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1．湖南科技大學(xué)機(jī)械設(shè)備健康維護(hù)省重點實驗室，湖南湘潭41120；2．湖南株冶火炬金屬股份有限公司
［摘 要］針對煙氣治理生產(chǎn)線流程長、分布廣，控制工序分散、監(jiān)控點多等問題，采用現(xiàn)場總線對大型多測點系統(tǒng)進(jìn)行信號實時采集、通信與控制，實現(xiàn)對煙氣治理生產(chǎn)線的自動協(xié)調(diào)管理及控制，確保在鉛鋅正常、高效生產(chǎn)的同時，成功實現(xiàn)對鉛鋅冶煉煙氣的徹底治理。系統(tǒng)硫脫除率高、運(yùn)行穩(wěn)定，在冶金、石化和電力行業(yè)均有廣闊的應(yīng)用前景。
［關(guān)鍵詞］煙氣治理；現(xiàn)場總線；優(yōu)化調(diào)度；綜合管理及控制
0 前言
近幾年，我國鉛鋅冶煉有了較大發(fā)展，但由于冶煉技術(shù)和冶煉煙氣治理技術(shù)的落后，給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。
針對上述難題，湖南株冶火炬金屬股份有限公司（株冶）與湖南科技大學(xué)采用現(xiàn)場總線、自動控制、生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度、信息化管理等技術(shù)，合作研發(fā)了這套綜合管理及控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對兩條鉛鋅冶煉生產(chǎn)線和兩條煙氣治理生產(chǎn)線的自動協(xié)調(diào)管理及控制，實現(xiàn)生產(chǎn)最優(yōu)調(diào)度，確保在鉛鋅正常、高效生產(chǎn)的同時成功實現(xiàn)對鉛鋅冶煉煙氣的徹底治理。整個管理及控制系統(tǒng)集自動控制、生產(chǎn)調(diào)度、信息管理于一體，主要包括三大子系統(tǒng)：現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化集中監(jiān)測與信息化管理系統(tǒng)。
1 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)
現(xiàn)場總線控制方式采用數(shù)字式信號、以總線方式進(jìn)行傳輸，在控制系統(tǒng)布線、信號傳輸、抗十?dāng)_等方面具有傳統(tǒng)集中控制方式無法比擬的優(yōu)點。因此，系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線控制方式。此外，由于現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)化，使得不同型號產(chǎn)品可以進(jìn)行互換，增加了儀表的可選度。因此，開發(fā)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)進(jìn)行信號監(jiān)測和控制，很好地解決于大型設(shè)備系統(tǒng)多測點信號的實時采集、通信與控制等問題，實現(xiàn)了整條煙氣治理生產(chǎn)線的現(xiàn)場信息自動化管理及控制。
在一個控制系統(tǒng)中，如果能只選—種現(xiàn)場總線，構(gòu)成一個一致性良好的控制網(wǎng)絡(luò)，會給設(shè)備之間的信息交換和編程工作帶來很多的方便，但在一個擁有兩條煙氣治理生產(chǎn)線和兩條鉛鋅冶煉生產(chǎn)線的大型控制網(wǎng)絡(luò)中，由于監(jiān)測控制對象復(fù)雜，控制對象所要求條件的多樣化，監(jiān)測精度、監(jiān)測控制方式和控制響應(yīng)時間上的要求各有側(cè)重以及控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，監(jiān)測控制設(shè)備的分布情況和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能價格等多種因素，單一的一種現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)顯然難以完全滿足要求。系統(tǒng)根據(jù)具體需求采用高性能FF（H1）和具有良好的兼容性和開放性的Profibus-DP總線進(jìn)行集成，總線間采用Modbus串行通信接口進(jìn)行通信。
如圖2所示，在現(xiàn)場監(jiān)控層Profibus-DP總線下掛S7-300PLC主站、S7-200PLC從站以及具有DP接口的ACS600變頻器，F(xiàn)F（HJ）總線下掛EJA FF協(xié)議變送器和Rosmount3051 總線型變送器，具有Modbus協(xié)議的RTU高壓電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置直接掛在Modbus通信接口上。系統(tǒng)同時用FF（H1）總線上的控制來實現(xiàn)模擬量監(jiān)控及工藝控制，用價格較低的PLC控制軟件對具有強(qiáng)連鎖關(guān)系的電氣設(shè)備進(jìn)行控制。對于少量分散的不具有總輸入功能的設(shè)備，則選擇具有FF（H1）總線接口或Profibus-DP總線上PLC的分散I／O進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
過程監(jiān)控部分選擇工業(yè)控制以太網(wǎng)，Profibus-DP總線上的PLC主站控制器和FF（H1）總線上的通信控制器間的通信，采用各自都支持的Modbus（RTU）通信協(xié)議實現(xiàn)相互間的通信，同時采用客戶機(jī)／服務(wù)器（Client／Server）模式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和管理，考慮與信息層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在服務(wù)器內(nèi)配置廠帶OPC的控制管理軟件。
系統(tǒng)各部分通過操作站軟件、現(xiàn)場總線裝置數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)應(yīng)用軟件等來實現(xiàn)多種控制產(chǎn)品的集成。用增強(qiáng)型專業(yè)工作站軟件進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)管理，不僅使各子站之間實現(xiàn)相互連鎖控制，而且提供操作信息的相互瀏覽。同時，還配有OPC遠(yuǎn)程服務(wù)軟件實現(xiàn)與上層網(wǎng)絡(luò)的通信，向工廠的管理網(wǎng)提供過程操作與數(shù)據(jù)趨勢的信息瀏覽服務(wù)。
由于鉛配料燒結(jié)、鋅沸騰焙燒、動力波洗滌及WSA制酸四大工藝流程，共有24個工藝過程參數(shù)和狀態(tài)信號參與連鎖控制，各流程之間相互影響，某一個關(guān)鍵工藝參數(shù)不正常，都可能導(dǎo)致全系統(tǒng)停車，因而連鎖控制的可靠性是控制重點。系統(tǒng)采用Delta V系統(tǒng)中的“AND”、“OR”、“NOT”邏輯塊、貼寄存器及“OND”時間延時模塊，與PLC相結(jié)合構(gòu)成連鎖控制系統(tǒng)。使各工藝流程之間的運(yùn)行狀態(tài)相互牽制形成一體，安全、可靠、穩(wěn)定、有序地運(yùn)行。連鎖控制系統(tǒng)以具有重要影響的參數(shù)和狀態(tài)信號的點作為關(guān)鍵點，各關(guān)鍵點參數(shù)狀態(tài)又相應(yīng)地控制著各工藝流程的主要設(shè)備，當(dāng)某關(guān)鍵點工藝參數(shù)不正常時，連鎖控制系統(tǒng)自動將設(shè)備停車，避免系統(tǒng)不正常運(yùn)行，確保鉛鋅生產(chǎn)高效率、高質(zhì)量地進(jìn)行。
2 生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)
生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)是基于客戶機(jī)／服務(wù)器模式，采用C＋＋Builder5企業(yè)級軟件開發(fā)工具和Oracle 8數(shù)據(jù)庫的信息系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)為了使各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)充分共享，以達(dá)到系統(tǒng)決策充分準(zhǔn)確和全面的效果，采用了COM／DCOM組件技術(shù)。
系統(tǒng)功能如圖3所示，主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、優(yōu)化調(diào)度管理、系統(tǒng)管理三個模塊?；A(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊，主要是對生產(chǎn)基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)的維護(hù)，包括產(chǎn)品信息、工藝信息和設(shè)備信息。優(yōu)化調(diào)度是核心模塊，包括大量的優(yōu)化算法、物料信息、生產(chǎn)工單信息和低層設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸接口管理。系統(tǒng)管理模塊根據(jù)不同的用戶有不同的授權(quán)，設(shè)立了添加用戶管理、修改密碼、用戶授權(quán)等功能。
系統(tǒng)經(jīng)如上算法確定本月鉛、鋅產(chǎn)量，制定本月各車間生產(chǎn)計劃，再將計劃結(jié)果轉(zhuǎn)換成低層代碼以驅(qū)動自動化程度很高的兩條生產(chǎn)線的PLC控制設(shè)備，調(diào)整相應(yīng)的物料信息、生產(chǎn)工單信息和控制相關(guān)設(shè)備的動作，協(xié)調(diào)煙氣的調(diào)度，使煙氣能有效處理，同時，保證鉛鋅正常、高效生產(chǎn)，創(chuàng)造******經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)最優(yōu)生產(chǎn)調(diào)度。
3 網(wǎng)絡(luò)化集中監(jiān)測與信息化管理系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)化集中監(jiān)測與信息化管理系統(tǒng)是基于客戶機(jī)／服務(wù)器模式，通過工業(yè)控制以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)、SQL數(shù)據(jù)庫和TCP／IP通信協(xié)議等構(gòu)成的開放式監(jiān)控管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。系統(tǒng)中，軟件采用模塊化和結(jié)構(gòu)化的設(shè)計形式，結(jié)構(gòu)清晰，維護(hù)方便。
系統(tǒng)功能如圖4所示，主要包括三大部分：生產(chǎn)管理、設(shè)備管理和儀表管理。生產(chǎn)管理可以實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、實時生產(chǎn)過程和生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)的管理。設(shè)備管理不僅對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)趨勢、檢修維護(hù)記錄、備件與庫存和遠(yuǎn)程故障診斷等進(jìn)行管理，而且提供按區(qū)域、工序、類型、投入時間、維修時間和管理人員等實時分類的相關(guān)查詢。此外，設(shè)備管理部分還具有實時狀態(tài)顯示、歷史狀態(tài)顯示、運(yùn)行狀態(tài)趨勢顯示、運(yùn)行狀態(tài)趨勢預(yù)測、故障診斷、預(yù)知維護(hù)等功能，實現(xiàn)對生產(chǎn)、設(shè)備和儀表的運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)控，方便預(yù)先安排檢修與維護(hù)，避免事故故障。儀表管理包括了儀表的運(yùn)行狀態(tài)查詢、設(shè)備自診斷、儀表報警和儀表備件與庫存等內(nèi)容。
系統(tǒng)主要采用基于Delta V的瀏覽器軟件、診斷軟件、歷史趨勢觀測軟件、歷史事件記錄軟件、AMS設(shè)備管理軟件以及Sytech Report Manager報表軟件等實現(xiàn)對生產(chǎn)過程、運(yùn)行設(shè)備、監(jiān)測儀表的實時與歷史信息管理；并通過一臺OPC服務(wù)器，實現(xiàn)各軟件間的數(shù)據(jù)和信息交換，以及計算機(jī)內(nèi)部應(yīng)圖用程序?qū)ΜF(xiàn)場信息的共享與交換；從而實現(xiàn)整條煙氣治理生產(chǎn)線上生產(chǎn)、設(shè)備、儀表等信息的共享與集成。
4 結(jié)語
系統(tǒng)已成功試行一年，不僅表明采用WSA制酸工藝制酸技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的；而且表明采用現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)的Web控制網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合先進(jìn)的系統(tǒng)軟件，可以使系統(tǒng)具有控制精度和靈敏度高、自動化程度高、系統(tǒng)開放性能好、改造與擴(kuò)展靈活方便等優(yōu)點。此外，該系統(tǒng)是我國目前規(guī)模較大、技術(shù)較先進(jìn)的總線控制系統(tǒng)之一，系統(tǒng)中848T和EJA FF總線型變送器的成功運(yùn)用，為我國企業(yè)自動化裝備向現(xiàn)場總線技術(shù)升級提供了寶貴的經(jīng)驗。
隨著國家對環(huán)保的進(jìn)一步要求，系統(tǒng)在傳統(tǒng)的冶金、石化和電力行業(yè)的煙氣治理方面均有廣闊的推廣應(yīng)用前景 |
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