AS-i總線技術(shù)在浮選廠的應(yīng)用

張 濤，黃 鶴

（北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

1 引言

計算機網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)的發(fā)展使工廠現(xiàn)場設(shè)備、控制與管理實現(xiàn)了自動化，并引發(fā)了自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變革［1］。現(xiàn)場總線技術(shù)便是其發(fā)展的產(chǎn)物，具有開放性、數(shù)字化、雙向通信、多站點、互操作性、智能化等特點［2］。AS-i總線是眾多現(xiàn)場總線技術(shù)中的一種。AS-i（Actuator Sensor interface）是執(zhí)行器-傳感器-接口的英文縮寫，它是一種用來在控制器（主站）和傳感器/執(zhí)行器（從站）之間雙向交換信息的總線網(wǎng)絡(luò)，屬于現(xiàn)場總線底層設(shè)備級的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)［3］。其主要優(yōu)勢在于現(xiàn)場分散式的數(shù)據(jù)采集。

AS-i技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如冶金、汽車制造、石油化工、輕工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，并取得很好的應(yīng)用效果。例如，我國玉溪卷煙生產(chǎn)線、沈陽金杯汽車制造廠總裝車間的懸掛運輸線、上海浦東機場旅客行李分揀和運輸系統(tǒng)均采用AS-i總線監(jiān)控系統(tǒng)。AS-i系統(tǒng)甚至在民用建筑中也有應(yīng)用［4］。但是目前在國內(nèi)的選礦廠中鮮有應(yīng)用。最近，筆者在國外某浮選廠EPC項目中應(yīng)用AS-i總線技術(shù)，將AS-i總線和Profibus總線相結(jié)合，形成層次式和并列式的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)架構(gòu)簡單，可靠性好，實時性強，接線方便，有較強的借鑒意義。

2 AS-i總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

AS-i總線為主/從結(jié)構(gòu)。AS-i主機和CPU控制器統(tǒng)稱為主站（Master），是AS-i總線系統(tǒng)的核心，向下與各從站通信，向上通過網(wǎng)關(guān)與多種現(xiàn)場總線連接［5］。從站（Slave）一般可分為兩種，一種是帶有AS-i通信接口的智能傳感器/執(zhí)行器；另一種是分離型結(jié)構(gòu)，由專門設(shè)計的AS-i的I/O接口模塊和普通的傳感器構(gòu)成。本項目采用后者。

主站和從站之間采用2芯扁平電纜，電纜中除傳輸信號之外還通過網(wǎng)絡(luò)提供電源，供主、從站中的電路使用，抗干擾、驅(qū)動能力強、傳輸距離遠［6］。對于具有較高功率要求（所需電流大于65mA），電源為24VDC的執(zhí)行器（例如電磁閥），需使用輔助電源并采用AS-i接口電纜作為輔助電源電纜。

AS-i總線應(yīng)用在過程自動化中，一般處于現(xiàn)場總線三層網(wǎng)絡(luò)的底層（現(xiàn)場總線層），中層為Proibus DP或PA總線（分布控制層），上層為Ethernet（上位監(jiān)控層）。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。本項目采用該層次結(jié)構(gòu)。

圖1 AS-i總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

對于現(xiàn)場分散的數(shù)據(jù)采集AS-i總線提供了方便，通過Profibus DP通訊為上位機、PLC、PC的數(shù)據(jù)采集提供了方便，開放的總線協(xié)議提供了更加靈活的控制方式［7］。另外，AS-i總線系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)可以自由選擇，配置十分靈活，可以是星型、樹形、線型、分枝線型等結(jié)構(gòu)［8］。

3 應(yīng)用實例

項目位于非洲南部，為銅浮選廠，設(shè)計規(guī)模為年處理原礦量1278萬t，年產(chǎn)30%品位的銅精礦24萬t。浮選工藝流程為粗選、精選、再精選，另外還包括藥劑制備與添加、工廠氣、儀表氣、水等輔助生產(chǎn)系統(tǒng)。

浮選廠檢測和控制項目主要有：浮選機液位檢測和控制；浮選機充氣量檢測和控制；各泵池液位檢測和控制；渣漿泵出入口刀閘閥的聯(lián)鎖控制；渣漿泵水封水管路壓力和流量檢測和控制；原礦、精礦、尾礦的金屬平衡與計量等。因檢測儀表和控制裝置位置相對集中，適合采用現(xiàn)場分布式I/O模塊即AS-i從站模塊采集各信號。其控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

現(xiàn)場共計約70面ASP（AS-i Slave Panel）箱，5面AMP（AS-i Master Panel）箱，1面PLC控制柜，4臺操作員站和1臺工程師站。

ASP箱作為現(xiàn)場總線層（從站），其內(nèi)部I/O接口模塊根據(jù)附近儀表的信號輸出類型和其數(shù)量自由配置，可以是AI、AO、DI、DO、RTD等模塊的自由組合。本項目AS-i從站模塊拓撲結(jié)構(gòu)采用“手拉手”形式即線型結(jié)構(gòu)連接至AS-i主站。現(xiàn)場應(yīng)用的ASP箱如圖3所示。

AMP箱和PLC柜作為控制層（主站），AMP箱內(nèi)部包含 DP/AS-i Link Advanced 控制網(wǎng)關(guān)作為AS-i主站，并將AS-i通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為Profibus DP通信協(xié)議，后通過OLM G12將Profibus DP轉(zhuǎn)換為光纖解決傳輸距離過遠的問題，各AMP箱線型連接至PLC控制柜；PLC控制柜采用西門子 S7-400控制器，對現(xiàn)場各參數(shù)進行處理、控制。AS-i電源模塊也安裝在AMP柜中提供輔助電源。現(xiàn)場應(yīng)用的AMP箱如圖4所示。

圖3 ASP箱內(nèi)部配置圖

圖4 AMP箱內(nèi)部配置圖

4臺操作員站和1臺工程師站作為上位監(jiān)控層，提供人機接口（HMI），對全廠所有過程參數(shù)進行監(jiān)視和控制。圖5是浮選廠上位機監(jiān)控畫面之一。

另外，各AS-i從站的運行狀態(tài)可以在主站設(shè)備上通過“Lifelist”進行監(jiān)視，如圖6所示；各AS-i主站的運行狀態(tài)，可通過上位機網(wǎng)絡(luò)診斷程序進行實時監(jiān)控，確保了AS-i總線高效穩(wěn)定的運行。

圖5 上位機監(jiān)控畫面示例

圖6 AS-i主站Lifelist界面

目前在各浮選廠一般采用分布式遠程I/O站+總線通訊+主控制器的控制系統(tǒng)架構(gòu)，這種傳統(tǒng)的控制方式，具有線纜使用量大、施工工程量大、不利于維保和故障檢修的問題［9］。本項目采用AS-i總線+Proibus DP分布控制層+Ethernet監(jiān)控層的控制系統(tǒng)架構(gòu)，將現(xiàn)場I/O接口模塊就近安裝在I/O密集處，將I/O模塊更進一步分散，既節(jié)省了電纜，減少了錯綜復(fù)雜的電纜敷設(shè)，又保證了I/O設(shè)備工作更安全可靠，另外在系統(tǒng)擴展上也極為靈活。

4 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展給控制系統(tǒng)帶了帶來了新的變革，采用現(xiàn)場總線（Fieldbus）技術(shù)進行的多站點、多參量、雙向數(shù)字通信代替了4～20mA的模擬信號，使信號更可靠，傳輸效率更高［10］。在浮選廠控制系統(tǒng)中，采用AS-i分布式總線系統(tǒng)，節(jié)省了大量的電纜及其安裝費用，同時組態(tài)簡單，擴展靈活，完全滿足了現(xiàn)場的生產(chǎn)需要。這種簡單、高效的分布式控制方案可在行業(yè)內(nèi)推廣使用。