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    1 引言

    電解是銅冶煉生產(chǎn)的的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其主控設(shè)備是直流電源系統(tǒng)。包括電解整流直流電源的輸出，直流大母線的短路開(kāi)關(guān)，各類生產(chǎn)液位槽、循環(huán)槽、酸泵、換熱器、地坑泵等。這些設(shè)備的電氣控制水平直接影響到各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及安全生產(chǎn)。目前，我國(guó)大多數(shù)冶煉廠電解系統(tǒng)仍采用繼電器控制方式，手動(dòng)操作、人工抄表，勞動(dòng)強(qiáng)度大，極易誤操作，控制精度低。

    江西銅業(yè)公司貴溪冶煉廠在二期擴(kuò)建改造中，采用了Rockwell AB新一代ControlLogix系統(tǒng)對(duì)電解車間進(jìn)行了全面的自動(dòng)化改造。項(xiàng)目由南昌有色冶金設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，金昌電氣儀表系統(tǒng)有限公司完成系統(tǒng)集成、工程安裝和調(diào)試投運(yùn)。整個(gè)工程于2000年5月竣工。運(yùn)行證明，控制系統(tǒng)安全可靠，操作靈活，其裝備水平及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有顯著改善和新的提高。

    2 工藝特點(diǎn)及系統(tǒng)要求

    來(lái)自冶煉廠熔煉車間的合格陽(yáng)極板，經(jīng)過(guò)車間內(nèi)整形、銑耳、整平、酸洗后，用專用吊車送至種板槽、生產(chǎn)槽、試驗(yàn)槽。工藝過(guò)程為大電流電解。電流密度為240A/m，陽(yáng)極作業(yè)周期24天，陰極作業(yè)周期12天。生產(chǎn)槽用可控硅整流器采用周期反向操作，有利于保證電解銅的質(zhì)量。全車間分為電解、凈液兩個(gè)生產(chǎn)區(qū)域，由專用設(shè)備供電。還配置了處理陽(yáng)極板自動(dòng)化程度較高的專用聯(lián)動(dòng)機(jī)組和電解專用吊車。整個(gè)車間電氣設(shè)備近80臺(tái)套，狀態(tài)量輸入350個(gè)、輸出 150個(gè)，電量采集數(shù)近200個(gè)。要求自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，所有設(shè)備均能現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和中央控制，現(xiàn)場(chǎng)人員可隨時(shí)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行緊急操作，中控室可根據(jù)監(jiān)控信號(hào)作出相應(yīng)處理。整流系統(tǒng)的電參量集中顯示、越限報(bào)警設(shè)定功能，以保證操作準(zhǔn)確性和安全性。

    3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、基礎(chǔ)控制和監(jiān)控管理系統(tǒng)組成。

    其自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)配置如圖1所示。

                 

    3．1 電參量數(shù)據(jù)采集

    電解整流電源系統(tǒng)的電參量采集采用AB的專用電力監(jiān)控模塊 PowermonitorⅡ完成。PMⅡ是一種基于監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備的微處理器，采用了電壓、電流、狀態(tài)輸入以及繼電器接點(diǎn)，提供監(jiān)測(cè)和控制信息。其安裝方便，可取代傳統(tǒng)機(jī)電計(jì)量?jī)x表，實(shí)現(xiàn)多種實(shí)時(shí)參數(shù)的精密測(cè)量。將PT、CT信號(hào)接入PMⅡ的直接交流采樣，提高了系統(tǒng)可靠性，避免了多級(jí)轉(zhuǎn)換造成的精度丟失，以及常規(guī)儀表帶來(lái)的功耗。10.8KHz連續(xù)高速采樣，在50Hz和所有運(yùn)行條件下，每個(gè)循環(huán)采樣216個(gè)點(diǎn)，在41次諧波準(zhǔn)確度達(dá)±5%。

    PMⅡ還能顯示準(zhǔn)確的諧波失真信息。七通道同時(shí)二周波錄波，提供中斷的故障檢測(cè)和高準(zhǔn)確分辨率（0.1ms）的快速事件記錄。本系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)、捕捉三相電壓、電流、接地電流或中性電流等20類電量波形和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)供電質(zhì)量進(jìn)行分析、診斷。

    為組態(tài)、監(jiān)控PMⅡ的RSPower軟件，可以圖形方式顯示一個(gè)系統(tǒng)及其組件，并在同一屏幕上提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和圖形。頻譜分析、越限設(shè)定、錄波、登陸及趨勢(shì)圖均能方便地進(jìn)行組態(tài)。

    3．2 基礎(chǔ)控制

    基礎(chǔ)控制系統(tǒng)由兩套整流PLC、一套凈液PLC組成。PLC選用Rockwell AB的ControlLogix5000系統(tǒng),并配置了ControlNet、 Devicenet主干網(wǎng)絡(luò)和FlexI/O。

    直流大母線短路開(kāi)關(guān)和隔離刀閘狀態(tài)的監(jiān)控，以控制集中、故障分散、最大限度地縮小事故范圍為基本原則。隔離刀閘狀態(tài)量就近進(jìn)入整流、凈液PLC或FlexI/O，根據(jù)設(shè)備分布情況設(shè)置了獨(dú)立的短路開(kāi)關(guān)PLC+Flex I/O組。

    處理器采用的Logix5550，是32位總線控制器。其控制能力可達(dá)25000個(gè)數(shù)字量、4000個(gè)模擬量，不僅能組態(tài)控制本地框架輸入輸出模塊，還能組態(tài)控制網(wǎng)絡(luò)上其他遠(yuǎn)程框架的輸入輸出模塊。

    與傳統(tǒng)PLC不同，ControlLogix背板設(shè)計(jì)中就有了通信能力，從而大大提高了PLC的通信性能。多任務(wù)控制模式使回路調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，I/O通訊速度更快。

    3．3 操作監(jiān)控管理系統(tǒng)

    采用了3臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)配有Rockwell AB的20寸工業(yè)顯示器，組成中央控制操作站。內(nèi)置1784-KTCX卡，編程軟件為Rslogix5000, 畫(huà)面監(jiān)控軟件RSViewTM32, RSlinx作為與PLC進(jìn)行通訊的驅(qū)動(dòng)軟件,網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件RSNetworx。
操作站配有標(biāo)準(zhǔn)以態(tài)網(wǎng)卡，可接入工廠信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)管理級(jí)的數(shù)據(jù)共享。

    系統(tǒng)的基本功能有：

     1. 電解工藝流程圖畫(huà)面顯示；
     2. 數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，越限設(shè)定；
     3. 歷史趨勢(shì)圖；
     4. 事故報(bào)警及報(bào)表打印功能；
     5. 基于PMⅡ的負(fù)荷預(yù)測(cè)，實(shí)時(shí)波形顯示，故障錄波和諧波分析；
     6. 隔離刀閘的狀態(tài)顯示和控制；
     7. 短路開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和控制；
     8. 整流器的電參量顯示和控制。

    4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

    從圖1可以看出，系統(tǒng)采用了主干線ControlNet，作為PLC和操作員工作站的高速數(shù)據(jù)通道，控制設(shè)備和PMⅡ通過(guò)DeviceNet實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)交換。FlexI/O分布于各現(xiàn)場(chǎng)，完成信號(hào)的采集和控制。系統(tǒng)簡(jiǎn)捷、高效，考慮了電解車間的強(qiáng)腐蝕環(huán)境。

    4．1 ControlNet通訊網(wǎng)

    ControlNet網(wǎng)是一個(gè)開(kāi)放的高速確定性網(wǎng)絡(luò)，它用于傳輸對(duì)時(shí)間有苛刻要求的信息，通信速率可達(dá)5Mbps。提供實(shí)時(shí)的控制和對(duì)等的通訊服務(wù)。ControlNet融合了現(xiàn)有的遠(yuǎn)程I/O和DH+網(wǎng)的性能，對(duì)于離散和連續(xù)過(guò)程控制應(yīng)用均具有確定性和可重復(fù)性功能，用戶可自行設(shè)定網(wǎng)絡(luò)交換時(shí)間，達(dá)毫秒級(jí)，從而大大改善了網(wǎng)絡(luò)控制的實(shí)時(shí)性和快速性。采用生產(chǎn)者/客戶方式，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)針對(duì)不同站點(diǎn)需多次發(fā)送改為一次發(fā)送多點(diǎn)共享，減小了網(wǎng)絡(luò)發(fā)送次數(shù)，從而使網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)、高效。

    ControlNet網(wǎng)絡(luò)的配置特點(diǎn)是，無(wú)論CPU框架還是遠(yuǎn)程擴(kuò)展框架均由通訊模塊（CNB）掛在ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，然后由軟件進(jìn)行管理模塊的歸屬，從而使網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和走線十分靈活。系統(tǒng)還可以用以太網(wǎng)通訊模塊作網(wǎng)橋，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠以太網(wǎng)的連接，真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管控一體化。

    4．2 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)

    DeviceNet是Rockwell AB開(kāi)發(fā)的基于CANBUS技術(shù)的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，用于實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)互連。

    DeviceNet用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率為125～500Kbps，傳輸最大距離500m，最多節(jié)點(diǎn)數(shù)為63個(gè)，允許在線組態(tài)和帶電插拔。

    DeviceNet支持主從、多主和對(duì)等通信，用戶的PLC應(yīng)用程序和PC數(shù)據(jù)可以通過(guò)DeviceNet實(shí)現(xiàn)設(shè)備的有效控制。DeviceNet使用RSNetwork軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理和組態(tài)。可以任選幾種專門定義的組態(tài)、打印數(shù)據(jù)表格、參數(shù)對(duì)象程序和電子表格等。

    DeviceNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，通信模式先進(jìn)，支持多種通信協(xié)議，可根據(jù)應(yīng)用需求動(dòng)態(tài)或靜態(tài)分配標(biāo)識(shí)符，在線增減節(jié)點(diǎn)，即插即用，是一種理想的設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。

    5 總結(jié)

     1. 電解工藝自動(dòng)化控制系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)PLC，數(shù)據(jù)采集量大，系統(tǒng)集成度高，組網(wǎng)靈活，管理能力強(qiáng)。電氣、儀表專業(yè)界線明確，易于車間的設(shè)備管理與維護(hù)。

     2. 專用電力監(jiān)控單元具有強(qiáng)大的電量數(shù)據(jù)采集和分析能力。而傳統(tǒng)的電量變送器檢測(cè)參數(shù)單一，需軟件進(jìn)行大量運(yùn)算，可靠性差，二次開(kāi)發(fā)工作量大。

     3. ControlLogix系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，適合電解車間強(qiáng)磁干擾、高腐蝕環(huán)境，運(yùn)行安全、可靠。

     4. 網(wǎng)絡(luò)分布式控制較點(diǎn)對(duì)點(diǎn)監(jiān)控節(jié)省了大量的硬接線和工程投資。