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1、現(xiàn) 場 總 線 控 制 技 術(shù)在 3萬 NM3/H空 分 裝 置 上 的 應(yīng) 用 2007年 11月 1日江 銅 集 團 貴 溪 冶 煉 廠張 衛(wèi) 華 1. 工 程 介 紹 為 了 應(yīng) 對 國 內(nèi) 外 銅 市 場 的 需 求 和 競 爭 ， 江 西 銅 業(yè) 股 份 有限 公 司 決 定 提 升 其 旗 下 的 貴 溪 冶 煉 廠 銅 冶 煉 產(chǎn) 能 ， 新 建 一 座30萬 噸 級 銅 冶 煉 廠 ， 采 用 世 界 上 最 先 進(jìn) 的 閃 速 煉 銅 工 藝 技 術(shù) 。與 其 配 套 的 過 程 自 動 化 儀 表 控 制 技 術(shù) 和 設(shè) 備 經(jīng) 綜 合 考 察 、 了解 設(shè) 備 廠 商 和

2、 用 戶 ， 決 定 采 用 以 FF總 線 儀 表 為 主 ， 傳 統(tǒng) 儀 表為 輔 的 混 合 式 控 制 方 案 。 閃 速 爐 、 硫 酸 主 工 藝 流 程 選 用 愛 默生 公 司 的 DeltavFF總 線 控 制 系 統(tǒng) ， 主 要 的 配 套 裝 置 空 分 系 統(tǒng)選 用 橫 河 公 司 的 CS3000FF總 線 控 制 系 統(tǒng) 。 整 個 工 程 于 2005年12月 2日 開 工 建 設(shè) ， 2007年 8月 1日 建 成 投 產(chǎn) ， 自 動 化 儀 表 控 制系 統(tǒng) 投 運 至 今 ， 運 行 穩(wěn) 定 、 可 靠 ， 這 也 標(biāo) 志 著 FF現(xiàn) 場 總 線 控制 技

3、術(shù) 在 江 銅 新 30萬 噸 級 銅 冶 煉 廠 應(yīng) 用 獲 得 了 成 功 。 這 里 主要 介 紹 橫 河 公 司 的 CS3000FF總 線 控 制 系 統(tǒng) 在 貴 冶 3萬 NM3/H空分 裝 置 中 的 應(yīng) 用 。 2.現(xiàn) 場 總 線 控 制 系 統(tǒng) 的 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 及 配 置 貴 冶 3萬 NM3/H空 分 裝 置 主 要 由 空 氣 壓 縮 系 統(tǒng) 、 空 氣 預(yù) 冷系 統(tǒng) 、 分 子 篩 統(tǒng) 、 冷 端 和 熱 端 增 壓 膨 脹 機 系 統(tǒng) 、 氧 和 氬 精 餾系 統(tǒng) 、 高 純 氧 系 統(tǒng) 、 液 體 儲 存 系 統(tǒng) 、 冷 卻 水 循 環(huán) 系 統(tǒng) 等 構(gòu) 成 。I

4、/O點 數(shù) 總 計 為 582點 ， 分 類 如 下 ： AI 148 AO 74 DI 151 DO 79 RTD 130選 用 橫 河 公 司 最 新 推 出 的 CS3000R3控 制 系 統(tǒng) ， 采 用 VNET/IP千 兆 以 太 網(wǎng) 控 制 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) ， 配 置 2臺 操 作 員 站 ， 1臺 工 程 師 站， 1臺 設(shè) 備 管 理 站 ， 1臺 冗 余 控 制 站 （ 7個 節(jié) 點 ） 。 FF現(xiàn) 場 總 線 設(shè) 備 具 體 配 置 現(xiàn) 場 總 線 控 制 卡 ALF111 16塊 ， 采 用 8對 冗 余 方 式 ， 占 整 個 控 制 系 統(tǒng) 2個 節(jié) 點 （ NODE

5、2和 NODE3） 。 設(shè) 置 32條 網(wǎng) 段 ， 實 際 使 用 28條 網(wǎng) 段 ， 4條 網(wǎng) 段 備 用 ， 網(wǎng) 段 結(jié) 構(gòu) 為 雞 爪 型 結(jié) 構(gòu) ， 平 均 每 條 網(wǎng) 段 6臺 FF設(shè) 備 ， 配 置 最 少 的 一 條 網(wǎng) 段 為 4臺 FF設(shè) 備 ， 配 置 最 多 的 一 條 網(wǎng) 段 為 8臺 FF設(shè) 備 。 下 圖 所 示 為 網(wǎng) 段 連 接 結(jié)構(gòu) 示 意 圖 。 觸 點 去冗 余 專 用 電 纜 至 卡 屏 蔽 接 地 自 電 源 開 關(guān) 來儀 表 地保 護(hù) 地 機 柜 室現(xiàn) 場現(xiàn) 場 接 線 箱 網(wǎng) 段 輔 助 設(shè) 備 全 部 采 用 MTL公 司 的 產(chǎn) 品 ， 每 條

6、 網(wǎng) 段 設(shè) 置 了 總 線 電 源F600A和 防 浪 涌 保 護(hù) 器 FP32。 總 線 電 纜 采 用 國 產(chǎn) 電 纜 （ 八 益 電 纜 廠 生 產(chǎn) ） 。 主 干 線 電 纜 為 鎧 裝 金 屬絲 屏 蔽 電 纜 ， 型 號 為 BJYC3Y32 H1 1X2X0.8（ 18AGW） ;分 支 線 電 纜 為非 鎧 裝 金 屬 絲 屏 蔽 電 纜 ， 型 號 為 BJYC3Y2 H11X2X0.8（ 18AGW） 。 為 了 實 現(xiàn) 對 FF現(xiàn) 場 總 線 設(shè) 備 的 在 線 監(jiān) 測 和 動 態(tài) 維 護(hù) 管 理 ， 本 工 程 引入 了 工 廠 資 源 管 理 （ PRM） 系 統(tǒng)

7、。 FF現(xiàn) 場 總 線 儀 表 配 置 161臺 件 ： 儀表類型 數(shù)量 廠商 EJA系列壓力、差壓變送器 82 橫河 EJX系列壓力、差壓變送器 14 橫河 3095多參量流量變送器 1 羅斯蒙特 AXF系列電磁流量計 4 橫河 YTA系列雙路溫度變送器 2 橫河 3787閥門定位器 56 薩姆森 3730-5閥門定位器 1 薩姆森 SIPART PS2FF閥門定位器 1 西門子 3.FF現(xiàn) 場 總 線 設(shè) 計 和 安 裝 以 及 組 態(tài) 應(yīng) 注 意 的 問 題網(wǎng) 段 設(shè) 計 網(wǎng) 段 設(shè) 計 應(yīng) 充 分 參 考 ， 相 互 關(guān) 聯(lián) 的 FF現(xiàn) 場 總 線儀 表 盡 可 能 設(shè) 置 在 同 一

8、 條 網(wǎng) 段 上 ， 特 別 要 注 意 宏 周 期 和 控 制 模 塊 執(zhí) 行 時 間 的 確定 ， 至 于 是 否 需 要 采 用 網(wǎng) 段 浪 涌 保 護(hù) 還 是 設(shè) 備 浪 涌 保 護(hù) 應(yīng) 視 具 體 環(huán) 境 定 ， 應(yīng) 盡 可能 選 用 大 容 量 的 網(wǎng) 段 供 電 設(shè) 備 。 另 外 ， 在 網(wǎng) 段 設(shè) 計 時 ,最 好 把 現(xiàn) 場 FF儀 表 的 位 號和 分 配 的 地 址 提 供 給 設(shè) 備 供 應(yīng) 商 ， 否 則 ， 在 實 施 時 FCS系 統(tǒng) 讀 上 來 的 FF設(shè) 備 全 都是 設(shè) 備 出 廠 時 的 缺 省 值 ， 只 能 一 臺 一 臺 確 認(rèn) ， 給 組 態(tài) 帶

9、 來 諸 多 麻 煩 。 此 外 ， 可 以借 助 于 FF設(shè) 備 廠 商 提 供 的 “ 現(xiàn) 場 總 線 網(wǎng) 段 設(shè) 計 工 具 ” 來 檢 查 網(wǎng) 段 設(shè) 計 是 否 滿 足 要求 。 對 于 鏈 路 調(diào) 度 器 （ LAS） 的 考 慮 ， 一 般 把 主 LAS設(shè) 計 在 H1卡 上 ， 后 備 LAS設(shè) 計在 網(wǎng) 段 上 的 某 一 臺 通 訊 任 務(wù) 較 輕 的 設(shè) 備 中 。 然 而 ， 在 設(shè) 計 FCS系 統(tǒng) 時 一 般 都 是 采用 冗 余 的 H1卡 ， 故 本 工 程 把 后 備 的 LAS設(shè) 置 在 冗 余 的 H1卡 上 ， 這 樣 做 可 以 減 少 FF儀 表

10、費 用 ?？?線 儀 表 功 能 塊 設(shè) 計 受 網(wǎng) 段 通 訊 速 率 的 限 制 ,一 般 在 一 條 網(wǎng) 段 上 設(shè) 計 的 PID調(diào) 節(jié) 功 能 塊 不 應(yīng) 超 過 2個 ； 功 能 塊 總 運 行 周 期 時 間 達(dá) 到 0.25秒 的 總 線 設(shè) 備 最 好 設(shè) 計 為 1臺 ， 最 多 不 能 超過 3臺 。 另 外 ， 在 設(shè) 計 FF儀 表 時 不 要 選 用 工 程 應(yīng) 用 中 不 需 要 的 功 能 塊 ,這 樣 可 減 少設(shè) 備 費 用 。 下 圖 所 示 為 FF儀 表 標(biāo) 準(zhǔn) 的 單 回 路 PID功 能 塊 設(shè) 計 案 例 。 在 本 工 程 中 ， 模 擬 量

11、輸 入 AI塊 (5FI1101)始 終 設(shè) 計 在 變 送 器 上 ,模 擬 量 輸 出 AO塊 (5FCV1101)始終 設(shè) 計 在 閥 門 定 位 器 上 ， 標(biāo) 準(zhǔn) 的 單 回 路 PID功 能 塊 (5FICA1101)一 般 設(shè) 置 在 閥 門 定 位 器 上 。 對 于 串級 控 制 回 路 ,主 回 路 控 制 PID功 能 塊 在 FCS控 制 器 里 執(zhí) 行 ,而 副 PID功 能 塊 在 閥 門 定 位 器 里 執(zhí) 行 。 在 CS3000FCS控 制 系 統(tǒng) 中 ,所 有 放 置 在 現(xiàn) 場 總 線 儀表 裝 置 中 的 功 能 塊 ,操 作 人 員 都 可 以 通 過

12、 FCS系 統(tǒng) 轉(zhuǎn) 換成 FF儀 表 面 板 塊 來 進(jìn) 行 操 作 和 監(jiān) 視 ,但 要 注 意 的 是 AO塊 必 須 置 于 串 級 , FF-PID功 能 塊 才 能 進(jìn) 行 手 自 動 切 換操 作 ,否 則 只 能 通 過 AO塊 進(jìn) 行 手 動 控 制 閥 門 。 復(fù) 雜 回 路 的 PID功 能 塊 一 般 設(shè) 計 在 FCS控 制 器 里 執(zhí)行 ， 如 帶 有 溫 壓 補 正 運 算 (5FCL102)等 。 在 本 工 程 中 ,所 有 帶 溫 壓 補 正 運 算 的 PID調(diào) 節(jié) 功 能 塊 、 分 程 控 制 塊等 ,均 設(shè) 計 在 FCS系 統(tǒng) 控 制 器 中 處 理

13、 。 圖 示 為 FF儀 表 復(fù) 雜 回 路 PID功 能 塊 設(shè) 計 案 例 FF電 纜 施 工 要 求 在 現(xiàn) 場 施 工 中 ， 對 FF電 纜 和 管 纜 的 敷 設(shè) 以 及 FF儀 表 設(shè) 備 的 安 裝 做 以 下 規(guī) 定 ： 敷 設(shè) 的 電 纜 兩 端 必 須 印 有 電 纜 標(biāo) 識 ， 主 干 和 分 支 電 纜 的 接 線 遵 循橙 色 線 接 正 極 、 淺 蘭 色 線 接 負(fù) 極 。 電 纜 /管 纜 盡 量 通 過 專 用 橋 架 敷 設(shè) ， 最 小 彎 曲 半 徑 應(yīng) 大 于 FF電 纜 外徑 的 12倍 ， 敷 設(shè) 的 距 離 應(yīng) 盡 量 的 短 、 盡 量 避 免

14、 高 溫 和 高 粉 塵 場 所 、盡 量 避 免 大 功 率 電 器 設(shè) 備 ， 如 果 不 能 避 開 以 上 場 所 ， 則 電 纜 應(yīng) 當(dāng)穿 保 護(hù) 管 敷 設(shè) 。 所 敷 設(shè) 的 FF電 纜 不 允 許 有 破 損 以 免 造 成 多 點 屏 蔽接 地 。 主 干 電 纜 屏 蔽 接 地 要 求 ： 外 層 屏 蔽 鎧 裝 鋼 絲 接 電 氣 保 護(hù) 地 ； 在 儀表 室 端 ， 內(nèi) 層 屏 蔽 通 過 泄 漏 線 連 接 到 網(wǎng) 段 供 電 電 源 設(shè) 備 （ F600A）的 網(wǎng) 段 接 線 S端 子 上 后 再 連 接 到 儀 表 系 統(tǒng) 地 上 ， 在 現(xiàn) 場 端 ， 內(nèi) 層

15、屏 蔽 通 過 泄 漏 線 連 接 到 Megablock分 接 盒 上 的 TRUNK-IN主 網(wǎng) 段 中 的 S端 子 上 ； 中 間 任 何 地 方 對 地 要 求 絕 緣 良 好 。 分 支 電 纜 屏 蔽 接 地 要 求 ： 外 層 屏 蔽 金 屬 絲 連 接 到 現(xiàn) 場 分 接 箱 的 保 護(hù) 地 ；內(nèi) 層 屏 蔽 通 過 泄 漏 線 連 接 到 Megablock分 接 盒 上 的 各 分 支 網(wǎng) 段 中 的 S端子 上 ， 注 意 單 端 接 地 ， 接 到 現(xiàn) 場 設(shè) 備 上 的 支 線 電 纜 的 屏 蔽 線 必 須 剪 斷 ，并 用 熱 縮 套 管 封 裝 好 ， 不 得

16、 與 機 殼 和 儀 表 地 連 接 。 主 干 和 分 支 FF電 纜 接 線 兩 端 必 須 套 熱 縮 套 管 以 免 屏 蔽 線 接 觸 外 殼 形 成多 點 接 地 。 特 別 要 注 意 的 是 室 外 設(shè) 備 的 接 線 端 必 須 要 有 防 水 措 施 ， 以確 保 電 纜 信 號 線 之 間 以 及 對 地 的 絕 緣 良 好 。 必 須 按 照 FF總 線 系 統(tǒng) 工 程 指 南 中 現(xiàn) 場 總 線 電 纜 檢 驗 標(biāo) 準(zhǔn) ， 驗 收 主干 和 分 支 電 纜 的 施 工 。 4.應(yīng) 用 中 遇 到 的 問 題 在回路調(diào)試和裝置開車過程中，F(xiàn)F現(xiàn)場總線回路使用情況正常。F

17、F總線的通訊速度完全滿足工藝生產(chǎn)需要，F(xiàn)F總線設(shè)備工作穩(wěn)定，性能良好。但也出現(xiàn)了一些小問題，如某個網(wǎng)段通訊不正常，設(shè)備丟失等，通過FCS操作站或PRM設(shè)備資源管理器可以發(fā)現(xiàn)故障網(wǎng)段上的故障標(biāo)記，也可以使用MTL公司提供的FBT-3診斷器檢查網(wǎng)段上的信息。反映到FCS操作上，會出現(xiàn)過程CNF報警，過程數(shù)值不變，PID面板塊不能操作等等現(xiàn)象發(fā)生，具體遇到以下幾方面的問題：故障設(shè)備干擾（網(wǎng)段中個別變送器質(zhì)量不良出現(xiàn)軟故障），造成網(wǎng)段通訊不正常，引起整條網(wǎng)段上設(shè)備丟失?？偩€電纜敷設(shè)問題，由于進(jìn)總線接線盒的分支電纜被壓破，引起分支電纜屏蔽線有二端接地現(xiàn)象，而造成信號干擾，另外現(xiàn)場總線設(shè)備現(xiàn)場接線端子進(jìn)水

18、，引起總線電纜絕緣下降等問題，最終都會引起干擾，造成網(wǎng)段通訊不正常，引起網(wǎng)絡(luò)設(shè)備丟失。設(shè)備下載速度慢，與傳統(tǒng)DCS的比較，F(xiàn)CS在修改組態(tài)參數(shù)時，下載速度要慢得多。 FF現(xiàn)場儀表與FCS系統(tǒng)的兼容性問題，主要體現(xiàn)在可監(jiān)視和修改的參數(shù)方面,如CS3000系統(tǒng)與西門子PS2FF定位器，PID功能塊就不能設(shè)置在閥門定位器上，只能設(shè)置在FCS控制器內(nèi)等。 5.結(jié) 束 語 通 過 本 工 程 的 實 踐 ,我 們 認(rèn) 為 FF現(xiàn) 場 總 線 控 制 技 術(shù) 與 FCS設(shè) 備 已 趨 于成 熟 ， 是 今 后 過 程 自 動 化 的 發(fā) 展 方 向 ,并 確 實 感 受 到 了 如 下 優(yōu) 點 : 節(jié) 省

19、 電 纜 及 安 裝 材 料 ， 減 少 了 I/O卡 件 ， 工 程 量 減 少 。 可 以 降 低 設(shè) 備 維 護(hù) 費 用 ,提 高 設(shè) 備 使 用 效 率 和 裝 置 的 安 全 性 。 由 于 現(xiàn) 場 總 線儀 表 的 全 數(shù) 字 、 智 能 化 以 及 PRM等 設(shè) 備 管 理 軟 件 的 應(yīng) 用 ,使 操 作 和 維 護(hù) 人 員能 夠 及 時 獲 得 設(shè) 備 的 故 障 預(yù) 測 、 報 警 等 信 息 ， 大 大 的 縮 短 了 儀 表 標(biāo) 定 、 故障 診 斷 和 現(xiàn) 場 巡 檢 乃 至 工 藝 故 障 準(zhǔn) 確 判 斷 時 間 ， 裝 置 的 非 計 劃 停 車 時 間 減少 ，

20、 且 使 設(shè) 備 全 壽 命 周 期 預(yù) 知 管 理 成 為 可 能 但 是 任 何 事 物 都 有 其 兩 面 性 。 FF設(shè) 備 費 用 高 ， 對 設(shè) 備 維 護(hù) 人 員 的 知 識、 技 能 水 平 要 求 也 高 ， 尤 其 是 設(shè) 備 資 源 管 理 系 統(tǒng) 的 應(yīng) 用 比 較 復(fù) 雜 ， 需 要 專業(yè) 人 員 才 能 用 好 等 等 。 隨 著 FF現(xiàn) 場 總 線 技 術(shù) 的 飛 速 發(fā) 展 ,相 信 上 述 缺 憾 會 得 到 實 質(zhì) 性 改 進(jìn) ，更 多 的 企 業(yè) 將 會 應(yīng) 用 這 門 新 技 術(shù) ， 我 們 將 更 加 體 驗 到 新 技 術(shù) 帶 給 的 好 處 。 謝 謝 ！