彭俊超,徐安江

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司,云南會(huì)澤 654200)

0 引言

云南馳宏鋅鍺股份有限公司會(huì)澤冶煉分公司于2013 年投料試車,設(shè)計(jì)產(chǎn)能6 萬t/a 粗鉛、10 萬t/a電鋅。項(xiàng)目主控制系統(tǒng)采用艾默生公司的DeltaV系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)過程檢測(cè)儀表使用艾默生現(xiàn)場(chǎng)基金會(huì)FF總線和WirelessHart 無線儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,集成度和兼容性好。

FF 總線、無線儀表的應(yīng)用為工廠的數(shù)據(jù)采集提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),馳宏會(huì)澤冶煉廠90%的過程測(cè)量?jī)x表均選用Emerson 現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表,主要有多通道智能溫度變送器,單點(diǎn)智能溫度變送器,總線型數(shù)字閥門定位器(DVC),智能壓力變送器,電磁、渦街流量計(jì),高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì),智能無線溫度變送器,智能無線壓力變送器,智能無線網(wǎng)關(guān)。針對(duì)儀表數(shù)量多,安裝位置分散、調(diào)試復(fù)雜的情況,采用AMS系統(tǒng)對(duì)所有智能儀表進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1 現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線(Field bus)是一種全數(shù)字化的通訊技術(shù),在很多流程控制場(chǎng)合逐步取代了4～20 mA 信號(hào)的傳輸方式,與其相比,具備無可比擬的諸多優(yōu)勢(shì):

(1)現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)精度高:傳統(tǒng)的4～20 mA 信號(hào)在傳輸過程中易受到干擾,并需要進(jìn)行A/D、D/A轉(zhuǎn)換,實(shí)際精度會(huì)下降。而總線技術(shù)屬于全數(shù)字通信技術(shù),無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換過程,抗干擾能力強(qiáng)。

(2)現(xiàn)場(chǎng)總線屬于多變量?jī)x表:4～20 mA 只能傳遞一個(gè)測(cè)量值或輸出值,全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線可傳輸多個(gè)變量。

(3)現(xiàn)場(chǎng)總線多個(gè)儀表的信號(hào)都在同一根電纜傳輸,在實(shí)際工程中,節(jié)省大量電纜和施工安裝時(shí)間。

(4)全面的診斷信息,包含儀表的各種異常信息。例如閥門不到位,熱電偶斷線故障。故障信息通過數(shù)字信號(hào)傳送AMS 管理軟件等統(tǒng)一進(jìn)行報(bào)警管理,方便儀表維護(hù)工程師進(jìn)行故障查看和處理。

(5)對(duì)于某些現(xiàn)場(chǎng)總線儀表,不僅僅是數(shù)字的傳感器,而且含有PID 等控制功能,可以將儀表控制策略直接下載儀表中,執(zhí)行運(yùn)算,運(yùn)算的速度比傳統(tǒng)的控制方案有更好的實(shí)時(shí)性。將控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)儀表中[2],即使控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下,依然可以完成自主控制任務(wù),大大提供了控制系統(tǒng)的可靠性,這也是FCS(Field-Bus Control System)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)保障。

(6)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表可以通過軟件進(jìn)行大規(guī)模的儀表管理,從而大大簡(jiǎn)化了對(duì)儀表維護(hù)的工作量,并且能及時(shí)準(zhǔn)確的得到儀表的故障信息,提高可靠性和故障處理及時(shí)性。

(7)現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表是實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),如WirelessHart 協(xié)議的應(yīng)用。

2 FF 總線儀表

FF 現(xiàn)場(chǎng)總線包含H1 和HSE 兩種類型,H1 主要用于流程行業(yè)的過程自動(dòng)化,總線速率為31.25 kbps,全雙工數(shù)字信號(hào)傳輸同時(shí)為總線供電,可應(yīng)用于供本質(zhì)安全區(qū)域。HSE 和H1 之間通過鏈路設(shè)備LD 連接。

圖1 FF 總線拓?fù)鋱D

圖2 FF 總線功能塊

馳宏鋅鍺會(huì)澤冶煉廠部署FF 總線儀表約5 000臺(tái)(套),其種類和網(wǎng)絡(luò)部署圖如下:

以鉛冶煉系統(tǒng)艾薩爐為例,現(xiàn)場(chǎng)所有工藝參數(shù)采用FF 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表進(jìn)行過程數(shù)據(jù)采集,FF 現(xiàn)場(chǎng)儀表是通過H1 卡與DeltaV 系統(tǒng)相連,H1 總線是一種31.25 kb/s 中等速率的局域網(wǎng)[1]。該區(qū)域設(shè)計(jì)11 條H1 支路,每條支路根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的位置,配置1～2 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線接線箱,每個(gè)總線接線箱可以連接最多8 塊總線儀表(最多2 臺(tái)閥門)。每塊H1卡有兩個(gè)Port,每個(gè)Port 可以最多可以接入16 個(gè)總線儀表,信號(hào)電纜采用#18AWG(0.8 mm2)的屏蔽雙絞線,理論支路距離和1 900 m?，F(xiàn)場(chǎng)總線接線采用8 回路MTL 專用接線盒,帶終端電阻。

圖3 馳宏鋅鍺FF 總線儀表種類

圖4 總線接入系統(tǒng)

2.1 FF 儀表組態(tài)

FF 儀表的DD 文件中包括資源塊、傳感器塊和功能塊。資源塊由設(shè)備制造上進(jìn)行定義,用戶不可修改,傳感器塊檢測(cè)接口,信息校驗(yàn),功能塊包含算法策略,用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行參數(shù)修改,DCS 系統(tǒng)FF 智能儀表組態(tài)步驟如圖6 所示。

2.2 Wireless Hart 儀表

云南馳宏會(huì)澤冶煉在其16 萬噸鉛鋅項(xiàng)目多膛爐首次在鉛鋅行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用,最簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)焙燒車間多膛爐信號(hào)的監(jiān)測(cè)。焙燒車間三臺(tái)多膛爐,爐高15 m,分布在廠房三層結(jié)構(gòu)中,爐膛溫度及壓力測(cè)點(diǎn)分布密集,采用傳統(tǒng)有線儀表電纜鋪設(shè)困難,現(xiàn)場(chǎng)急需找到有效的解決方案。多膛爐爐膛壓力及溫度的無線監(jiān)測(cè),減少爐間布線,精確溫度測(cè)量,盡可能應(yīng)用自控先進(jìn)技術(shù),建立行業(yè)示范工程如圖7 所示。

3 AMS 智能設(shè)備管理系統(tǒng)應(yīng)用

圖5 馳宏會(huì)澤冶煉廠艾薩爐總線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域圖

圖6 組態(tài)步驟

AMS 智能設(shè)備管理系統(tǒng)是Emerson 開發(fā)智能儀表管理平臺(tái),基于Hart 和FF 開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)的可變規(guī)模平臺(tái),完成工廠的智能儀表接入和管理,可完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析,所有的接入?yún)f(xié)議都是開放和標(biāo)準(zhǔn)的,方便第三方設(shè)備制造商接入[3]。該系統(tǒng)由不同的系統(tǒng)和軟件集成一個(gè)整體,是一種預(yù)測(cè)性維護(hù)的整體解決方案?；竟δ馨ㄔ\斷、組態(tài)、標(biāo)定和文檔處理,還以嵌入專門的管理軟件或插件,如Fisher 的ValveLink 等。診斷功能主要包括電子巡檢,可節(jié)約63%的巡檢勞力;詳細(xì)的儀表故障狀態(tài)和行動(dòng)指南。

AMS 進(jìn)行儀表組態(tài)及診斷:對(duì)于工廠已安裝的設(shè)備(智能儀表和閥門),AMS 終端準(zhǔn)確快速訪問每一臺(tái)智能儀表了解其運(yùn)行情況。AMS 軟件人性化設(shè)計(jì),操作和維護(hù)更方便直接,可通過遠(yuǎn)程AMS 終端,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行組態(tài)、查找故障、調(diào)試所連接設(shè)備及保持這些設(shè)備的數(shù)據(jù)庫,預(yù)維護(hù)功能,對(duì)即將發(fā)生故障的設(shè)備預(yù)警。

4 效益

經(jīng)過該項(xiàng)目的應(yīng)用,筆者認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展方向,有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)系統(tǒng)可擴(kuò)展性大大增強(qiáng)

現(xiàn)場(chǎng)總線先進(jìn)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)DCS 系統(tǒng)相比,信號(hào)接入方便,點(diǎn)位擴(kuò)容時(shí),在就近的現(xiàn)場(chǎng)總線控制箱進(jìn)行接入即可,快速完成安裝、調(diào)試。

(2)包含豐富的診斷信息

現(xiàn)場(chǎng)總線先進(jìn)控制系統(tǒng)診斷信息豐富,如執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)特性曲線、動(dòng)態(tài)誤差曲線、驅(qū)動(dòng)信號(hào)等數(shù)十個(gè)狀態(tài)信號(hào);智能壓力儀表的導(dǎo)管、膜片、溫度、環(huán)境溫度等;可以全面的感知儀表測(cè)量狀態(tài)和自身的健康狀態(tài),所有的這些信息都集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中,做到對(duì)故障的及早排除提高生產(chǎn)效率和減少維護(hù)成本。

圖7 多膛爐無線儀表的安裝連接圖

圖8 無線自組網(wǎng)

圖9 無線儀表配置

(3)更強(qiáng)的過程控制性能

圖10 AMS 管理的儀表家族

圖11 AMS 管理總線儀表及診斷

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng),可將控制策略下裝到現(xiàn)場(chǎng)智能儀表中執(zhí)行,降低控制系統(tǒng)負(fù)荷,控制風(fēng)險(xiǎn)分散,多參量傳送,如一臺(tái)孔板流量計(jì)可以同時(shí)檢測(cè)過程管道中的溫度、壓力、體積流量、前后壓差,并將溫壓動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法集成到儀表中,提高測(cè)量精度,組態(tài)方便。功能塊算法可根據(jù)工藝要求,先擇下裝在控制器或現(xiàn)場(chǎng)儀表中,實(shí)現(xiàn)任意地點(diǎn)控制,并實(shí)現(xiàn)同步執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)算?？刂撇呗苑稚⒃诂F(xiàn)場(chǎng)減少過程波動(dòng),減低信號(hào)延時(shí)。

(4)AMS 的應(yīng)用極大提高了智能儀表的調(diào)試、維護(hù)效益。

5 結(jié)語

隨著國(guó)家智能制造戰(zhàn)略的推進(jìn),越來越多的企業(yè)在智能工廠的建設(shè)上發(fā)力,智能工廠是以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工廠,網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化的儀表是智能工廠實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)來源,總線智能儀表,無線智能儀表因?yàn)槠浒惭b方便、調(diào)試管理快捷、抗干擾能力強(qiáng),診斷信息豐富,實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制等優(yōu)越性,為智能工廠數(shù)據(jù)采集帶來更高精度、更低的延時(shí)和傳輸轉(zhuǎn)換成本等優(yōu)勢(shì),必將會(huì)在將來的智能工廠的發(fā)展應(yīng)用中越來越廣泛。