亂、控制機柜繁多的情況。置于操作平臺儀表柜上的工業(yè)觸摸屏，實時顯示爐溫爐壓監(jiān)控數據，操作工可及時根據顯示結果調整拉板及爐內負壓，控制爐內燃燒溫度，操作工不用再將時間浪費在往返于控制室與操作平臺之間。

4 結語

在提高資源利用率，促進循環(huán)經濟發(fā)展的思路影響下，罐式煅燒爐作為最經濟的煅燒設備，受到各企業(yè)的青睞。為提高產品質量，有效節(jié)能降耗，自動化控制技術也隨之不斷更新，現場總線型罐式煅燒爐爐內溫壓監(jiān)測系統(tǒng)的應用可以有效地降低用戶投資成本，同時預留了擴展的空間。在提升了罐式煅燒爐爐內溫壓檢測技術的同時，保證了數據傳輸的安全、可靠、及時，降低了后期維護工作量，使得工作現場更為整潔，減輕了操作人員的工作量，提升了勞動效率。

參考文獻：

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