無線通信技術在氧壓浸出工藝中的應用

資偉，楊衛華，陳碩

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，昆明 650051)

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無線通信技術在氧壓浸出工藝中的應用

資偉，楊衛華，陳碩

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，昆明 650051)

內蒙呼倫貝爾馳宏礦業有限公司14kt/a氧壓浸出系統工程在工程設計中應用了Wireless HART無線通信技術，2013年9月無線通信系統部分調試完成后即投入運行，2014年10月氧壓浸出系統工程投入試生產，經過一年多的試運行，無線通信系統數據傳送可靠，工作情況穩定，取得了令人滿意的效果。

1氧壓浸出技術

“硫化鋅精礦氧壓浸出技術”是云南冶金集團經過7年研究和工業試驗開發的具有自主知識產權的專利技術。該技術不僅加速了鋅的浸出速率，使鋅的總回收率從常規的89%提高到了94.25%，還解決了高鐵硫化鋅精礦中鋅的選擇性浸出，突破了傳統濕法煉鋅工藝難以有效處理高鐵硫化鋅精礦資源的現狀，徹底解決了鋅冶煉中的二氧化硫污染問題。該公司氧壓浸出系統工程鋅冶煉流程采用了該項技術。

該工程共配置了4套氧壓釜浸出系統，三用一備。1套氧壓反應釜系統作為一段浸出，2套氧壓反應釜系統作為二段浸出。鋅精礦經磨礦、調漿后送入一段氧壓反應釜，同時向一段氧壓反應釜中加入酸液、氧氣和蒸汽，控制其溫度和壓力，使鋅精礦在一定溫度壓力下進行浸出。一段浸出后的礦漿送一段濃密機，一段上清液送除鐵車間中和沉銦槽，沉銦礦漿送中和沉銦濃密，中和沉銦上清液經鋅粉置換、沉銅、除鐵、濃密等處理后，上清液送凈液車間經凈化處理后送電解車間。中和沉銦底流礦漿送銦回收車間，經熱酸浸出、脫硅、萃取、酸洗、反萃、置換等提取得海綿銦。一段底流礦漿調漿后送二段氧壓反應釜，同時向二段氧壓反應釜中加入高酸液、氧氣和蒸汽，控制其溫度和壓力，使一段底流礦漿在一定溫度壓力下進行浸出。二段浸出后礦漿送二段濃密機，二段上清液送一段酸液配酸系統，二段底流礦漿送除鐵車間進行洗滌過濾，濾渣送硫元素回收車間，經浮選等工藝得到硫精礦。

2控制系統構架

氧壓浸出控制系統選用了DCS對現場儀表、設備進行集中控制和數據采集。在該系統中，根據儀表和設備的實際使用情況，采用了HART，FF，Profibus-DP，Wireless HART等多種總線結構實現數據通信和設備診斷，節約了布線時間和布線成本，提高了數據獲取效率，并使設備和儀表的維護更加方便快捷。整個系統的通信連接示意如圖1所示。

圖1　控制系統通信連接示意

該工程配置了1臺無線網關、10臺無線壓力變送器、8臺4回路的848無線溫度變送器和1臺單回路的248無線溫度變送器，共計19臺無線現場設備、38個現場測點。圖1中主工程師站用于存儲DeltaV組態的數據；工程師站用于對DeltaV進行組態和數據下裝，也可安裝AMS程序對儀表進行遠程配置和診斷；應用站主要存放過程參數和報警的歷史數據；操作站展示現場設備的實時數據，對現場設備進行操作和過程歷史曲線查詢。它們通過千兆以太網與DCS相連接。DCS上通過不同類型的卡件與現場設備進行數據交互，既可以使用普通的模擬量與數字量通道卡件，也可以使用一些特殊卡件用總線的方式與現場設備、儀表進行通信。例如： 通過Profibus總線連接PLC和變頻器；通過FF總線連接FF總線儀表；利用帶HART功能的模擬量卡件連接HART儀表等。Wireless HART的無線網關通過以太網的方式直接接入系統中，然后在工程師站中組態該無線網關歸屬的DCS，并由DCS控制。

Wireless HART無線智能儀表技術是近年來的新興技術，它安裝方式靈活，不需要安裝傳統的供電和通信線纜，比總線方式更加節約布線時間和費用，并具有遠程診斷和維護功能，形成了智能儀表發展的一個新領域。由于無線儀表采用電池供電，考慮到電池壽命的原因，因而不能在需要高速實時數據的場合應用。在該項目中充分考慮了無線儀表的優缺點，在一些安裝橋架不方便、數據變化不快或非重要關鍵工藝參數的場合應用了該技術，既滿足了用戶需求，又縮短了工程周期。

3無線儀表的使用方法

1) 該項目中安裝的無線現場設備集中在6m操作平臺上，該平臺高約10m，由于絕大多數工藝設備安裝在樓板上方1～3m高度上，為了讓無線網關盡可能與每一臺無線現場設備在直視范圍內無障礙，保障通信的穩定性，把無線網關安裝在中心區域樓板上方6m的高度上，無線網關到無線儀表或無線儀表到無線儀表之間的點對點通信距離不超過230m。每個網關連接的無線儀表不超過100臺。少部分與無線網關距離較遠或處于不可視范圍內的無線儀表，可通過與其相鄰的無線儀表進行數據轉發，如圖2所示。

2) 安裝完無線網關后，按照說明書要求正確連接無線網關的24V(DC)供電和無線網關與DCS的通信線纜。通信線纜有以太網或RS-485兩種連接方式供選擇，該項目中采用以太網方式連接，將主副網絡直接連接到DCS主副網交換機。無線網關正確連接供電后，在DeltaV系統Exploring DeltaV應用程序中的Decommissioned Nodes(未投運的節點)將出現新的無線網關界面。在該無線網關上點擊右鍵，可以打開右鍵配置菜單，通過該菜單中的Wireless Gateway Web Interface(無線網關網站界面)選項直接打開無線網關配置管理網站。通過輸入預設的賬戶密碼，可以在該網站中管理無線網關和連接無線儀表。需要在無線網關配置管理網站中的Settings中設置并記牢2個重要參數Network ID(網絡ID)和Join Key(連接密鑰)。

圖2　無線網關連接示意

3) 使用手操器連接現場無線儀表的COMM端口，利用HART的通信方式對現場無線儀表的Network ID和Join Key進行設置，Network ID和Join Key必須與無線網關配置管理網站中的Settings中設置一致，確保無線儀表能夠加入此無線網關的網絡。

4) 在現場無線儀表正確組態并裝上電池工作后，在無線網關配置管理網站中的HART/Device目錄下即可找到該儀表。在此可以對該儀表的標簽名稱、更新速率、單位、測量范圍等配置做出修改。

5) 保存后可以在Explorer目錄下總覽測量數據。數據正常則后面跟有綠色圓形指示燈，表示數據正常；帶有“X”符號的紅色圓圈表示數據異常，需檢查無線儀表或無線儀表至傳感器的接線。以HLOL_TT1002為例，HLOL_TT1002使用的是848T Wireless HART無線溫度變送器，該儀表允許同時連接4個溫度傳感器，則PV，SV，TV，FV分別對應該儀表的第一至第四溫度傳感器的溫度參數，在TT1002上只使用了2個溫度傳感器，故TV和QV值狀態為數據異常，但不影響第一和第二通道的使用。

6) 在診斷中查看所有儀表的通信狀態和通信質量，如圖3所示。以HLOL_PT1009為例： Node state欄表示節點狀態，正常顯示為“√”，不正常顯示為“×”；Active neighbors表示該儀表周圍可用于傳輸數據的網關或者作為路由器的無線儀表設備，wihartgw為采集本參數數據的網關，HLOL_TT1007為可用于傳輸數據，作為路由器的無線儀表設備；Service denied表示該儀表是否被網關拒絕服務，正常顯示為“√”，被拒絕顯示為“×”，如果出現被拒絕，被拒絕的原因可能是網關繁忙或者網關不支持儀表請求的更新速率；Reliability表示儀表的可靠性，統計2014年10月23日至2014年11月26日，在這1個多月的時間內，圖中儀表的可靠性均為100%，運行情況非常可靠；Missed updates表示從上一次網關重啟時開始，未收到的數據個數的統計，同樣在這1個多月的時間內圖中的儀表未丟失過數據；Path stability表示15min內該設備數據傳輸最好的那條通道的信號強度百分比，一般來說該值應大于60%，顯示數據均大于60%；RSSI表示信號強度，一般來說該值大于-75db時即可正常傳輸數據，通過將網關安裝在高處，與絕大多數無線現場設備可無障礙直視，顯示的RSSI均大于-51db，信號非常好；Joins表示從上一次網關重啟時開始，該無線儀表嘗試連接網關的次數，如果次數大于1，則該無線儀表信號中斷過，且重新連接過無線網關；Join Time表示從上一次無線儀表嘗試連接網關的具體時間。

7) 確認配置沒有問題后，回到DeltaV系統組態程序Exploring DeltaV應用程序中，在此無線網關點擊右鍵，選擇Commission(投運)，對該無線網關進行投運操作。Commission過程中，將彈出Reconcile I/O對話框。在這里將對數據進行綁定操作，即將無線網關中的儀表設備綁定到DeltaV的通道中。彈出對話框右側的Unassiged Wireless HART Device(未分配的無線HART設備)中是網關中的儀表設備，采用拖動的方式可以將其綁定到對應的通道。注意，Unassiged Wireless HART Device的儀表設備需要在DeltaV中安裝相應的DD驅動文件才可以顯示，如果沒有驅動文件相關儀表設備將不顯示，可以根據儀表型號，到艾默生官方網站下載并安裝。

8) 在DeltaV的Exploring DeltaV應用程序中，將Commission完成后的無線網關分配到最近的控制器并下裝，網關將由該控制器管理。此時，可以在控制器下的模塊中應用所分配的無線網關通道儀表中的參數，由于無線儀表采用的是HART通信協議，在應用時采用直接的方式引用。一般通道中的儀表會有4個參數值，HART_PV，HART_SV，HART_TV，HART_FV分別對應儀表的第一至第四動態參數，根據儀表說明在模塊中選用適用參數。

圖3　通信診斷界面

另外，可以使用艾默生的儀表管理軟件AMS對無線儀表進行詳細配置，在DeltaV的Exploring DeltaV應用程序中的通道無線儀表上點右鍵，選擇用AMS打開配置該儀表，即可對儀表進行詳細配置和詳細診斷，維護十分方便。

4結束語

無線儀表的使用在一定程度上解決了現場布線的許多問題，尤其是無法布線的特殊場合如何測量數據的難題，而且組態、維護和擴充也十分方便，與DCS完美契合，大幅縮短了施工周期。結合現場實際應用情況，無線儀表技術潛力巨大，值得深入發掘和應用。

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摘要：Wireless HART無線智能儀表安裝方式靈活，解決了傳統的現場布線難題，具有組態和維護方便等特點，并具有遠程診斷和維護功能。介紹了Wireless HART無線儀表的使用方式和詳細配置方法，總結了無線通信技術與DCS完美契合、縮短工程周期的優勢。

關鍵詞：無線通信氧壓浸出速率回收率數據采集

Application of Wireless Communication Technology in Oxygen Pressure Leaching ProcessZi Wei，Yang Weihua，Cheng Shuo

(Kunming Engineering & Research Institute of Non-ferrous Metallurgy

Co. Ltd., Kunming, 650051, China)

Abstract：The installation mode for wireless HART wireless intelligent instrument is flexible. It solves problem for site arrangement of wire, with characteristics of convenience of configuration and maintenance. It owns functions of remote diagnosis and maintenance. Usage and detailed configuration method of Wireless HART wireless instrument are introduced. Perfect combination of wireless communication technology with DCS and the advantage of shorten construction time are summarized.

Key words：wireless communication; oxygen pressure leaching; rate; recovery rate; data collection

中圖分類號：TN926

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)03-0045-04

作者簡介：資偉(1983—)，男，云南通海人，現就職于昆明有色冶金設計研究院股份公司，主要從事工業自動化信息系統集成工作，任助理工程師。

稿件收到日期： 2015-01-27，修改稿收到日期： 2015-04-07。