DeltaV控制系統(tǒng)與氧氣底吹煉銅工廠工藝設(shè)備的PROFIBUS- DP通訊

謝紅輝， 李澤宇

(1.中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038； 2.北京汽車研究總院有限公司， 北京 100030)

0 引言

氧氣底吹熔煉技術(shù)是我國自主研發(fā)的一種熔池熔煉技術(shù)，已成功地用于鉛、銅冶煉[1]，取得不錯的效果。本文以青海省某采用氧氣底吹煉銅技術(shù)，年產(chǎn)10萬t陰極銅的工程為例，詳細(xì)介紹其采用的艾默生DELTAV控制系統(tǒng)與底吹煉銅火法工藝中典型成套工藝設(shè)備的控制系統(tǒng)之間的PROFIBUS- DP通訊。

1 火法工藝流程

該項目采用的火法煉銅主要分為熔煉(1臺底吹熔煉爐)、吹煉(1臺底吹吹煉爐)和精煉(2臺陽極精煉爐)三個工段，火法工藝部分典型的工藝設(shè)備如表1所示，該表中所有工藝設(shè)備均帶有PLC控制系統(tǒng)或單片機控制系統(tǒng)。

表1 火法工藝典型設(shè)備

2 DP通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

火法部分的DCS控制系統(tǒng)采用艾默生的DELTAV控制系統(tǒng)。DELTAV控制系統(tǒng)基于數(shù)字結(jié)構(gòu)設(shè)計，完全集成了多種總線的智能化工廠能力。DELTAV系統(tǒng)的每塊PROFIBUS- DP卡支持1個PROFIBUS- DP網(wǎng)段，每個PROFIBUS- DP網(wǎng)段最多可連接63個PROFIBUS- DP設(shè)備。PROFIBUS- DP卡一般與電機啟動、驅(qū)動裝置或其他更為復(fù)雜的設(shè)備連接，具備一定的故障診斷功能，主要的應(yīng)用有：馬達(dá)設(shè)備、變頻設(shè)備、秤重單元、PLC等。

為了能在DCS控制系統(tǒng)中監(jiān)視典型設(shè)備的工作狀態(tài)，本項目采用 PROFIBUS- DP通訊的方式，在DELTAV系統(tǒng)與典型設(shè)備的控制系統(tǒng)間建立聯(lián)系。圖1是本工程DELTAV控制系統(tǒng)DP通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 DP通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

由圖1可以看出，典型設(shè)備控制系統(tǒng)主要分為兩類，一種為西門子的PLC控制系統(tǒng)，另一種則為單片機控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)可以直接與DCS系統(tǒng)進(jìn)行PROFIBUS- DP通訊,單片機控制系統(tǒng)則可以采用MODBUS轉(zhuǎn)PROFIBUS- DP通訊的方式與DCS系統(tǒng)建立通訊。

在建立通訊前，需要給所有典型設(shè)備分配唯一的DP地址，并將所有的波特率統(tǒng)一設(shè)置成187.5 kB/s。

3 DP通訊組態(tài)

DP通訊組態(tài)主要分為從站組態(tài)與主站組態(tài)兩個部分(以下以熔煉高溫風(fēng)機的通訊為例)。

3.1 從站組態(tài)

西門子的PLC控制系統(tǒng)作為從站時，組態(tài)主要分為以下幾步：

(1)硬件組態(tài)

將控制器設(shè)為從站，并設(shè)置成事先分配的DP地址和波特率，定義與主站通訊的數(shù)據(jù)包的格式，如數(shù)據(jù)包的長度、單位、一致性、地址、輸入/輸出形式等，見圖2。

圖2 從站數(shù)據(jù)格式設(shè)置

(2)數(shù)據(jù)傳送

編寫程序，將與主站通訊的數(shù)據(jù)傳送到定義的地址。

作為從站的單片機控制系統(tǒng)通過MODBUS轉(zhuǎn)PROFIBUS- DP網(wǎng)關(guān)PM- 160實現(xiàn)與主站的連接通信。其中，通過使用網(wǎng)關(guān)的配套配置軟件對PM- 160進(jìn)行相關(guān)配置，將需要采集的從站設(shè)備信息通過網(wǎng)關(guān)讀、寫命令及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲，映射到主站的輸入、輸出映射區(qū)，以實現(xiàn)DCS對空壓機設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，本文不再詳述。

3.2 主站組態(tài)

DELTAV系統(tǒng)作為主站，首先需要在主站中導(dǎo)入相應(yīng)從站的GSD文件，然后在DP通訊端口設(shè)置DP卡的地址和通訊速率。

在DP卡下添加相應(yīng)的從站設(shè)備，將其使能后并分配成與PLC的DP一致的地址。在建立通訊數(shù)據(jù)包時，有時可能需要先插入GSD文件要求的數(shù)據(jù)槽，然后再建立與從站通訊的數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包的長度、單位、一致性必須與從站組態(tài)的數(shù)據(jù)包保持一致的，輸入/輸出類型則剛好相反。

在下載且診斷畫面中顯示如圖3所示時，表示通訊成功建立，此時可將主站中的數(shù)據(jù)包按照實際的單個數(shù)據(jù)格式進(jìn)行拆解，如拆解成若干個16位的模擬量，或者1位的開關(guān)量等，即建立相應(yīng)的通訊設(shè)備DST。

圖3 DELTAV系統(tǒng)DP通訊診斷

對于通訊的模擬量，有時需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)運算才能轉(zhuǎn)換成需要的數(shù)據(jù)，此時可建立相應(yīng)的module。為了便于分析，還可以在module中對模擬量建立歷史趨勢、歸檔。

最后一步即在上位機上插入相應(yīng)的模擬量dynamo，開關(guān)量則用簡單的顏色顯示來示意，效果圖如圖4所示。

圖4 熔煉高溫風(fēng)機上位畫面

4 通訊組態(tài)時注意事項

(1)從站的GSD文件一定要與控制器保持一致。對于西門子PLC控制系統(tǒng)而言，組態(tài)時控制器可以采用低版本GSD文件，作為主站的DELTAV系統(tǒng)也必須采用此低版本的GSD文件，此時主站組態(tài)的控制器訂貨號可能與實際的控制器訂貨號不一致；

(2)主站DELTAV控制系統(tǒng)在導(dǎo)入GSD文件時，最好從Professional Plus站(即PP站)導(dǎo)入，否則有可能在GSD文件庫中找不到。另外在DELTAV系統(tǒng)中各GSD文件有相應(yīng)的分類，GSD文件的分類名應(yīng)與DELTAV庫中的分類名大小寫保持一致；

(3)MODBUS轉(zhuǎn)PROFIBUS- DP通訊時需要注意的是：對于一個16位的整型數(shù)，DELTAV系統(tǒng)將高字節(jié)作為該整型數(shù)的低位，把低字節(jié)作為該整形數(shù)的高位。

5 結(jié)語

本項目采用PROFIBUS- DP通訊方式，有效地將火法工藝部分典型的設(shè)備的運行狀態(tài)顯示在DCS控制系統(tǒng)中，省去了大量的電纜及其敷設(shè)，極大地方便中控室操作工對全流程的運行狀況把握。