DCS系统在铜冶炼工艺中的应用

一、TDC3000系统的一般构成 TDC3000系统是由一系列硬件和软件组成，来完成数据采集和控制。系统主要有两大网络相连接而成。下面是TDC3000系统的一般网络结构图。 图一、TDC3000网络结构图 （一）、Local Control Network 局域控制网 　　局域控制网简称LCN，主要是将一些控制窗口（US操作站）、高级控制模块（应用模件AM、计算机模件CM）及过程网络连接在一起，实现数据采集和控制。其性能有：] 　　Ÿ 广播式通讯，令牌传递，“令牌环”； 　　Ÿ 传输数率为5M/Sec，串行传输； 　　Ÿ 最多可挂64个节点/LCN； 　　Ÿ 最长达300M/LCN； 　　Ÿ 最多可扩展到7段，最长为4.9KM； 　　Ÿ 75欧姆终端同轴电缆，冗余网络，LCNA、LCNB； 　　Ÿ 每分钟自动切换一次。 　　直接挂在LCN网络上的设备称为LCN节点；主要有以下几种类型： 　　1．通用操作站（Universal Station简称US）：是TDC3000的人机界口，它可以针对不同的工作而设定为操作员操作站（Operator）、工程师操作站（Engineer）和万能操作站（操作员站+工程师站）。作为操作员操作站，它可以实现以下功能：监视和操作连续与非连续的过程；报警并处理报警；显示并打印趋势、报告和报表；监视和控制系统状态和诊断程序。作为工程师操作站，可以实现的功能：网络组态；建立过程数据库；建立用户图形；设计报表；编写控制语言程序（CL语言）等等。 　　2．通用工作站（Universal Work Station简称UWS）：也叫远程工作站，是一种可选的人机界面，功能与US完全一致，唯一不同之处是UWS是用于办公室环境。 　　3．UXS操作站：也是一种可选的人机界面，它有两套操作系统除了具有US的全部功能以外，还有一套UNIX系统，具有窗口画面的管理功能。一台UXS操作站最多可打开4个LCN窗口和若干个WINDOWS窗口并可对任意一个窗口进行缩放。UNIX系统主要是用于和上位机通讯如：ALPHA机，实现在PC机上最多可同时观看到4幅流程图画面。 　　4．历史模件（History Module简称HM）：提供了大量存储在硬盘上的数据，在HM中可存储和访问的数据类型有：历史报警；操作站信息；系统状态变化；系统错误信息；系统维护指南；提供报表与趋势所需的连续过程的历史数据；所有类型的系统文件等等。 　　5．应用模件（Application Module简称AM）：具有综合的控制算法功能，包含了一整套标准的改进型控制算法，并且可运用CL语言进行进一步改进算法和策略。 　　6．增强型PLC接口模件（Extend PLC Gateway Module简称EPLCG）：主要提供LCN网络与PLC之间的通讯；转换LCN与PLC之间的数据；扫描程序，处理PLC的数据并提供报警信息；可支持Modicon PLC、AB PLC和Honeywell PLC；并可进行冗余和非冗余配置。 　　7．工厂网络模件（Plant Network Module简称PLNM）：LCN网络与上位机网络的接口模件，主要提供LCN与上位机之间的通讯和数据交换。 　　8．网络接口模件（Network Gateway Module简称NG）：连接多条LCN网络，进行相互访问。 　　9．网络接口模件（Network Interface Module简称NIM）：是LCN网络与万能控制网络（简称UCN）的接口，主要完成两种网络间的通讯和数据转换的功能。 　　（二）、Universal Control Network万能控制网络 　　万能控制网络简称UCN，主要是传输过程数据，完成对生产过程的控制。其性能有： 　　Ÿ 与过程设备相连； 　　Ÿ 传输数率为5M/Sec； 　　Ÿ 最多可挂32个冗余节点/UCN； 　　Ÿ 最长可达800M/UCN； 　　Ÿ 每条网络终端都有75欧姆终端电阻； 　　Ÿ 冗余网络：UCNA，UCNB。 　　挂在UCN网络上的节点有 　　1．增强型过程管理器（Advanced Process Manager简称APM）：提供了极强的数据采集和控制能力，可处理数字量DI与DO点，模拟量AI与AO点，脉冲量输入PI，低信号模拟量输入LLAI、LLMUX等等；多达160条的调节控制回路，可进行流量补偿等运算、PID控制、马达控制等等各种运算或逻辑控制，使用CL语言还可改进控制策略，并可与UCN上其它设备进行点对点通讯。 　　2．逻辑控制器（Logic Manager简称LM）：是一种以开关量为主的控制器，提供高速逻辑控制，与PLC（即可编程序控制器）相似，可执行数字和模拟量逻辑控制，并可与UCN上的APM或其它LM实现点对点通讯。 　　二、冶铜工艺中的TDC3000系统 　　（一）、系统配置 　　金隆铜业使用的这套DCS系统是HONEYWELL公司的R400版本，于上世纪九十年代后期正式安装投用。下面是该系统在金隆铜业的详细配置图。 图二、金隆铜业TDC3000系统配置图 金隆铜业TDC3000系统是以闪速炉为中心，包括硫酸车间、制氧站和电控中心几个部分，一条冗余的LCN网络通过光缆扩展将这几个区域相连而成；LCNE是光缆的接口卡，LCN网络通过LCNE和光缆相连。系统主体设备如：历史模件HM、应用模件AM、工厂网络模件PLNM、增强型PLC接口模件EPLCG都配置在闪速炉中心。三条冗余的UCN网络UCN1、UCN2、UCN3分别对应于闪速炉、硫酸车间和制氧站。闪速炉区域因参数量较多而配置了两台APM和一台LM，并配置一台UXS、三台US，便于工艺人员同时操作；硫酸车间配置了一台UXS、一台US和一台APM；制氧站则配置了两台US和一台APM。 　　各个区域通过光缆相互进行通讯和交换数据，各区域之间可相互监视，必要时还可以跨区域操作，任何一台US操作站都可对各区域进行组态、修改程序和监控工艺流程等等。两台UXS通过90FS模件与上位机（即ALPHA机）相连，办公室管理人员可通过PC机同时能打开8幅流程图画面，便以各个部门管理和监视；在电控中心（即电仪楼）还配置一台UWS，以便于维护人员进行远程修改组态和监视。各区域还可以通过EPLCG、PLNM分别和PLC、上位机进行通讯和数据交换。上位机通过PLNM，可实现对闪速炉的数模控制。通过EPLCG可实现闪速炉、硫酸、制氧的DCS和转炉、阳极炉PLC之间的数据交换。 　　有点美中不足的是该系统只支持台湾的繁体汉字系统，但所有流程图、点的描述、报表等等，均可以用中文进行描述。 　　（二）、软件组态 　　TDC3000系统的软件组态主要包括NCF、建点、制作流程图、报表、按钮、历史数据库和区域数据库等方面的组态工作，具体说明如下： 　　1．NCF组态 　　NCF（Network Configuration File）组态包含了LCN上所有节点的信息。在系统组态时必须先对NCF进行组态，即对系统如何进行配置，包括：区域划分，单元划分，节点分配，硬盘分配等等。 　　Ÿ 区域（AREA）划分 　　全厂TDC3000系统共设置为三个区域 　　AREA 01 闪速炉区域 　　AREA 02 硫酸车间域 　　AREA 03 制氧站区域 　　Ÿ 操作台（CONSOLE）划分 　　TDC3000系统中，CONSOLE为一个软件的逻辑概念，即同一个CONSOLE内，其外设（含US）共享。CONSOLE与区域是对应的。 　　全厂TDC3000系统共设置为三个CONSOLE： 　　CONSOLE 01 监控闪速炉区域 　　CONSOLE 02 监控硫酸车间域 　　CONSOLE 03 监控制氧站区域 　　Ÿ 单元（UNIT）划分： 　　单元是为系统划分而设立的概念，最多可组态到100个单元。全厂共配置了27个单元： 　　闪速炉：15个单元，分别为1到15单元； 　　硫酸：6个单元，分别为31到36单元； 　　制氧：6个单元，分别为61到66单元。 　　Ÿ 节点（NODE）划分： 　　节点划分即对LCN上所有节点进行编号，金隆DCS有以下几种类型：US、UXS、UWS、HM、AM、NIM、CNI、PLNM、EPLCG等，分别对应于闪速炉区域：1#UXS、2#3#4#US、9#UWS、11#12#冗余NIM、17#AM、19#HM、21#CNI和23#EPLCG；硫酸车间域：5#UXS、6#US和13#14#冗余NIM；制氧区域：7#US、8#US和15#16#冗余NIM。各节点所编的号必须与节点上的主板地址一一对应。 　　Ÿ 卷组态（Volume Configuration） 　　卷组态即对硬盘进行划分，包括对系统文件及用户文件进行卷命名和空间划分，其中系统卷名有13个，是固定不变的；用户卷名有2个，分别为PICS和USER，在用户卷名下可创建若干个分卷名，用于存放流程图、报表、CL程序等用户文件。 　　NCF组态很重要，一旦分配好，便不能更改，因此在NCF组态前，必须对整个系统考虑周到。硬盘空间最好配置在90%~95%之间，这样系统运行最好。NCF组态好后，才能进行其他的组态。 　　2．建点（Building Points） 　　TDC3000系统的点有硬点和软点之分，所谓硬点即直接和I/O相连的点，其它所有的点为软点，不论是硬点还是软点所创建的点名即点的位号必须是唯一的，不能有相同的位号存在。建点主要包括AM、EPLCG、PLNM、APM和LM的建点。 　　以APM为例：在对APM建点时，必须先对UCN上各个节点的地址、节点的类型、节点的配置进行定义，还需对APM控制功能的数目与扫描速率以及将每块卡块的物理位置与逻辑块号一一对应起来，并分配好。然后才进行建点，信息包括点的描述、单位说明、地址和单元分配、参数设置等等。 　　TDC3000系统点的类型是非常丰富的，有各种各样不同功能的点，极大地丰富了组态人员的组态工作。其类型有：