DOC《现场总线技术在黄金精炼厂中的应用》

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,北京100070) 摘要:现场总线控制系统(FCS)技术比传统的分布式控制系统技术(DCS)更具有优势,以山东黄金矿业股份有限公司1

200 t/d金精矿厂工程建设为背景,阐述了FCS在实际生产建设中的应用.

关键词:现场总线控制(FCS);

分布式控制系统(DCS);

黄金精炼;

应用 中图分类号:TP29;

TF831 文献标识码:A 文章编号:1007-7545(2012)08-0000-00 Application of Fieldbus Control System in Gold?Refinery CANG Bing-nan, GUO Zhen-yu, XU Ning, WANG Qing-kai (Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 100070, China) Abstract: The fieldbus control system (FCS) has more advantages than the?traditional?distributed control system (DCS). The application of FCS technology in?the actual?plant is elaborated with the background of the project of

1200 t/d?gold concentrate?refinery of Shandong?Gold Mining?Co., Ltd.? Key words: fieldbus control system (FCS);

distributed control system (DCS);

refining of gold;

application 现场总线技术(FCS)在20世纪80年代末、90年代初用于生产,FCS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[1].传统的分布式控制系统(DCS)采用现场仪表检测的DI信号通过4~20 mA信号进入PLC系统后,控制器根据程序进行运算,结果以DO信号输出给执行机构[2].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DCS系统显然已不能满足自动化技术的飞速发展,因此,FCS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1

200 t/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、浮选车间、浮选脱水车间;

氰化置换段包括高品位氰化车间、低品位氰化车间和置换车间;

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.全厂除此三大车间段以外,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. 将图1和图2排版至此 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DCS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DCS系统时其DI点数就达数千点,PLC控制系统的成本将会非常巨大,因此,我们采用了FCS技术和传统的DCS技术相结合的方法构建自动化系统. 收稿日期:2012-01-31 作者简介:仓冰南(1985-),男,辽宁沈阳市人,硕士,助理工程师. 图1 磨浮段工艺流程图 Fig.1 Process flowsheet of grinding and flotation section 图2 氰化置换段工艺流程图 Fig.2 Process flowsheet of cyaniding?and replacement?section

2 FCS系统架构设计 2.1 FCS技术概述 FCS技术就是将专用微处理器植入测量控制仪表或I/O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Profibus DP、Profibus PA)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].FCS优化了DCS传统的I/O单元和控制站,DCS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[4]. 2.2 FCS系统网络结构设计 山东黄金精炼厂FCS系统以车间段为单位设置了3台PLC主站,磨矿浮选段设置1台GE RX- 7i的PLC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GE RX-7i的PLC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GE RX-3i的PLC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GE PLC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间的数据采集服务器中,该数据采集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PLC主站采集到的现场数据及给各PLC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IO从站,分别挂到各相应车间段PLC主站上,组成3个主―从站PLC控制系统.由于有些IO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FCS架构网络示意图见图3. 图3 FCS架构网络示意图 Fig.3 Sketch map of FCS network framework 2.3 FCS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,均选用了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Profibus DP通讯功能的西门子multiranger控制器,电磁流量计选用带Profibus PA通讯功能的E+H Promag 50H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BOXA型品位荧光分析仪等现场仪表均带有基于Modbus RTU通讯协议进行数据传输的RS-485接口接口.除了大量检测和控制仪表外,各车间还有较多第三方设备需要集成到自动化系统中来,有些设备譬如说塔磨机,使用的是西门子S7-300系统,系统自带了西门子CP342-5通讯模块,我方可从该通讯模块的DP接口上通过接入DP通讯插头将其挂在Profibus DP现场总线上,但是还有一些第三方设备,譬如说尼尔森重选机控制柜,采用的是欧姆龙PLC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PLC系统的通讯方式主要分为4类,即Profibus DP、Profibus PA、Modbus rtu以及硬接线等4类.控制系统选用了国际上先进的GE RX系列PLC.其中DP通讯选用GE 的Profibus DP主通讯模块;

Profibus PA通讯则采用西门子的DP/PA耦合器进行通讯协议转换,将PA信号转换为DP信号再连入Profibus DP主通讯........