现场总线技术在黄金精炼厂中的应用.pdf
3 0 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 2 0 1 2 年8 期 d o i 1 0 .3 9 6 9 /j .i s s n .1 0 0 7 7 5 4 5 .2 0 1 2 .0 8 .0 1 0 现场总线技术在黄金精炼厂中的应用 仓冰南,郭振宇,徐宁,王庆凯 北京矿冶研究总院,北京1 0 0 0 7 0 摘要现场总线控制系统 F c s 技术比传统的分布式控制系统技术 D C s 更具有优势,以山东黄金矿业 股份有限公司12 0 0t /d 金精矿厂工程建设为背景,阐述了F C s 在实际生产建设中的应用。 关键词现场总线控制 F C s ;分布式控制系统 D C s ;黄金精炼;应用 中图分类号T P 2 9 ;T F 8 3 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 8 一0 0 3 0 0 4 A p p l i c a t i o no fF i e l d b u sC o n t r o lS y s t e mi nG o l dR e f i n e r y C A N GB i n g n a n ,G U OZ h e n y u ,X UN i n g ,W A N GQ i n g k a i B e 玎i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s “t u t eo fM i n j n ga n dM e t a l l u r g y ,B e 玎i n g1 0 0 0 7 0 ,C h i n a A b s t r a c t T h ef i e l d b u sc o n t r 0 1s y s t e m F C S h a sm o r ea d v a n t a g e st h a nt h et r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m D C S .T h ea p p l i c a t i o no fF C St e c h n 0 1 0 9 yi nt h ea c t u a lp l a n ti se l a b o r a t e dw i t ht h eb a c k g r o u n do f t h ep r o j e c to f12 0 0t /dg o l dc o n c e n t r a t er e f i n e r yo fS h a n d o n gG o l dM i n i n gC o .,L t d . K e yw o r d s f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m F C S ;d i s t r i b u t e dc o n t r 0 1s y s t e m D C S ;r e f i n i n go f9 0 1 d ;a p p l i c a t i o n 现场总线技术 F C S 在2 0 世纪8 0 年代末、9 0 年代初用于生产,F C S 就是在微机化测量控制设备 之间实现双向串行多节点数字通信系统,也被称为 开放式、数字化、多点通信的底层控制网络口] 。传统 的分布式控制系统 D C S 采用现场仪表检测的D I 信号通过4 ~2 0m A 信号进入P L C 系统后,控制器 根据程序进行运算,结果以D O 信号输出给执行机 构口] 。随着企业自动化水平的提高,检测点及控制 点数成倍增加,传统的D C S 系统显然已不能满足自 动化技术的飞速发展,因此,F C S 系统立刻展现出 了强大的生命力。 1 工艺流程概述 山东黄金矿业股份有限公司12 0 0t /d 金精矿 综合回收利用工程 以下简称山东黄金精炼厂 位于 山东省莱州市境内,地势平坦,交通方便。全厂按功 能科分为三大部分磨矿浮选段、氰化置换段和冶炼 段。磨矿浮选段包括原料库调浆与磨矿车间、浮选 收稿日期2 0 1 2 一0 1 3 1 作者简介仓冰南 1 9 8 5 一 ,男,辽宁沈阳市人,硕士,助理工程师 车间、浮选脱水车间;氰化置换段包括高品位氰化车 问、低品位氰化车间和置换车问;冶炼段则分为金泥 处理区、粗金处理区和银处理区等三大生产区,分别 生产成品金锭和银锭。全厂除此三大车问段以外, 还包括地热空调车间、氰渣处理车间、污水处理车 间、废气处理车间等。 磨浮段工艺流程图见图1 。 氰化置换段工艺流程图见图2 。 除上述主要流程外,山东黄金精炼厂还包括生 活污水处理、生产污水处理等许多流程。全厂流程 复杂,厂房众多,各型检测、控制仪表更是高达数百 台。如果仅采用D C S 系统实现全厂自动化控制的 话,则仅各型控制电缆就将高达数十万米,同时由于 仪表众多,如果仅采用D C S 系统时其D I 点数就达 数千点,P L C 控制系统的成本将会非常巨大,因此, 我们采用了F C S 技术和传统的D C s 技术相结合的 方法构建自动化系统。 万方数据 2 0 1 2 年8 期有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l ‘b g r i m m .c n 3 1 高铜精矿 图1 磨浮段工艺流程图 F i g .1 P r o c e s sf l o w s h e e to fg r i n d i n ga n dn o t a t i o ns e c t i o n 高硫精矿低硫精矿 图2 氰化置换段工艺流程图 F i g .2 P r o c e s sf l o w s h e e tO fc y a n i d i n ga n dr e p l a c e m e n ts e c t i o n 2 F C S 系统架构设计 2 .1F C S 技术概述 F C S 技术就是将专用微处理器植入测量控制 仪表或I /0 模块,使其具有数字计算和数字通信能 力,然后采用通讯电缆 如P r o f i b u sD P 、P r o f 南u s P A 将其连接在一起,使它们相互或它们与计算机 之间能够实现数据传输与信息交换,从而形成各种 适应实际需要的自动控制系统[ 3 ] 。F C S 优化了 D C S 传统的I /O 单元和控制站,D C S 控制站的功能 块被分散到现场仪表中,各功能块可由用户统一选 择并组态,从而实现了虚拟控制站技术并可实现更 为彻底的分散控制H J 。 2 .2F C S 系统网络结构设计 万方数据 3 2 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 2 0 1 2 年8 期 山东黄金精炼厂F C S 系统以车间段为单位设 置了3 台P L C 主站。磨矿浮选段设置1 台G ER X 一 7 i 的P L C 作为磨浮段控制主站,置于磨浮动力中心 电子间内;氰化置换段设置1 台G ER Ⅺ7 i 的P L C 作为氰化置换段主站,置于氰化置换交接班室;冶炼 段由于设备相对较少,设置1 台G ER X 一3 i 的P L C 作为冶炼段主站,置于冶炼车间中央控制室内。全 厂同样以车间段为单位设置3 个段级中央控制室, 即磨浮段中央控制室、氰化置换段中央控制室和冶 炼段中央控制室。除此之外,在办公大楼设置1 个 厂级中央控制室,集成三大车间级中央控制室内全 部信息。为保证生产的稳定性,各主站均为冗余结 构布置,即一用一备的软硬件布置方式。由于G E P L C 不支持环网结构,因此各主站之间采用树状冗 余网络连接构成全厂的控制网络。 3 台车间段级主站中的数据均读入布置于磨浮 动力中心电子问的数据采集服务器中,该数据采集 i 茹’/I , 胃尊。, 1 j 户终端l 用F 终端o ,\∥ 鲥匕删滁- 交换机l 服务器同样为一用一备的冗余布置。厂级中央控制 室和3 个车间段级中央控制室通过数据采集服务器 接收3 个P L C 主站采集到的现场数据及给各P L C 主站下达控制指令。磨浮段、氰化置换段、冶炼段的 生产控制分别由放置于磨浮段中央控制室、氰化置 换段中央控制室、冶炼段中央控制室内的操作员站 进行处理。3 个车间段级中央控制室和1 个厂级中 央控制室之间组成冗余环网构成全厂的管理网络。 全厂的管理网络和控制网络之间通过1 台冗余布置 的数据采集服务器进行连接。 由于3 大车间段均包含若干车间,且各车间之 间物理距离较远,因此在各车间内均设置有I O 从 站,分别挂到各相应车间段P L C 主站上,组成3 个 主一从站P L C 控制系统。由于有些I O 站距离主站 较远,因此采用光纤连接,通过光纤终端盒、跳线、带 光口交换机等实现光电转换,最终将各从站和主站 连接起来,其F C S 架构网络示意图见图3 。 冗余T 、l p 以太『枷 管理层 冶炼控制摩 ‘’_ 嘲 侧释意熟鼎黑 __ 枷黼膦’_ ■懿m 嬲。 嘲对夺制站丁e 糸R x H i 剐挫洲蜥馀R X 一料锚制站R X _ 3 i 图3F C S 架构网络示意图 F i g .3S k e t c hm a po fF C Sn e t w o r kf r 锄e w o r k 嬲一 蕈 型 悍 一 蔗一 一晏 | _ | 释,一 慧竺蔫竺 墨一 习曼一 心 0 墨 ,毒笪一 ㈣习鼎一撕磊黯一 恻国蝴一 万方数据 2 0 1 2 年8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 3 3 2 .3 F C S 系统控制系统与现场仪表选型 由于各车间检测和控制点较多,因此在设计选 型时除特殊仪表外,均选用带有现场总线通讯接口 的仪表,如液位计控制器选型采用带P r o f i b u sD P 通讯功能的西门子m u l t i r a n g e r 控制器,电磁流量计 选用带P r o “b u sP A 通讯功能的E HP r o m a g 5 0 H 流量计等,同时,由北京矿冶研究总院自行研 制的载流式浓度计、粒度仪与B O X A 型品位荧光分 析仪等现场仪表均带有基于M o d b u sR T U 通讯协 议进行数据传输的R S 一4 8 5 接口。除了大量检测 和控制仪表外,各车问还有较多第三方设备需要集 成到自动化系统中来,有些设备如塔磨机使用的是 西门子S 7 3 0 0 系统,系统自带了西门子C P 3 4 2 5 通 讯模块,我方可从该通讯模块的D P 接口上通过接 入D P 通讯插头将其挂在P r o f i b u sD P 现场总线上, 但是还有一些第三方设备,譬如尼尔森重选机控制 柜,采用的是欧姆龙P L C 的较低端型号,不支持总 线通讯,因此需要通过硬接线,即采用在原控制电路 中连接普通信号电缆的方式进行信号采集与控制。 综上所述,各车间现场仪表和第三方设备与 P L C 系统的通讯方式主要分为4 类,即P r o f i b u s D P 、P r o f i b u sP A 、M o d b u sr t u 以及硬接线等4 类。 控制系统选用了国际上先进的G ER X 系列P L C 。 其中D P 通讯选用G E 的P r o f i b u sD P 主通讯模块; P r o f i b u sP A 通讯则采用西门子的D P /P A 耦合器 进行通讯协议转换,将P A 信号转换为D P 信号再 连人P r o f i b u sD P 主通讯模块;M o d b u s 通讯则选用 G E 专用的M o b u sr t u 主站通讯模块。此外,由于 个别特殊仪表采用硬接线的连接方式,还需在选型 时选用G E 的D I 、D O 模块及A I 、A O 模块。对于现 场仪表距离1 0 站较远,超出通讯电缆长度限制的 情况,还需在现场仪表侧设计控制箱用来放置O L M 模块,同时在从站上亦应加装0 L M 模块,D P 通讯 电缆首先连入O L M 模块,两个O L M 模块之间再通 过光纤实现长距离信号传输。某从站控制系统选型 设计见表1 。 3结论 首次采用F C S 技术和传统D C S 技术相结合的 控制方式在12 0 0t /d 规模的黄金精炼厂中成功应 用,系统运行良好。减少了7 0 %以上的信号电缆和 5 0 %以上各控制系统需要的D I 、D O 、A I 、A O 等模 块,现场总线的开放式结构也为未来的系统扩展提 供了良好的接口。 表1某控制系统l o 站设计选型表 T a b l e1M o d e ls e l e c t i o no fI os t a t i o n o fc 蚰t r o ls y s t e m 参考文献 [ 1 ] 杨晨光,孙亚军.现场总线的新技术F C S 口] .黑龙江水 利科技,2 0 0 6 ,3 4 6 4 3 4 4 . [ 2 ] 夏平.现场总线在选矿自动化中的应用研究[ J ] .矿冶, 2 0 0 7 ,1 6 2 8 5 8 7 ,9 9 . [ 3 ] 梁东浩,赵建国,刘小勇.现场总线控制系统 F C s 的应 用与展望[ J ] .工业计量,2 0 0 1 5 3 4 3 6 . [ 4 ] 龚成龙,丁兆奎.集散控制与现场控制的比较及对F C S 技术的展望[ J ] .淮海工学院学报,2 0 0 0 ,9 3 2 9 3 2 . 万方数据