黃健

（江西瑞林電氣自動化有限公司，江西南昌 330031）

和利時MACS V652控制系統(tǒng)在精煉搖爐中的應(yīng)用

黃健

（江西瑞林電氣自動化有限公司，江西南昌 330031）

以銅陵有色張家港聯(lián)合銅業(yè)有限公司新熔煉廠區(qū)為例,詳細(xì)介紹了和利時MACS V652分散控制系統(tǒng)在熔煉廠區(qū)集中控制項目上的工藝設(shè)計、自動化方案、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和工程特色,以及具體實施情況。

精煉搖爐;DCS;集中控制;現(xiàn)場總線

張家港聯(lián)合銅業(yè)有限公司新廠區(qū)建設(shè)規(guī)模為100 kt/a銅,主體工藝設(shè)備為精煉搖爐。為滿足聯(lián)合銅業(yè)公司提出的：1)采用最新控制技術(shù)提高自動化水平;2)降低新廠區(qū)的建設(shè)投資成本;3)運(yùn)行后實現(xiàn)減員增效等自動化系統(tǒng)設(shè)計原則,該項目在熔煉廠區(qū)的控制系統(tǒng)技術(shù)方案選型上,打破了常規(guī)方案的局限,在硬件平臺的選擇上,將PLC和DCS放在一起進(jìn)行比較。最終經(jīng)過招投標(biāo)選擇了性價比更好、更加適合集中控制應(yīng)用要求的和利時MACS V652控制系統(tǒng),同時在與第三方設(shè)備的集成中,采用了Profibus-DP現(xiàn)場通訊總線技術(shù)，為實現(xiàn)在控制室內(nèi)真正掌控全廠設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控,進(jìn)行了有益的嘗試。

1 精煉搖爐工藝流程

廢雜銅經(jīng)打包成雜銅錠,叉運(yùn)車間堆場備用,由行車裝入加料小車,再由加料小車送入精煉搖爐。爐料分批加入精煉搖爐中,采用天然氣、氧氣加熱熔化,當(dāng)爐內(nèi)達(dá)到相應(yīng)溫度時放渣；當(dāng)爐料裝入量達(dá)到390 t時,進(jìn)行氧化提溫作業(yè),造渣貫穿于整個熔化和氧化過程之中；氧化過程后進(jìn)而進(jìn)行還原、澆鑄作業(yè)。搖爐煙氣通過余熱鍋爐進(jìn)行余熱利用,經(jīng)過板式煙氣冷卻器和旋風(fēng)收塵器后,再進(jìn)入布袋收塵,由煙囪排空?；鸱ň珶挼你~水由圓盤澆鑄機(jī)澆鑄成合格的陽極板。

2 DCS控制系統(tǒng)

DCS(Distributed Control System)系統(tǒng)在火法煉銅過程控制中的應(yīng)用已有二十多年的歷史。自70年代以來,以微機(jī)為核心的分散式控制系統(tǒng)(DCS)將計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT顯示技術(shù)和自動化技術(shù)(即4C技術(shù))集為一體,使自動化儀表裝置向系統(tǒng)化、分散化、多樣化和高性能化的方向產(chǎn)生了一個質(zhì)的飛躍。在此基礎(chǔ)之上,現(xiàn)代控制理論的實用化成為可能,大大促進(jìn)了自動控制技術(shù)的發(fā)展。分散控制系統(tǒng)(DCS)因能充分體現(xiàn)分散控制與集中操作管理的思想,并以先進(jìn)的技術(shù)、豐富的控制功能、友好的人機(jī)界面和愈來愈可靠的工作性能等優(yōu)勢,近年來占據(jù)了大、中型火法冶煉主控的自動化領(lǐng)域。對于電氣儀表系統(tǒng),將其納入DCS進(jìn)行監(jiān)控,有利于實現(xiàn)機(jī)、爐、電儀一體化控制而成為一種趨勢[1-3]。

3 熔煉廠區(qū)集中控制

精煉搖爐集中控制系統(tǒng)的控制范圍包括：雜銅精煉及澆鑄區(qū)域、余熱鍋爐區(qū)域、循環(huán)水系統(tǒng)區(qū)域以及煙氣處理區(qū)域,同時接入供水、供氣的信號。爐前操作室與機(jī)柜室之間采用光纖連接,并通過DP協(xié)議同供電系統(tǒng)自動化保護(hù)、氮?dú)鈹嚢柘到y(tǒng)、煙氣冷卻器、布袋收塵器、空氣壓縮機(jī)、排風(fēng)機(jī)、吹灰裝置等自帶PLC設(shè)備進(jìn)行通訊。每個監(jiān)控站均為全功能站,能夠監(jiān)控和操作全廠電儀設(shè)備狀態(tài),同時通過權(quán)限設(shè)置不同的用戶,區(qū)別監(jiān)視和操作精煉搖爐、余熱鍋爐、燃燒閥組等工藝系統(tǒng)設(shè)備,構(gòu)建一個全廠熔煉車間集中控制系統(tǒng)[4-5]。

本工程除精煉搖爐控制系統(tǒng)外,還在電解、凈液工段配置了2套DCS系統(tǒng)。按工序設(shè)有4個操作控制室和3個機(jī)柜室。操作控制室分別為：精煉窯爐爐前操作室,設(shè)操作員站2臺、工程師站1臺(放置在精煉搖爐機(jī)柜室);電解工段操作室,設(shè)操作員站2臺、工程師站1臺;凈液工段操作室,設(shè)置操作員站2臺、工程師站1臺;硫酸鎳工段操作室,設(shè)置操作站1臺。機(jī)柜室分別為:精煉窯爐機(jī)柜室、電解工段機(jī)柜室、凈液工段機(jī)柜室。

系統(tǒng)配置的7臺操作員站、3臺工程師站、3個現(xiàn)場控制站、1個遠(yuǎn)程IO站之間以冗余100M工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)接。7臺操作站平時各自完成所控區(qū)域?qū)ο蟮纳a(chǎn)監(jiān)控,在特殊需要時通過身份密碼的切換可完全對等,互為備用,只要任意1臺操作員站正常，即可完成全功能操作。此外,在特殊情況下,也可通過身份密碼和權(quán)限的切換,實現(xiàn)操作員站和工程師站的切換。

每個現(xiàn)場控制站均配置有一對高性能、大容量的冗余主控單元,通過冗余100 M工業(yè)以太網(wǎng)(光纖介質(zhì))與操作站間構(gòu)成一個可靠的實時控制網(wǎng)絡(luò),同時每個現(xiàn)場I/O站內(nèi)的各卡件都是獨(dú)立的1:1冗余供電,系統(tǒng)的可靠性很高,系統(tǒng)故障危險性降到最低。控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邏輯見圖1。

圖1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邏輯

4 系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)

和利時MACS V652控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層級分為系統(tǒng)網(wǎng)和控制網(wǎng)。1)系統(tǒng)網(wǎng):工程師站下裝現(xiàn)場控制站通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行,因此現(xiàn)場控制站需要設(shè)置IP地址。設(shè)計人員將一個現(xiàn)場控制站里相互冗余的兩個主控單元分別稱為A機(jī)、B機(jī),它們的IP地址設(shè)置通過撥碼開關(guān)來實現(xiàn)。2)控制網(wǎng):控制網(wǎng)絡(luò)(CNET)由Profibus-DP總線構(gòu)成,用來實現(xiàn)過程I/O模塊與I/O控制站主控模塊的通信,完成實時輸入、輸出數(shù)據(jù)的傳送。最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為126,其中每個分段上最多可接22個節(jié)點(diǎn),各段可通過中繼器相連。傳輸速率(9.6 Kbps～12 Mbps)與每段距離有關(guān),當(dāng)距離在100 m內(nèi)時,傳輸速率可達(dá)12 Mbps。同一系統(tǒng)中的全部設(shè)備需選用同一速率通信介質(zhì),主要是采用屏蔽雙絞線或光纖。

5 結(jié)語

綜上所述,和利時MACS V652分散控制系統(tǒng)在張家港聯(lián)合銅業(yè)精煉搖爐集中控制的應(yīng)用,是DCS應(yīng)用于大中型雜銅冶煉集中控制的一個成功的案例。系統(tǒng)所具有的靈活組態(tài)方式、高可靠性大容量的網(wǎng)絡(luò)為采用DCS技術(shù)實現(xiàn)熔煉廠區(qū)集中控制創(chuàng)造了有益技術(shù)條件。Profibus現(xiàn)場總線的應(yīng)用,也為今后實現(xiàn)全廠范圍內(nèi)各品牌控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一提供了標(biāo)準(zhǔn)介入基礎(chǔ)。該項目控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,操作簡單,維護(hù)工作極少,獲得了用戶的好評。

[1] 張還.圖解西門子S7-300/400 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計快速入門[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2] 韓璞.分散控制系統(tǒng)的人機(jī)交互技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2007.

[3] 趙眾,馮曉東.集散控制系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

[4] 電力行業(yè)熱工自動化技術(shù)委員會.火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)典型故障應(yīng)急處理預(yù)案:和利時MACSV6系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社,2012.

[5] 梁強(qiáng).西門子PLC控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社,2011.

The Application of Hollysys MACS V652 Control System in Refining Rocking Furnace

HUANG Jian

(Jiangxi Nerin Electric&Automation Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Take new smelting plant of Tongling Nonferrous Metals Group Zhangjiagang United Copper Industry Limited Company as example,we make a detailed introduction for process design,automation scheme,network framework,engineering characteristics and specific implementation for Hollysys MACS V652 DCS (distributed control system)used in smelting plant centralized control project.

refining rocking furnace;DCS;centralized control;profibus

TP277

B

1004-4345(2014)04-0052-02

2014-05-26

黃 健(1982—),男,主要從事電氣自動化設(shè)計與研究工作。