王志平,王正斌

(金隆銅業(yè)有限公司,安徽銅陵 244022)

現(xiàn)場總線在閃速爐水套冷卻水監(jiān)控中的應(yīng)用

王志平,王正斌

(金隆銅業(yè)有限公司,安徽銅陵 244022)

某閃速爐水套的原有冷卻水監(jiān)控是通過電纜將現(xiàn)場熱電阻連接到DCS控制柜內(nèi)相應(yīng)的IO模塊。鑒于這種連接方式維護(hù)和更換的不便,系統(tǒng)改造采用現(xiàn)場總線方式完成測溫點(diǎn)信號的采集,并通過一套獨(dú)立的PLC系統(tǒng)完成監(jiān)控,顯示各測溫點(diǎn)位置的溫度值及報(bào)警信息。該控制系統(tǒng)投入使用后,節(jié)省了大量電纜采買費(fèi)用和系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用,取得了良好的效果。

閃速爐水套；冷卻水監(jiān)控系統(tǒng);現(xiàn)場總線；RTD模塊；WinCC監(jiān)控軟件

0 問題的提出

閃速爐水套的冷卻水監(jiān)控對閃速爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著至關(guān)重要的作用。它主要是監(jiān)視閃速爐冷卻水套的出水溫度，通過溫度的變化來判斷冷卻水套是否正常。某銅業(yè)公司閃速爐投產(chǎn)10多年來，經(jīng)多次挖潛改造，熔煉爐單爐處理量從100 kt挖潛至350 kt。閃速爐冷卻水套的冷卻水測溫點(diǎn)為800多個(gè)熱電阻，主要分布在平臺(tái)的四周。以前這套監(jiān)控系統(tǒng)主要將現(xiàn)場的所有熱電阻通過電纜直接連接到DCS（TDC3000系統(tǒng)）控制柜內(nèi)相應(yīng)的IO模塊。這種連接方式造成現(xiàn)場需要大量的電纜用于信號傳輸，同時(shí)也要敷設(shè)大量橋架用以搭載電纜走線。這種方式不但需要在電纜上耗費(fèi)大量資金而且對于將來設(shè)備的維護(hù)和更換也帶來極大的不便,同時(shí),根據(jù)現(xiàn)場考察，還存在以下幾方面突出問題：1）閃速熔煉區(qū)域機(jī)柜室已經(jīng)沒有新增機(jī)柜的位置。2）閃速熔煉區(qū)域機(jī)柜室內(nèi)的電纜擁擠不堪，其中約50%的電纜量為冷卻回水測溫電纜,給檢修帶來不便并存在安全隱患。3）目前的DCS系統(tǒng)運(yùn)行了近15年，故障率逐步升高，且該系統(tǒng)已經(jīng)被淘汰，只生產(chǎn)備件（產(chǎn)量低），導(dǎo)致備件價(jià)格昂貴。為此，該公司決定對該冷卻水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，以適應(yīng)生產(chǎn)的需要，降低維護(hù)成本。實(shí)施方案是采用現(xiàn)場總線方式來完成現(xiàn)場測溫點(diǎn)信號采集，并通過一套獨(dú)立的PLC系統(tǒng)來完成監(jiān)控，顯示各測溫點(diǎn)位置的溫度值及報(bào)警信息。

1 現(xiàn)場總線方案選擇

現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)已普遍應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控中。該技術(shù)作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，是生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間，以及企業(yè)管理級與更高控制管理層次之間的聯(lián)系溝通的橋梁。同時(shí)，它還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)，為真正的“分散式控制、集中式管理”提供了技術(shù)保證。與傳統(tǒng)的集中式控制相比，節(jié)省了大量昂貴的并行信號傳輸線。憑借著簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場總線技術(shù)在冶金行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。

現(xiàn)場總線技術(shù)主要又分為：基金會(huì)現(xiàn)場總線[4](Foudation Fieldbus,簡稱FF）、Profibus、CAN及HART等。通過與各生產(chǎn)廠商交流以及結(jié)合現(xiàn)場情況，確定采用Profibus－DP的總線方式。Profibus－DP是一種標(biāo)準(zhǔn)開放式的通訊系統(tǒng)[5],采用雙芯雙絞屏蔽電纜,總線訪問為主從方式,傳輸速率根據(jù)傳輸距離(0.1～1.2 km)的不同，可控制在9.6 kbps～12 Mbps之間。該系統(tǒng)的站點(diǎn)數(shù)量為：每段32個(gè)站點(diǎn)，最多126個(gè)擴(kuò)展站點(diǎn)。

2 實(shí)際應(yīng)用

通過對各家產(chǎn)品性價(jià)比及功能、業(yè)績等情況的綜合比較，最終決定采用德國Siemens公司的S7-300 PLC作為控制系統(tǒng)，下層搭載PHOENIX（菲尼克斯）總線I/O模塊作為信號采集，并用WinCC監(jiān)控軟件顯示各位置的溫度值及報(bào)警信息。主要配置見表1。

表1 現(xiàn)場總線主要配置

通過對現(xiàn)場測點(diǎn)的分布情況規(guī)劃其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖中，JB為現(xiàn)場總線控制箱；AC為電源箱。每個(gè)JB箱內(nèi)配置1個(gè)DP耦合器及若干個(gè)RTD模塊。此次改造設(shè)置有電源總線及輸入輸出狀態(tài)指示燈, PHOENIX總線耦合器提供總線故障及通用報(bào)警信息,總線、電源、輸入/輸出提供全面的電氣隔離,保證了在單個(gè)通道或者傳感器電源發(fā)生短路時(shí),不會(huì)影響該模塊上其他通道或傳感器電源的正常工作,并可查詢顯示故障通道和故障原因。其中,RTD模塊為4點(diǎn)輸入。

此次改造中所使用的模塊采用菲尼克斯專利技術(shù)的SPEEDCON M12標(biāo)準(zhǔn)快速連接器，只需旋轉(zhuǎn)半圈，即可保證可靠連接。SPEEDCON技術(shù)不僅大大地節(jié)省了安裝時(shí)間，也減輕了日常維護(hù)工作量。總線連接、I/O連接與電源連接采用不同的編碼技術(shù)，防止錯(cuò)接發(fā)生。考慮到現(xiàn)場環(huán)境溫度較高，尤其是夏季現(xiàn)場溫度，對傳輸線纜要求耐高溫性能，故選擇菲尼克斯電氣耐高溫線纜，工作溫度可達(dá)105℃，將現(xiàn)場RTD溫度信號，可靠接入到現(xiàn)場總線模塊中。

上位監(jiān)控采用WinCC監(jiān)控軟件顯示各位置的溫度值、報(bào)警信息以及歷史趨勢，畫面分為反應(yīng)塔新增筒體弧形立式水套、上升煙道點(diǎn)檢孔水套、上升煙道頂立式水套、上升煙道頂閘門水套、上升煙道排煙口水套、反應(yīng)塔水平水套等。監(jiān)控畫面如圖2所示，通過點(diǎn)擊圖中左邊的標(biāo)識進(jìn)行流程畫面的切換以及報(bào)警信息的確認(rèn)等。

圖2 監(jiān)控軟件畫面

3 應(yīng)用效果

目前該控制系統(tǒng)已投入使用,狀況非常好,主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：1）節(jié)省了大量電纜采買費(fèi)用。根據(jù)初步的測量,最遠(yuǎn)的熱電阻連接到控制室需要200 m以內(nèi),最近的也要50 m左右,按照平均每根電纜100 m長度計(jì)算,800多個(gè)熱電阻測點(diǎn)需要8.5 km電纜。根據(jù)2×1.0的KVVP電纜8元/m統(tǒng)計(jì),光電纜一項(xiàng)就至少節(jié)省60多萬元。2)節(jié)省了維修成本。以前經(jīng)常因電纜故障需重新敷設(shè)電纜,不僅耗廢了人力物力,而且長此以往將導(dǎo)致橋架內(nèi)的電纜混亂不堪，給維護(hù)帶來不便。本次改造方案現(xiàn)場橋架使用量大量減少,現(xiàn)場電纜走向脈絡(luò)清晰,現(xiàn)場施工人工時(shí)亦隨之大量減少,同時(shí)控制系統(tǒng)提供的預(yù)維護(hù)提示信息,給維護(hù)帶來諸多便利。

[1]方敏,崔麗珍.現(xiàn)場總線技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2011(6):33-34，45.

[2]房啟超,李培松,斯可克.基金會(huì)現(xiàn)場總線及其在冶金工業(yè)中的應(yīng)用[J].冶金自動(dòng)化,2002(4):23-25.

[3]李強(qiáng).Profibus現(xiàn)場總線在冶金自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科協(xié)論壇(下半月),2012(4):52-53.

[4]徐琪,喻玲玲.淺談工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2007(6):19-22.

[5]王曉紅,徐立芳,李琳.基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2010,13(1):90-92.

App lication of Field Bus in the M onitoring of Cooling W ater for W ater Jacket for Flash Furnace

WANG Zhi-ping,WANG Zheng-bin
(Jinlong Copper Co.,Ltd.,Tongling,Anhui 244022,China)

The monitoring of the original cooling water for the water jacket for the flash furnace is fulfilled through connecting the field thermal resistor to corresponding IO module in DCS control cabinet.Since this connection mode is inconvenient for the maintenance and replacement,the signal collection from the temperature measuring point is comp leted through the mode of the field bus in the system improvement,and the monitoring is completed through an independent set of PLC system that displays the temperature value and alarm information of all temperature measuring positions.After the control system is put into use,a great amount of cable purchase expense and system maintenance expense are saved,and excellent effect is achieved.

flash furnace water jacket;cooling water monitoring system;field bus;RTD module;WinCC monitoring software

TP273

B

1004-4345(2014)02-0035-02

2013-11-27修改返回：2014-01-23

王志平(1960—),男,工程師,主要從事電氣設(shè)備管理工作。