现场总线控制系统在选矿自动化中的应用.pdf

2 0 1 0 年第6 期有色金属 选矿部分4 5 现场总线控制系统在选矿自动化中的应用 方文 a 匕京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要现场总线控制系统作为一种支持集成、彻底开放的控制系统。在分布性、可靠性与可扩展性方面都得到 了极大地提高。冬瓜山选矿过程控制系统P r o a e o n2 1 0 0N T 作为一种现场总线控制系统，已成功实施，本文对该系统进 行详细的介绍。 关键词现场总线；控制系统；选矿过程；P r o s c o n 中图分类号T D 9 2 8 ．9文献标识码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 0 0 6 - 0 0 4 5 - - 0 3 随着选矿工艺的发展，选矿设备不断大型化和 智能化，对设备的可靠性和高效性、过程参数的稳 定性、流程中各段产品的质量提出了更高的要求， 促进了选矿自动化不断发展，选矿自动化成为选矿 过程正常生产的必要手段，是提高选矿厂综合效益 的有效途径。选矿过程自动化可以提高有用矿物回 收率、产品质量和劳动生产率，增加企业的经济效 益，改善劳动条件，降低生产成本，实现生产的高 效和安全。 数字化、智能化、综合自动化系统将成为选矿 过程自动化的发展方向，现场总线控制系统作为一 种支持集成、彻底开放的控制系统显示了强大的生 命力，使控制系统在分布性、可靠性与可扩展性方 面都得到了极大的提高。 1 现场总线控制系统概述 现场总线控制系统 F i l e d b u sC o n t r o lS y s t e m F C S 是以现场总线为基础的全数字控制系统，是 用于现场仪表与控制室系统之间的一种开放、全数 字化、双向通信与多站的通信系统。现场总线技术 的一个显著特点是其开放性，允许并鼓励不同厂家 按照现场总线技术标准，自主开发具有特点及专有 技术的产品。因此，现场总线技术引入自动化控制 系统，促使传统控制系统结构演化，逐步形成基于 现场总线的控制系统F C S 。 现场总线控制系统具有无可比拟的优势，其特 点包括大幅度地减少电缆、连接附件，设计、安 装、调试、维护的费用大幅减少；强大的故障诊断 收稿日期2 0 1 0 - 0 1 3 0 作者简介方文 1 9 8 2 一 ，男，河北沧州人．工程师。 能力，使系统的调试和维护工作量大幅减少；系统 性能大幅度地提高，使控制系统的档次跨越一个台 阶，可靠的数据传输，快速的数据响应，强大的抗干 扰能力；系统具有强大的自动诊断、故障显示功能。 2 冬瓜山选矿过程控制系统结构 冬瓜山选矿过程控制系统P r o s c o n2 1 0 0 N T ，是 基于多现场总线 P r o f i b u s 、M o d b u s 现场总线 ，并 以实时数据平台为基础的分布式集散控制系统。 该控制系统底层有3 0 0 多台现场仪表、1 台 C O U R I E R6 S L 矿浆品位在线分析仪、l 台P S l 2 0 0 矿浆粒度在线分析仪、智能M C C 控制中心、变频 器、机电一体化大型设备等，通过现场总线相连， 实现底层信号数字化；4 0 0 0 多个数字信号通过1 6 条现场总线进入到现场控制站；现场控制站与控制 室工作站通过工业以太网相连，构成分布式集散系 统；整个系统由O P C 服务器与工厂局域网相连， 通过嵌入系统的工业电视摄像多媒体、先进控制策 略及设备管理等基本模块为一体的技术设备，实现 远程监控和管理，冬瓜山选矿过程控制系统是一种 典型的现场总线控制系统。 2 ．1P r o s c o n2 1 ∞N T 系统简介 P r o s c o n 系统是O u t o k u m p u 开发的计算机控制 系统，是一种高层次的过程控制、过程管理、信息 管理的系统。经过几十年的不断改进，在冶金、选 矿 碎矿、磨矿、浮选、脱水等工段 等多种工业 领域获得了应用，在冬瓜山选矿过程中使用的是 P r o s c o n2 1 0 0N T 系统。 万方数据 4 6 有色金属 选矿部分 2 0 1 0 年第6 期 P r o s c o n 系统的功能适用于过程设备、仪表检 测和控制策略等多方面，该系统功能包括 1 处理过程数据钡0 量、计算、输入、输出 。 2 执行控制功能 控制回路、电机和顺序 控制 。 3 收集过程数据和过程分析。 4 执行特殊的应用包 专家系统等 。 5 对系统多种用户建立友好的人机界面 操 作员画面、组态画面 。 6 通讯服务 对工作站和其他自动系统进行 数据转换 。 2 ．2 系统网络构架 冬瓜山选矿过程控制系统是数字化、网络化的 控制系统，系统采用3 2 网络结构，即三层设备和 两层网络，如图l 所示。 2 ．2 ．1 三层设备 三层设备包括执行层、控制层和管理层，其 中底层是执行层，中间层为控制层，上层为管 理层。通过P r o f i b u s 、M o d b u s 等现场总线技术， 实现网络中仪表、电气控制系统等设备的通信； 同时采用以太网技术实现过程控制与信息管理之 间的通信。 执行层是自动化系统网络的最底层，为现场设 备，如仪器仪表、执行装置、远程I ／O 设备、智能 M C C 控制中心、机电一体化大型设备等，以 P r o f i b u s D P 、M o d b u s 等现场总线为基础。实现现 场设备的互连，组成整个控制系统的现场设备分布 式控制网络。 控制层由控制设备组成，如P L C 。控制层是由 G E 9 0 3 0 系列P L C 组成的5 个现场控制站。执行 层的4 0 0 0 多个数字信号进入现场控制站，控制站 与控制室的工作站 如工程师站、操作站等 通过 工业以太网相连，构成分布式集散系统。 管理层是由四部分组成，包括操作站、过程管 理站、工程师站 同时作为数据库服务器站 和视 频监视站。通过工业以太网，从控制站中获取数 据，置于实时数据库，实现参数监测、各种控制及 计算、动态显示参数、趋势分析、报警及历史数据 保存等功能，另外还包括控制组态的设计功能。 2 ．2 ．2 两层网络 两层网络包括过程控制网和车间监控网。 过程控制网是通过P r o f i b u s 、M o d b u s 等现场总 线实现现场设备与控制设备之间的通信连接。 车间监控网是通过工业以太网实现控制设备与 图1 冬瓜山选矿过程P r o s c o n2 1 0 0 系统结构图 F i g ．1 T h ec o n s t r u c t i o nd i a g r a mo fP r o s c o n210 0s y s t e m 万方数据 2 0 1 0 年第6 期 方文现场总线控制系统在选矿自动化中的应用 4 7 操作设备之间的通信连接。同时，整个系统由O P C 服务器与工厂局域网相连，实现对整个选矿工艺过 程、设备的远程实时监控和管理。 2 ．3 系统配置 P r o s c o n2 1 0 0 系统的功能是分布在各个工作站 实现的，每个工作站有自己的功能与职责，同时各 个工作站之间又协同工作。 1 P r o s c o n2 1 0 0 系统通过A C 站 a p p l i c a t i o n c o n t r 0 1 将现场设备进行连接，并处理生产过程信 息 如过程输入、输出和计算 ，实现控制算法和 顺序逻辑等功能。在冬瓜山选矿过程控制系统中， 包括5 个A C 站，由G E 9 0 3 0 系列P L C 组成，A C 站按照工艺流程分配为磨矿工段A C I 站，浮选 工段A C 2 站和A C 3 站、精尾工段A C 4 站，脱水工 段A C 5 站。 2 P M 站 p r o c e s sm a n a g e m e n t 实现过程数 据监测、通信服务、高级运算、报警和事件采集等 功能，还用来实现系统的组态和管理功能，在 P r o s c o n2 1 0 0 系统中至少包括一个P M 站，负责 A C 站之间的通讯，并作为P O 站的服务器。在该 系统中有P M l 站与P M 3 站两个P M 站，其中P M 3 站位于脱水工段。 3 P O 站 p l a n to p e r a t o r ‘是操作员进行操 作的过程界面，P O 站使用P M 站作为过程服务器。 在该系统中P O 站位于选矿车间控制室，用于操作 员的生产操作与过程监控。 4 E W 站 e n g i n e e r i n gw o r k s t a t i o n 供生产 管理工程师进行系统组态和维护。该系统中E W 站 提供过程组态与研究功能，管理生产过程，维护工 艺参数。 5 D s 站 d a t a b a s es e r v e r 具有历史数据存 储、报表等功能。该系统中E W 站和D S 站共用一 台工控机。 3结语 基于现场总线技术的控制系统，以其先进性、 实用性、可靠性、开放性的优点，代表了自动化技 术发展的方向。冬瓜山选矿过程控制系统作为一种 现场总线控制系统，在冬瓜山铜矿已正常运行多 年，为我国矿山行业提供了宝贵经验和可借鉴之 处，带动了国内矿山自动化的发展，并将选矿自动 化水平提高到一个新的高度。 参考文献 [ 1 ] 白焰，吴鸿，杨国田．分散控制系统与现场总线控制系统 [ M ] ．北京中国电力出版社，2 0 0 1 ． [ 2 ] 王丰雨，张覃，黄宋魏．我国选矿自动化评述[ J ] ．国外金 属矿选矿，2 0 0 6 8 1 8 2 1 ． [ 3 ] 张晓兰，郭飞华．自动化系统在选矿作业的应用与实践 [ J ] ．采矿技术，2 0 0 9 ，9 1 1 0 7 1 0 8 ． ． [ 4 ] 蓝丽，李红星．基于P r o f i b u s D P 现场总线控制系统的集 成E J ] ．微计算机信息，2 0 0 7 ，2 3 1 6 3 7 3 8 ，2 4 ． [ 5 ] 刘向杰，彭一民，邱忠昌，等。现场总线控制系统的现状 与发展[ J 1 ．电网技术，1 9 9 9 3 4 8 - 5 1 ． T H EA P P L I C A T I O NO FF I D L D B U SC O N T R O LS Y S T E MI N0 RB D R E S S I N GP R O C E S S F A ⅣG Ⅵk n B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g10 0 0 7 0 ，C h i n a A B S ’l ’R A C r I 。 F i e l d b u sc o n t r o ls y s t e mi sak i n do fc o n t r o ls y s t e m 。s u p p o r t i n gf o ri n t e g r a t i o n ，a n do p e n i n gc o m p l e t e l y ． I nt h ed i s t r i b u t i o n ，r e l i a b i l i t ya n d s c a l a b i l i t y i th a v e b e e n g r e a t l yi m p r o v e d ．D o n g g u a s h a n c o n t r o ls y s t e m P r o s c o n210 0N Ti sas u c c e s s f u l e x a m p l e ，f o rt h ea p p l i c a t i o n o ff i e l d b u s ，i no r e - - d r e s s i n gp r o c e s s ．T h i s p a p e ri n t r o d u c e sf i e l d b u se x a c t l y ． K e yw o r d s f i e l d b u s ；c o n t r o ls y s t e m ；o r e - - d r e s s i n gp r o c e s s ；p r o s c o n 万方数据