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　　1.項(xiàng)目概述
　　
　　云南馳宏鋅鍺股份有限公司曲靖有色基地項(xiàng)目是其主管云南冶金集團(tuán)總公司為盡快把鉛、鋅礦產(chǎn)資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，按照“分散采礦、定點(diǎn)選礦、集中冶煉”，提高產(chǎn)業(yè)集中度，提升工藝技術(shù)和裝備水平的發(fā)展思路，把*工藝技術(shù)的引進(jìn)與自有技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用相結(jié)合，把科技創(chuàng)新和管理創(chuàng)新相結(jié)合，形成新的環(huán)保節(jié)能生產(chǎn)工藝而實(shí)施的“十五”重點(diǎn)技改項(xiàng)目，項(xiàng)目總投資約20億元。
　　
　　該項(xiàng)目由6萬噸/年粗鉛引進(jìn)*環(huán)保節(jié)能技術(shù)改造工程、10萬噸/年電鉛易地技術(shù)改造工程、深部資源綜合開發(fā)利用環(huán)保節(jié)能技術(shù)改造工程三個(gè)子項(xiàng)目組成。項(xiàng)目于2005年12月投產(chǎn)，目前已形成年產(chǎn)電鉛10萬噸、電鋅10萬噸、硫酸26萬噸的生產(chǎn)能力，同時(shí)回收鎘、銅、鉍等有價(jià)金屬和余熱利用發(fā)電。
　　
　　中國有色工程設(shè)計(jì)總院承擔(dān)了曲靖有色基地項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)及鉛、鋅冶煉工程的工程設(shè)計(jì)，其鉛冶煉系統(tǒng)采用*的富氧頂吹熔煉技術(shù)，鋅冶煉系統(tǒng)采用的109㎡大型沸騰焙燒爐和3.2㎡大型極板鋅電解及自動剝鋅生產(chǎn)線。同時(shí)承擔(dān)了鉛、鋅冶煉項(xiàng)目中核心工藝部分的自動控制系統(tǒng)技術(shù)裝備的集成和軟件編程、調(diào)試工作。全廠DCS控制系統(tǒng)在其核心流程部分采用了*的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)也于2005年12月順利投產(chǎn)并通過驗(yàn)收。
　　
　　2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
　　
　　2.1儀表控制系統(tǒng)發(fā)展過程
　　
　　儀表控制系統(tǒng)在50年代后70年代初期，由于電子技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)自動化以電動單元組合儀表控制系統(tǒng)為主流。70年代，隨著大規(guī)模集成電路問世，以微處理為基礎(chǔ)的新型過程控制系統(tǒng)—分散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem,）已經(jīng)開始得到應(yīng)用。近20多年，DCS系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件日趨完善，在各種生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域占有極為重要的地位。
　　
　　現(xiàn)在發(fā)展應(yīng)用的現(xiàn)場總線技術(shù)是數(shù)字化通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將具有不同地址編碼的數(shù)字信號通過同一根電纜進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場智能儀表與主控系統(tǒng)之間的信息交換?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)由現(xiàn)場智能儀表、現(xiàn)場通訊總線和計(jì)算機(jī)接口三部分組成?，F(xiàn)場智能儀表包括智能變送器、閥門執(zhí)行器兩大類，均可具有轉(zhuǎn)換、PID調(diào)節(jié)、運(yùn)算、自診斷等功能。
　　
　　2.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
　　
　　由現(xiàn)場總線組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　
　?。?）FCS信號傳輸實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，從底層的現(xiàn)場智能儀表到通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
　　
　?。?）FCS實(shí)現(xiàn)了全分散化，可將DCS控制站I/O單元及功能塊全部分散到各現(xiàn)場智能儀表；
　　
　?。?）FCS現(xiàn)場智能儀表按開放性設(shè)計(jì)。FCS實(shí)現(xiàn)了全開放性的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，可以*實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)庫中的資源共享。
　　
　　基金會現(xiàn)場總線（FF）和Profibus現(xiàn)場總線，是目前過程控制應(yīng)用較多的兩類現(xiàn)場總線。
　　
　　FF現(xiàn)場總線是一種雙向數(shù)字通訊協(xié)議，用于現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)之間的通訊，它是為過程控制設(shè)計(jì)的，*開放的控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的控制方案相比，安裝現(xiàn)場總線可以減少硬件部件，簡化布線結(jié)構(gòu)，減少了I/O設(shè)備和降低了集中控制要求。采用現(xiàn)場總線的設(shè)備管理，無需派技術(shù)人員到那些噪音大、偏遠(yuǎn)和危險(xiǎn)的地方，就可以維護(hù)現(xiàn)場設(shè)備，數(shù)字式閥門控制器能使閥門行程與穩(wěn)定地操作。它的診斷維護(hù)功能，做到了預(yù)防或減少由閥門引起的突發(fā)性停車事故，大大延長了工廠裝置的安全生產(chǎn)周期，提高了工廠裝置的可利用率。
　　
　　Profibus也是一種應(yīng)用廣泛、開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。Profibus-DP能用于高速時(shí)間要求的應(yīng)用場合。ProfibusDP其設(shè)計(jì)特別適用于自動化系統(tǒng)與分散外圍設(shè)備之間的通信。
　　
　　3.曲靖冶煉廠現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成
　　
　　曲靖有色基地冶煉廠控制系統(tǒng)包括有鉛冶煉DCS、PLC控制系統(tǒng)、鋅冶煉DCS、PLC控制系統(tǒng)、公用及輔助設(shè)施DCS、PLC控制系統(tǒng)等三大部分組成，共有11套DCS和30多套PLC及變頻器控制系統(tǒng)組成，其中鉛冶煉部分的DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見后附圖1。
　　
　　在鉛冶煉部分，包括有ISA爐及余熱鍋爐控制系統(tǒng)、鼓風(fēng)爐、煙化爐控制系統(tǒng)，粉煤制備控制系統(tǒng)共5套DCS控制系統(tǒng)，其中鉛冶煉部分的ISA爐及余熱鍋爐控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS，由工程師站，操作站，控制器及I/O接口、網(wǎng)絡(luò)部分、打印機(jī)組成。
　　
　　ISA爐余熱鍋爐現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS為鉛系統(tǒng)控制中心，其監(jiān)控范圍包括有與ISA爐熔煉控制系統(tǒng)的連接、ISA爐余熱鍋爐、ISA爐收塵系統(tǒng)、鉛鼓風(fēng)機(jī)房、鉛循環(huán)水、柴油間、給水凈化站及高位水池等流程，制氧站控制系統(tǒng)、鉛鼓風(fēng)機(jī)房控制系統(tǒng)分別考慮與本控制系統(tǒng)的通訊連接。
　　
　　3.1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型
　　
　　FCS采用Emerson公司DeltaV系統(tǒng)，現(xiàn)場總線為采用基金會現(xiàn)場總線，，總線接口卡為H1卡，包括有15個(gè)總線段Segment，同時(shí)，為與風(fēng)機(jī)所帶的PLC通訊方便，帶有ProfibusDP通訊卡。
　　
　　考慮到可靠性，本FCS系統(tǒng)控制器冗余，通訊網(wǎng)絡(luò)冗余，電源模塊冗余。
　　
　　工程師站及操作站的操作系統(tǒng)為WindowsXP，控制系統(tǒng)軟件由Emerson提供。工程師站軟件包括組態(tài)、工程、操作和通訊軟件組，允許組態(tài)在線檢查、工程組態(tài)和工藝操作之間作切換。操作員站軟件包括操作和通訊軟件組。Deltav系統(tǒng)內(nèi)置有設(shè)備管理軟件AMS，支持對基金會現(xiàn)場總線FF設(shè)備的組態(tài)，修改量程和遠(yuǎn)程診斷，并帶OPC及PID回路自整定軟件。
　　
　　3.2現(xiàn)場總線儀表的選型
　　
　　在本設(shè)計(jì)中，F(xiàn)F現(xiàn)場儀表的壓力差壓變送器采用Emerson公司的3051S系列壓力差壓變送器，溫度變送器采用3244系列和848T8路溫度變送器，控制閥門采用配套費(fèi)希爾DVC500系列數(shù)字式閥門控制器，流量儀表根據(jù)被測介質(zhì)不同，分別采用有Probar流量計(jì)，Micromotion質(zhì)量流量計(jì)和87系列電磁流量計(jì)等。
　　
　　FF現(xiàn)場儀表通過H1卡與DeltaV系統(tǒng)相連，H1總線是一種31.25Kb/s低速控制網(wǎng)絡(luò)。。一臺H1卡可zui多連接32臺FF總線儀表，H1分為2條網(wǎng)段與FF儀表相接，這樣，每條網(wǎng)段可接16臺儀表。采用#18AWG（0.8mm2）的屏蔽雙絞線，每條網(wǎng)段zui大長度可達(dá)到1900m。
　　
　　FF儀表與支路相連接的方式有：
　　
　?。?）總線帶分支結(jié)構(gòu)；
　　
　?。?）樹形結(jié)構(gòu)；
　　
　　典型的HI支路連接參見附圖2--ISA爐余熱鍋爐區(qū)域圖。
　　
　　在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)現(xiàn)場總線接線盒采用有MTL公司的接線盒，后在現(xiàn)場補(bǔ)充了部分P+F公司的總線接線盒。
　　
　　4.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和投運(yùn)總結(jié)
　　
　　4.1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與常規(guī)工程設(shè)計(jì)的區(qū)別
　　
　　通過項(xiàng)目的現(xiàn)場總線的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)實(shí)踐，設(shè)計(jì)者認(rèn)為與常規(guī)儀表工程設(shè)計(jì)的主要區(qū)別如下：
　　
　　（1）儀表規(guī)格表
　　
　　儀表規(guī)格表要考慮增加的功能如下：
　　
　　l功能塊要求
　　
　　l診斷要求
　　
　　l實(shí)際功能塊的功能
　　
　　lLAS功能
　　
　　鏈路活動調(diào)節(jié)器LAS是維持一個(gè)網(wǎng)段上設(shè)備正常運(yùn)行控制程序，它按照規(guī)定的時(shí)間表周期性的傳輸設(shè)備中的控制指令。一個(gè)H1網(wǎng)段上只能有一個(gè)鏈路主設(shè)備執(zhí)行LAS功能。
　　
　　由于在總線設(shè)計(jì)中，將PID功能塊放到現(xiàn)場變送器或閥門中，所以，必須考慮現(xiàn)場總線儀表的實(shí)際功能塊位置。
　　
　?。?）用區(qū)域圖取代儀表回路圖
　　
　　回路圖表示每一根線纜和現(xiàn)場設(shè)備的連接，這種方式用于保證點(diǎn)到點(diǎn)接線的準(zhǔn)確性。采用智能化無極性的設(shè)備及FF現(xiàn)場總線，這些回路圖不再必要，用區(qū)域圖可取代。在一個(gè)H1卡的區(qū)域圖上，zui多可表示32臺儀表的連接及電纜長度。一個(gè)調(diào)節(jié)回路的變送器及閥門位于一個(gè)支路上。另外，傳統(tǒng)的DCSI/O分配列表，將被現(xiàn)場總線區(qū)域分配列表所取代。關(guān)于區(qū)域圖，可參見下面典型的一個(gè)支路圖，如圖2。
　　
　　4．2FCS及現(xiàn)場儀表現(xiàn)場投運(yùn)
　　
　　經(jīng)過FCS項(xiàng)目設(shè)計(jì)、投產(chǎn)、運(yùn)行幾個(gè)階段，我們認(rèn)為FCS是以后控制系統(tǒng)的發(fā)展方向,并有如下優(yōu)點(diǎn)：
　　
　?。?）采用現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)，圖紙量減少。
　　
　　采用區(qū)域圖取代回路圖，使儀表圖數(shù)量大大減少。并且減少了端子分布及接線圖，儀表外部管線連接系統(tǒng)圖等。
　　
　　（2）節(jié)省了電纜及安裝材料。
　　
　　采用H1總線，一個(gè)H1卡可zui多接32臺FF儀表，大大降低了電纜的數(shù)量和類型，使電纜保護(hù)管和電纜橋架數(shù)量減少，同時(shí)安裝費(fèi)用減少。
　　
　?。?）減少了操作和維護(hù)費(fèi)用。
　　
　　現(xiàn)場儀表的全數(shù)字、智能化以及AMS等設(shè)備管理軟件的應(yīng)用，大大減少了儀表標(biāo)定，現(xiàn)場巡查，儀表故障診斷的時(shí)間和費(fèi)用，儀表標(biāo)定、管理文檔的建立更準(zhǔn)確迅速。
　　
　?。?）提高了工廠的安全性。
　　
　　采用智能儀表、設(shè)備管理軟件等，使操作人員能及時(shí)獲得儀表的故障預(yù)測、報(bào)警及故障處理及時(shí)準(zhǔn)確、安全可靠，使工廠的非計(jì)劃性停車時(shí)間減少，使生產(chǎn)效率大大提高。