和利时MACS V652控制系统在精炼摇炉中的应用

黄健

（江西瑞林电气自动化有限公司，江西南昌 330031）

和利时MACS V652控制系统在精炼摇炉中的应用

黄健

（江西瑞林电气自动化有限公司，江西南昌 330031）

以铜陵有色张家港联合铜业有限公司新熔炼厂区为例,详细介绍了和利时MACS V652分散控制系统在熔炼厂区集中控制项目上的工艺设计、自动化方案、网络构架和工程特色,以及具体实施情况。

精炼摇炉;DCS;集中控制;现场总线

张家港联合铜业有限公司新厂区建设规模为100 kt/a铜,主体工艺设备为精炼摇炉。为满足联合铜业公司提出的：1)采用最新控制技术提高自动化水平;2)降低新厂区的建设投资成本;3)运行后实现减员增效等自动化系统设计原则,该项目在熔炼厂区的控制系统技术方案选型上,打破了常规方案的局限,在硬件平台的选择上,将PLC和DCS放在一起进行比较。最终经过招投标选择了性价比更好、更加适合集中控制应用要求的和利时MACS V652控制系统,同时在与第三方设备的集成中,采用了Profibus-DP现场通讯总线技术，为实现在控制室内真正掌控全厂设备的远程监控,进行了有益的尝试。

1 精炼摇炉工艺流程

废杂铜经打包成杂铜锭,叉运车间堆场备用,由行车装入加料小车,再由加料小车送入精炼摇炉。炉料分批加入精炼摇炉中,采用天然气、氧气加热熔化,当炉内达到相应温度时放渣；当炉料装入量达到390 t时,进行氧化提温作业,造渣贯穿于整个熔化和氧化过程之中；氧化过程后进而进行还原、浇铸作业。摇炉烟气通过余热锅炉进行余热利用,经过板式烟气冷却器和旋风收尘器后,再进入布袋收尘,由烟囱排空。火法精炼的铜水由圆盘浇铸机浇铸成合格的阳极板。

2 DCS控制系统

DCS(Distributed Control System)系统在火法炼铜过程控制中的应用已有二十多年的历史。自70年代以来,以微机为核心的分散式控制系统(DCS)将计算机技术、通讯技术、CRT显示技术和自动化技术(即4C技术)集为一体,使自动化仪表装置向系统化、分散化、多样化和高性能化的方向产生了一个质的飞跃。在此基础之上,现代控制理论的实用化成为可能,大大促进了自动控制技术的发展。分散控制系统(DCS)因能充分体现分散控制与集中操作管理的思想,并以先进的技术、丰富的控制功能、友好的人机界面和愈来愈可靠的工作性能等优势,近年来占据了大、中型火法冶炼主控的自动化领域。对于电气仪表系统,将其纳入DCS进行监控,有利于实现机、炉、电仪一体化控制而成为一种趋势[1-3]。

3 熔炼厂区集中控制

精炼摇炉集中控制系统的控制范围包括：杂铜精炼及浇铸区域、余热锅炉区域、循环水系统区域以及烟气处理区域,同时接入供水、供气的信号。炉前操作室与机柜室之间采用光纤连接,并通过DP协议同供电系统自动化保护、氮气搅拌系统、烟气冷却器、布袋收尘器、空气压缩机、排风机、吹灰装置等自带PLC设备进行通讯。每个监控站均为全功能站,能够监控和操作全厂电仪设备状态,同时通过权限设置不同的用户,区别监视和操作精炼摇炉、余热锅炉、燃烧阀组等工艺系统设备,构建一个全厂熔炼车间集中控制系统[4-5]。

本工程除精炼摇炉控制系统外,还在电解、净液工段配置了2套DCS系统。按工序设有4个操作控制室和3个机柜室。操作控制室分别为：精炼窑炉炉前操作室,设操作员站2台、工程师站1台(放置在精炼摇炉机柜室);电解工段操作室,设操作员站2台、工程师站1台;净液工段操作室,设置操作员站2台、工程师站1台;硫酸镍工段操作室,设置操作站1台。机柜室分别为:精炼窑炉机柜室、电解工段机柜室、净液工段机柜室。

系统配置的7台操作员站、3台工程师站、3个现场控制站、1个远程IO站之间以冗余100M工业以太网联接。7台操作站平时各自完成所控区域对象的生产监控,在特殊需要时通过身份密码的切换可完全对等,互为备用,只要任意1台操作员站正常，即可完成全功能操作。此外,在特殊情况下,也可通过身份密码和权限的切换,实现操作员站和工程师站的切换。

每个现场控制站均配置有一对高性能、大容量的冗余主控单元,通过冗余100 M工业以太网(光纤介质)与操作站间构成一个可靠的实时控制网络,同时每个现场I/O站内的各卡件都是独立的1:1冗余供电,系统的可靠性很高,系统故障危险性降到最低。控制系统网络逻辑见图1。

图1 控制系统网络逻辑

4 系统通讯网络

和利时MACS V652控制系统的网络层级分为系统网和控制网。1)系统网:工程师站下装现场控制站通过TCP/IP协议进行,因此现场控制站需要设置IP地址。设计人员将一个现场控制站里相互冗余的两个主控单元分别称为A机、B机,它们的IP地址设置通过拨码开关来实现。2)控制网:控制网络(CNET)由Profibus-DP总线构成,用来实现过程I/O模块与I/O控制站主控模块的通信,完成实时输入、输出数据的传送。最大节点数为126,其中每个分段上最多可接22个节点,各段可通过中继器相连。传输速率(9.6 Kbps～12 Mbps)与每段距离有关,当距离在100 m内时,传输速率可达12 Mbps。同一系统中的全部设备需选用同一速率通信介质,主要是采用屏蔽双绞线或光纤。

5 结语

综上所述,和利时MACS V652分散控制系统在张家港联合铜业精炼摇炉集中控制的应用,是DCS应用于大中型杂铜冶炼集中控制的一个成功的案例。系统所具有的灵活组态方式、高可靠性大容量的网络为采用DCS技术实现熔炼厂区集中控制创造了有益技术条件。Profibus现场总线的应用,也为今后实现全厂范围内各品牌控制系统的网络统一提供了标准介入基础。该项目控制系统运行稳定,操作简单,维护工作极少,获得了用户的好评。

[1] 张还.图解西门子S7-300/400 PLC控制系统设计快速入门[M].北京:机械工业出版社,2011.

[2] 韩璞.分散控制系统的人机交互技术[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[3] 赵众,冯晓东.集散控制系统原理及其应用[M].北京:电子工业出版社,2007.

[4] 电力行业热工自动化技术委员会.火力发电厂分散控制系统典型故障应急处理预案:和利时MACSV6系统[M].北京:中国电力出版社,2012.

[5] 梁强.西门子PLC控制系统设计及应用[M].北京：中国电力出版社,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

黄 健(1982—),男,主要从事电气自动化设计与研究工作。