PCS7在氧壓浸出鋅冶煉中的應(yīng)用

袁寶福

（西部礦業(yè)股份有限公司鋅業(yè)分公司，青海西寧 810000）

PCS7在氧壓浸出鋅冶煉中的應(yīng)用

袁寶福

（西部礦業(yè)股份有限公司鋅業(yè)分公司，青海西寧 810000）

基于PCS7的DCS硬件、軟件，PCS7在氧壓浸出全濕法鋅冶煉工藝中的應(yīng)用。

PCS7；DCS；Profibus-DP；鋅冶煉

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.48

1 氧壓浸出工藝簡介

鋅冶煉技術(shù)會直接影響到能源消耗量和冶煉產(chǎn)量，目前我國的鋅冶煉工藝生產(chǎn)水平低、規(guī)模小、污染嚴重、重復建設(shè)、資源浪費嚴重、生產(chǎn)成本高。根據(jù)國內(nèi)外鋅冶煉行業(yè)發(fā)展趨勢，西部礦業(yè)股份有限公司鋅業(yè)分公司引進加拿大Sherrit Gordon公司研發(fā)的氧壓浸出全濕法鋅冶煉工藝技術(shù)，與國內(nèi)的鋅冶煉工藝相比，該工藝更加的先進適用，并且提通過多年的運用以及改進，該工藝有效地克服了過去那種生產(chǎn)水平低、污染嚴重、資源浪費嚴重、規(guī)模小等缺點。鋅精礦二段氧壓浸出全濕法新工藝結(jié)合當前西門子PCS7自動化控制技術(shù)確保鋅冶煉過程的安全、環(huán)保，增強冶煉產(chǎn)品的競爭力，促進鋅行業(yè)的健康發(fā)展，使企業(yè)在激烈的市場競爭形勢下極大的提高了生存競爭力。

氧壓浸出工藝成品有鋅錠和硫磺，主要分氧壓浸出、中和凈化和電積熔鑄等3大步驟。鋅精礦在氧壓浸出工段通過加溫、加壓直接氧化成硫酸鋅溶液。硫酸鋅溶液中的沉淀物通過硫回收工藝的浮選、熔硫過濾和硫固化等3個工序回收其中的硫元素，制成成品顆粒狀硫磺。硫酸鋅溶液經(jīng)過中和凈化車間中和、除鐵、沉銦、除銅鉻、除鈣鎂和除鎳鈷等6個工序制成純凈的硫酸鋅溶液。純凈的硫酸鋅溶液在電解車間通過電解槽電解析出鋅片，再通過熔鑄工段鑄成成品鋅錠。

2 PCS7控制系統(tǒng)介紹

在公司引進的氧壓浸出全濕法新鋅冶煉工藝中，采用西門子PCS7控制系統(tǒng)。PCS7控制系統(tǒng)是一種模塊化的基于Profibus PA/DP現(xiàn)場總線技術(shù)之上所研發(fā)出的新一代的過程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時具備了傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)（DCS）以及PLC控制系統(tǒng)這兩者的有點。系統(tǒng)將先進的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、電子制造技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、圖形及圖像處理技術(shù)、計算機技術(shù)和自動化控制理論結(jié)合在一起，打破了傳統(tǒng)DCS和PLC系統(tǒng)間的界限，真正將儀表控制和電氣控制結(jié)合為一體，完全體現(xiàn)出了集成自動化的特點，并且系統(tǒng)具備有相當廣泛的運用范圍，能夠完全滿足當前的要求，并且其也是面向未來的。

2.1 硬件組成

考慮到氧壓浸出全濕法鋅冶煉工藝控制條件復雜、需保證設(shè)備24 h不間斷運行和系統(tǒng)的安全生產(chǎn)需求，采用了以S7-400H為主控制器的PCS7冗余控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要分為以下幾個部分。

（1）冗余CPU。采用的CPU是400系列冗余CPU，單個系統(tǒng)中的兩套CPU通過光纖進行同步，轉(zhuǎn)換時間＜100 ms，系統(tǒng)采用了西門子的事件同步方式進行同步，既保證了同步有效性，又不會增加CPU的運算負擔，主、從CPU同時工作，無擾動切換，不會丟失任何信息。根據(jù)氧壓浸出工藝的生產(chǎn)需求，將控制系統(tǒng)分為了磨礦工段、氧壓浸出工段、硫回收工段、中和工段、凈化工段和電解工段等6個部分，使用6對冗余CPU進行數(shù)據(jù)處理，CPU通過以太網(wǎng)通信處理器CP443-1與交換機對應(yīng)相連，交換機利用光纖通過環(huán)網(wǎng)相連，組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。

（2）冗余I/O。I/O要想接入到冗余CPU中，首先數(shù)據(jù)接口模塊ET200就得選用冗余的IM153-2接口模塊，并且采用有源總線模塊和數(shù)據(jù)模組，通過Profibus-DP總線與CPU進行實時通信，硬件組態(tài)如圖1所示。在控制系統(tǒng)正常運行的情況下，如果其中一個ET200耦合器發(fā)生故障，另一個備用的ET200耦合器就會自動切換到運行模式，不會影響數(shù)據(jù)的實時傳輸，同時模塊和耦合器可以進行熱插拔，利于及時維護和穩(wěn)定生產(chǎn)。

圖1 硬件組態(tài)

2.2 軟件介紹

在PCS7控制系統(tǒng)中，主要的組態(tài)和編程工具有CFC，SFC和SCL等3種主要的組態(tài)工具，主要作用是完成傳統(tǒng)DCS中連續(xù)過程控制任務(wù)的組態(tài)，主要采用CFC組態(tài)工具，例如模擬量和數(shù)字量的讀入和輸出、PID調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖控制、順序控制等。

CFC意為結(jié)構(gòu)化的流程控制，是一種簡潔的圖形組態(tài)工具，模塊化的程序塊有利于提高程序開發(fā)使用效率，同時方便程序調(diào)試，在不同項目之間具有很好的可移植性，多種視圖模式利于編寫和調(diào)試復雜的控制方案。

2.3 系統(tǒng)優(yōu)點

PCS7控制系統(tǒng)結(jié)合了傳統(tǒng)DCS和PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點，并實現(xiàn)了兩者優(yōu)點的有機結(jié)合，同時還有效地客服了傳統(tǒng)DCS和PLC系統(tǒng)之間所存在的界限，其主要的優(yōu)點有3點。

（1）采用了冗余CPU、冗余電源、冗余通信，系統(tǒng)具備了無擾動切換的功能，能夠突然供電中斷以及突發(fā)故障燈各種特殊故障的維護需要，系統(tǒng)具備了良好的可靠性。

（2）軟件包括硬件驅(qū)動程序、Step7和WinCC，可以實現(xiàn)有效地集成，例如在Step7之中所定義的變量可以在WinCC以及其他的各種軟件之中使用。因為系統(tǒng)是建立在Windows平臺上的，因此在修改的時候較為容易，同時維護上也比較方便。

（3）S7-400H是一個容錯（冗余）的CPU，適用于那些因生產(chǎn)工藝需求而無法停機維護的的場合。發(fā)生故障時，會出現(xiàn)一個無碰撞傳輸控制，熱備單元在中斷處繼續(xù)執(zhí)行而不丟失任何信息。

2.4 系統(tǒng)控制

2.4.1 設(shè)備控制

控制設(shè)備主要包括物料輸送設(shè)備，物料調(diào)節(jié)設(shè)備。這里主要以物料輸送電機和調(diào)節(jié)閥控制為例。物料輸送電機利用Profibus-DP通信技術(shù)通過控制馬達保護器來實現(xiàn)了對物料輸送電機的控制，設(shè)備在遠程狀態(tài)下通過WINCC畫面手動或自動控制設(shè)備的啟動和停止，通過PROFIBUS-DP通信可以監(jiān)測設(shè)備實時運行狀態(tài)，如啟動、停止、故障、過載、過流、啟動次數(shù)等信息，根據(jù)不同的設(shè)備狀態(tài)按照工藝要求來完成設(shè)備的控制方案。調(diào)節(jié)閥利用定位器通過PROFIBUS-PA通信，在操作員站上面操作閥門，根據(jù)需求調(diào)節(jié)開度，實時監(jiān)測開度和運行狀態(tài)，根據(jù)不同的工藝控制參數(shù)來手動或自動控制開度。

2.4.2 連鎖控制

設(shè)備的連鎖控制對于提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定工藝流程、減少工人勞動強度及安全生產(chǎn)有著重要的作用，故此，在設(shè)計中對連鎖控制的要求也比較高。例如物料儲罐中物位的控制，當物位計檢測物位高于一定值時啟動輸送泵，低于一定值時停止輸送泵，這是一個簡單地連鎖閉環(huán)控制。

2.4.3 其他控制

在報警記錄方面，系統(tǒng)將報警信息分類比較詳細，對各參數(shù)的設(shè)定、閥門開關(guān)、泵的啟停和電流、物位的變化等都有系統(tǒng)的記錄，以便事后查看和總結(jié)。

同時還有相當實用的在線趨勢功能，可查看任意工藝點在任何時候的趨勢曲線，并且在操作時能將多個點放到同一條件下進行比較，便于及時發(fā)現(xiàn)異常，及時處理。

3 應(yīng)用中存在的問題

（1）現(xiàn)場儀表供電問題。DCS硬件包括PLC機柜和現(xiàn)場儀表兩部分，現(xiàn)場儀表供電由PLC機柜供電，但是現(xiàn)場儀表的供電電源和現(xiàn)場儀表的反饋控制線未做隔離，由于現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境比較復雜，經(jīng)常有進機柜的電纜損壞導致短路或通上其他電源，從而造成模塊燒毀或機柜意外斷電等情況發(fā)生，增加了維修成本。

（2）PA總線掉線問題。現(xiàn)場智能儀表采用了PROFIBUS-PA通信，儀表箱放置于生產(chǎn)現(xiàn)場，由于生產(chǎn)現(xiàn)場情況比較復雜，經(jīng)常造成掉線問題，增加了工人的維護工作量。

4 結(jié)束語

氧壓浸出全濕法新鋅冶煉工藝自投產(chǎn)已有兩年有余，選用的PCS7控制系統(tǒng)有著舉足輕重的作用，PCS7控制系統(tǒng)將電氣、儀表、PLC，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-DP，網(wǎng)絡(luò)、DCS 等有機的結(jié)合在一起，可節(jié)省大量成本，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、靈活性和安全性。

［1］廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009.

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〔編輯 凌 瑞〕