用户报告：Ff现场总线技术在有色金属行业的应用-Powe

FF基金会现场总线技术在有色金属行业中的应用蔡幼忠中国恩菲工程技术有限公司教授级高级工程师自控室主任Page2主要内容中国恩菲简介FF在株冶WSA法制酸装置上的应用FF在曲靖铅锌冶炼装置上的应用FF总线设计经验结束语Page3第一部分：恩菲简介中国恩菲工程技术有限公司是由中国有色工程设计研究总院发起设立的、中国冶金科工集团公司控股的国际化工程公司。五十多年来，中国恩菲伴随着共和国有色金属工业的成长而成长，伴随着共和国工程咨询设计业的进步而进步！恩菲工程得以在有色业界有着良好的影响，在工程设计咨询业界享有良好的口碑。Page4中国恩菲业务范围矿山工程-金川矿山冶金工程-曲靖铅锌、云南铜业、赞比亚谦比西铜矿等环保工程-浙江富阳污水处理新材料领域-中硅多晶硅项目Page5第二部分：FF在株冶WSA法制酸装置上的应用株洲冶炼集团股份有限公司，始建于1959年，目前仍然是国内最大的铅锌厂。铅锌年总产量30万吨，该厂各项指标和经济效益在国内领先，特别是稀有金属的综合利用以及镉、铋等金属的回收水平较高。公司下辖包括湖南株冶火炬金属股份有限公司、湖南株冶有色金属有限责任公司在内的八个控股公司，两个全资子公司，四个事业部，一个国家级技术中心，一个进出口公司。Page6WSA制酸简介冶炼二氧化硫烟气制酸工艺流程一般包括净化、转化、干吸三个过程。–净化工段是对冶炼烟气进行净化处理，采用干法或湿法去除烟气中大部分杂质。–转化工段为烟气由二氧化硫转化为三氧化硫的过程。–干吸工段对烟气进行干燥和吸收制成成品酸。WSA制酸工艺是丹麦TOPSOE公司开发的一种新型的湿烟气制酸工艺。是不必对烟气进行干燥而产生浓硫酸的催化工艺。株洲冶炼厂铅系统改造WSA制酸为引进丹麦TOPSOE公司制酸流程，是国内有色行业第一套引进WSA工艺。Page7WSA制酸工艺装置Page8WSA制酸工艺简介株冶采用丹麦托普索WSA（湿式气体硫酸）技术和美国孟山都动力波除尘技术。该技术对低浓度SO2进行回收处理，并生产出浓度达96%以上的高质量硫酸，尾气中的SO2和酸雾排放指标大大优于国家标准。整个烟气制酸工艺由沸腾炉、铅烧结、动力波和WSA制酸系统组成。Page9WSA制酸工艺流程图图5.2ＷＳＡ工艺流程图气体冷却器机空气空气风机冷凝器烟囱酸冷却器成品酸酸泵酸槽净化后原料气原料气风机熔盐冷却器原料气预热器热空气工艺气风机混合气熔盐槽工艺气加热器燃烧器燃料层间冷却器转化器Page10选型考虑-FF与ProfibusPA对比技术特性ProfibusPAFF物理层IEC1158-2IEC1158-2通讯速率31.25Kb/s31.25Kb/s总线供电可以可以利用现有电缆可以可以本安防爆可以可以链路层令牌专门设计点对点通讯可以可以网络时间同步不可可以周期性数据主站呼叫定时发送应用层延伸到DP延伸到FMS功能块有限用户任意开发功能块标准化无有DD功能无有系统管理无有Page11选型考虑-FF与ProfibusPA对比（续）技术特性ProfibusFF工位号检索无有网络地址指定无有防止地址重复无有功能块定时执行无有仪表状态信息无有控制功能分散到现场无有节约起动成本可以可以设备认证有有自诊断和维护设备有限有现场设备远方组态有限有现场设备远方校验无有用户选择设备的自由度有限有多台上位机影响扫描周期不影响支持总线的仪表较少较多Page12WSA制酸-现场总线控制系统设计由于FF（基金会现场总线）针对于流程行业，在时间同步、PID控制算法现场运行等方面较ProfibusPA表现突出，在设计中现场控制层采用FF（H1）总线。FF差压变送器选用Rosemount公司的3051系列压力变送器。温度变送器采用3244系列温度变送器。FF控制阀选用配套费希尔DVC5000系列数字式阀门控制器。流量等参数选用有E+H公司的Pormag53p电磁流量计。Page13WSA制酸-控制系统具体配置主控系统DeltaV智能设备管理软件AMS上位机4台–ProPlus站1台–工程师站1台–操作员站2台1对冗余MDPlus控制器I/O总数:263冗余通讯网络，冗余FF电源模块。IO点类型数量FF-AI57FF-AO17HART-AI32HART-AO7DI10Modbus154Page14WSA制酸-FF总线控制系统设计WSA现场总线控制系统由中方设计，它是我院第一个FCS设计项目。现场总线FF的区域图全部由中方在详细设计完成。WSA制酸控制包括有单回路P&ID调节，比值调节回路及串级调节回路等。控制回路较多，也相对较复杂。FCS的通讯协议也较多，包括了现场总线仪表、PLC、变频器及光纤TCP/IP局域网等,其协议种类有FF、Profibus-DP、Modbus等，技术含量高。根据技术协议和工程项目合同，我院承担FF控制系统的编程调试任务。我院专业工程人员经过培训，负责全部文件准备、编程、现场调试。WSA制酸的FCS于2002年1月顺利投产，深得用户好评。Page15WSA制酸连锁关系图Page16云南驰宏锌锗股份有限公司成立于2000年7月18日，是中国百家最大的有色金属冶炼企业之一。项目由6万吨/年粗铅引进高新技术环保节能技术改造工程、10万吨/年电铅易地技术改造工程、深部资源综合开发利用环保节能技术改造工程三个子项目组成。项目于2005年12月投产，目前已形成年产电铅10万吨、电锌10万吨、硫酸26万吨的生产能力，同时回收镉、铜、铋等有价金属和余热利用发电。第三部分：FF在曲靖铅锌冶炼装置上的应用Page17曲靖有色基地冶炼厂控制系统包括有铅冶炼DCS、PLC控制系统、锌冶炼DCS、PLC控制系统、公用及辅助设施DCS、PLC控制系统等三大部分组成，共有11套DCS和30多套PLC及变频器控制系统组成。在铅冶炼部分，包括有ISA炉及余热锅炉控制系统；鼓风炉、烟化炉控制系统；粉煤制备控制系统共5套DCS控制系统。其中铅冶炼部分的ISA炉及余热锅炉控制系统采用FF现场总线控制系统，由工程师站，操作站，控制器及I/O接口、网络部分、打印机组成。曲靖铅锌冶炼装置-总线控制系统简介ISA炉铅冶炼系统Page18曲靖铅锌冶炼装置-选择FF现场总线技术的考虑ISA炉、余热锅炉监控范围包括有与ISA炉熔炼控制系统的连接、ISA炉余热锅炉、收尘系统、铅鼓风机房、铅循环水等流程。工艺复杂，控制管理水平要求高。与传统的控制方案相比，安装现场总线可以减少硬件部件，简化布线结构，减少了I/O设备和降低了集中控制要求。ISA冶炼装置现场高温且危险。FF现场总线设备管理技术允许技术人员远程维护现场设备，无需到噪音大、偏远和危险的现场。数字式阀门控制器能使阀门行程精确与稳定地操作。诊断维护功能，做到了预防或减少由阀门引起的突发性停车事故。综合以上因素考虑，该装置选用FF现场总线控制系统。Page19曲靖铅锌冶炼装置-控制系统设计FCS采用Emerson公司DeltaV系统，现场总线为FF协议，总线接口卡为H1卡，包括有15条分支。带有ProfibusDP通讯卡。考虑到现场运行的高可靠性，FCS系统设计为控制器冗余，通讯网络冗余，FF电源模块冗余。工程师站软件包括组态、工程、操作和通讯软件组，允许在组态在线检查、操作之间作切换。操作员站软件包括操作和通讯软件组。Deltav系统内置有设备管理。软件AMS支持对基金会现场总线FF及Hart设备的组态，修改量程和远程诊断。自带OPC及PID回路自整定软件。FF差压变送器选用Rosemount公司的3051S系列压力变送器。温度变送器采用3244单点温变及848T多点温变。FF控制阀选用费希尔DVC5000系列数字式阀门控制器。Page20曲靖铅锌冶炼装置控制系统网络结构图ISA炉本体控制系统铅系统交换机冗余控制网络主网（100M以太网）冗余控制网络副网（100M以太网）1000M以太网（厂域网骨干）100M以太网生产管理网络打印机打印机打印机粉煤制备控制系统烟化炉及其余热锅炉控制系统鼓风炉控制系统ISA炉余热锅炉现场总线控制系统工程师站（兼容操作员站）操作员站操作员站操作员站工程师站（兼容操作员站）操作员站工程师站（兼容操作员站）操作员站打印机工程师站（兼容操作员站）附图1铅冶炼DCS控制系统网络结构图Page21FF总线网络拓补设计图Page22第四部分-FF总线设计经验一：仪表规格表的差异通过项目的现场总线的设计及生产实践，我们认为常规仪表工程设计的主要区别如下：（1）仪表规格表的差异仪表规格表要考虑增加的选项如下：1.功能块要求2.有哪些诊断要求3.实际功能块的功能4.有无LAS功能链路活动调节器LAS是维持一个区域上设备到控制通信，它维护着一个传输时间表用于周期性传输设备中的数据。使用H1现场总线链路上只能有一个链路主设备可以执行LAS功能。由于在总线设计中，将PID功能块放到现场变送器或阀门中，所以，必须考虑现场总线仪表的实际功能块位置。Page23FF总线设计经验二：工程图中的P&ID的变化（2）工程图中的P&ID的变化由于部分仪表（如分析仪等）还不具备有现场总线的功能，只能通过常规4~20mADC模拟量信号接入DCS，故在P&ID中，最好区分现场总线与常规仪表功能，以避免混淆。如下图。Page24FF总线设计经验三：用区域图取代仪表回路图（3）用区域图取代仪表回路图回路图表示每一根线缆和现场设备的连接，这种方式用于保证点到点接线的准确性。采用智能化无极性的设备及FF现场总线，这些回路图不再必要，用区域图可取代。在一个H1卡的区域图上，最多可表示32台仪表的连接及电缆长度。一个调节回路的变送器及阀门最好位于一个支路上。另外，传统的DCSI/O分配列表，将被现场总线区域分配列表所取代。区域图可参见株冶典型的一个支路图，如右图。Page25第五部分-结束语：FF总线技术优势（1）采用现场总线设计，图纸量减少。采用区域图取代回路图，使仪表图数量大大减少。并且减少了端子分布及接线图，仪表外部管线连接系统图等。（2）节省了电缆及安装材料。采用H1总线，一个H1卡可最多接32台FF仪表，大大降低了电缆的数量和类型，使电缆保护管和电缆桥架数量减少，同时安装费用减少。（3）减少了操作和维护费用。现场仪表的全数字、智能化以及AMS等设备管理软件的应用，大大减少了仪表标定，现场巡查，仪表故障诊断的时间和费用，仪表标定、管理文档的建立更准确迅速。（4）提高了工厂的安全性。采用智能仪表、设备管理软件等，使操作人员能及时获得仪表的故障预测、报警及故障处理及时准确、安全可靠，使工厂的非计划性停车时间减少，使生产效率大大提高。Page26第五部分-结束语株洲冶炼厂制酸系统WSA制酸的FCS于2002年1月顺利投产；云南曲靖铅锌冶炼项目FF总线控制系统也于2005年12月顺利投产并通过验收。目前，控制系统均运行良好，深得用户好评。总结我院的现场总线控制系统工程设计和生产实践说明，随着有色冶金企业自动化技术的应用水平的提高，FF总线控制系统在有色冶金行业的市场前景非常广阔。对于新建企业和有条件、急需技术改造的工程项目，应用FF现场总线控制系统必将是今后的发展方向，也是企业提高国际市场竞争能力的必然趋势。Page27