DeltaV控制系统与氧气底吹炼铜工厂工艺设备的PROFIBUS- DP通讯

谢红辉， 李泽宇

(1.中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038； 2.北京汽车研究总院有限公司， 北京 100030)

0 引言

氧气底吹熔炼技术是我国自主研发的一种熔池熔炼技术，已成功地用于铅、铜冶炼[1]，取得不错的效果。本文以青海省某采用氧气底吹炼铜技术，年产10万t阴极铜的工程为例，详细介绍其采用的艾默生DELTAV控制系统与底吹炼铜火法工艺中典型成套工艺设备的控制系统之间的PROFIBUS- DP通讯。

1 火法工艺流程

该项目采用的火法炼铜主要分为熔炼(1台底吹熔炼炉)、吹炼(1台底吹吹炼炉)和精炼(2台阳极精炼炉)三个工段，火法工艺部分典型的工艺设备如表1所示，该表中所有工艺设备均带有PLC控制系统或单片机控制系统。

表1 火法工艺典型设备

2 DP通讯网络结构图

火法部分的DCS控制系统采用艾默生的DELTAV控制系统。DELTAV控制系统基于数字结构设计，完全集成了多种总线的智能化工厂能力。DELTAV系统的每块PROFIBUS- DP卡支持1个PROFIBUS- DP网段，每个PROFIBUS- DP网段最多可连接63个PROFIBUS- DP设备。PROFIBUS- DP卡一般与电机启动、驱动装置或其他更为复杂的设备连接，具备一定的故障诊断功能，主要的应用有：马达设备、变频设备、秤重单元、PLC等。

为了能在DCS控制系统中监视典型设备的工作状态，本项目采用 PROFIBUS- DP通讯的方式，在DELTAV系统与典型设备的控制系统间建立联系。图1是本工程DELTAV控制系统DP通讯网络结构图。

图1 DP通讯网络结构图

由图1可以看出，典型设备控制系统主要分为两类，一种为西门子的PLC控制系统，另一种则为单片机控制系统。PLC控制系统可以直接与DCS系统进行PROFIBUS- DP通讯,单片机控制系统则可以采用MODBUS转PROFIBUS- DP通讯的方式与DCS系统建立通讯。

在建立通讯前，需要给所有典型设备分配唯一的DP地址，并将所有的波特率统一设置成187.5 kB/s。

3 DP通讯组态

DP通讯组态主要分为从站组态与主站组态两个部分(以下以熔炼高温风机的通讯为例)。

3.1 从站组态

西门子的PLC控制系统作为从站时，组态主要分为以下几步：

(1)硬件组态

将控制器设为从站，并设置成事先分配的DP地址和波特率，定义与主站通讯的数据包的格式，如数据包的长度、单位、一致性、地址、输入/输出形式等，见图2。

图2 从站数据格式设置

(2)数据传送

编写程序，将与主站通讯的数据传送到定义的地址。

作为从站的单片机控制系统通过MODBUS转PROFIBUS- DP网关PM- 160实现与主站的连接通信。其中，通过使用网关的配套配置软件对PM- 160进行相关配置，将需要采集的从站设备信息通过网关读、写命令及数据转换、存储，映射到主站的输入、输出映射区，以实现DCS对空压机设备的数据采集和监控，本文不再详述。

3.2 主站组态

DELTAV系统作为主站，首先需要在主站中导入相应从站的GSD文件，然后在DP通讯端口设置DP卡的地址和通讯速率。

在DP卡下添加相应的从站设备，将其使能后并分配成与PLC的DP一致的地址。在建立通讯数据包时，有时可能需要先插入GSD文件要求的数据槽，然后再建立与从站通讯的数据包，该数据包的长度、单位、一致性必须与从站组态的数据包保持一致的，输入/输出类型则刚好相反。

在下载且诊断画面中显示如图3所示时，表示通讯成功建立，此时可将主站中的数据包按照实际的单个数据格式进行拆解，如拆解成若干个16位的模拟量，或者1位的开关量等，即建立相应的通讯设备DST。

图3 DELTAV系统DP通讯诊断

对于通讯的模拟量，有时需要进行相应的数学运算才能转换成需要的数据，此时可建立相应的module。为了便于分析，还可以在module中对模拟量建立历史趋势、归档。

最后一步即在上位机上插入相应的模拟量dynamo，开关量则用简单的颜色显示来示意，效果图如图4所示。

图4 熔炼高温风机上位画面

4 通讯组态时注意事项

(1)从站的GSD文件一定要与控制器保持一致。对于西门子PLC控制系统而言，组态时控制器可以采用低版本GSD文件，作为主站的DELTAV系统也必须采用此低版本的GSD文件，此时主站组态的控制器订货号可能与实际的控制器订货号不一致；

(2)主站DELTAV控制系统在导入GSD文件时，最好从Professional Plus站(即PP站)导入，否则有可能在GSD文件库中找不到。另外在DELTAV系统中各GSD文件有相应的分类，GSD文件的分类名应与DELTAV库中的分类名大小写保持一致；

(3)MODBUS转PROFIBUS- DP通讯时需要注意的是：对于一个16位的整型数，DELTAV系统将高字节作为该整型数的低位，把低字节作为该整形数的高位。

5 结语

本项目采用PROFIBUS- DP通讯方式，有效地将火法工艺部分典型的设备的运行状态显示在DCS控制系统中，省去了大量的电缆及其敷设，极大地方便中控室操作工对全流程的运行状况把握。