PCS7在氧壓浸出鋅冶煉中的應用

袁寶福

（西部礦業股份有限公司鋅業分公司，青海西寧 810000）

PCS7在氧壓浸出鋅冶煉中的應用

袁寶福

（西部礦業股份有限公司鋅業分公司，青海西寧 810000）

基于PCS7的DCS硬件、軟件，PCS7在氧壓浸出全濕法鋅冶煉工藝中的應用。

PCS7；DCS；Profibus-DP；鋅冶煉

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.48

1 氧壓浸出工藝簡介

鋅冶煉技術會直接影響到能源消耗量和冶煉產量，目前我國的鋅冶煉工藝生產水平低、規模小、污染嚴重、重復建設、資源浪費嚴重、生產成本高。根據國內外鋅冶煉行業發展趨勢，西部礦業股份有限公司鋅業分公司引進加拿大Sherrit Gordon公司研發的氧壓浸出全濕法鋅冶煉工藝技術，與國內的鋅冶煉工藝相比，該工藝更加的先進適用，并且提通過多年的運用以及改進，該工藝有效地克服了過去那種生產水平低、污染嚴重、資源浪費嚴重、規模小等缺點。鋅精礦二段氧壓浸出全濕法新工藝結合當前西門子PCS7自動化控制技術確保鋅冶煉過程的安全、環保，增強冶煉產品的競爭力，促進鋅行業的健康發展，使企業在激烈的市場競爭形勢下極大的提高了生存競爭力。

氧壓浸出工藝成品有鋅錠和硫磺，主要分氧壓浸出、中和凈化和電積熔鑄等3大步驟。鋅精礦在氧壓浸出工段通過加溫、加壓直接氧化成硫酸鋅溶液。硫酸鋅溶液中的沉淀物通過硫回收工藝的浮選、熔硫過濾和硫固化等3個工序回收其中的硫元素，制成成品顆粒狀硫磺。硫酸鋅溶液經過中和凈化車間中和、除鐵、沉銦、除銅鉻、除鈣鎂和除鎳鈷等6個工序制成純凈的硫酸鋅溶液。純凈的硫酸鋅溶液在電解車間通過電解槽電解析出鋅片，再通過熔鑄工段鑄成成品鋅錠。

2 PCS7控制系統介紹

在公司引進的氧壓浸出全濕法新鋅冶煉工藝中，采用西門子PCS7控制系統。PCS7控制系統是一種模塊化的基于Profibus PA/DP現場總線技術之上所研發出的新一代的過程控制系統，該系統同時具備了傳統集散控制系統（DCS）以及PLC控制系統這兩者的有點。系統將先進的網絡通信技術、電子制造技術、現場總線技術、圖形及圖像處理技術、計算機技術和自動化控制理論結合在一起，打破了傳統DCS和PLC系統間的界限，真正將儀表控制和電氣控制結合為一體，完全體現出了集成自動化的特點，并且系統具備有相當廣泛的運用范圍，能夠完全滿足當前的要求，并且其也是面向未來的。

2.1 硬件組成

考慮到氧壓浸出全濕法鋅冶煉工藝控制條件復雜、需保證設備24 h不間斷運行和系統的安全生產需求，采用了以S7-400H為主控制器的PCS7冗余控制系統。系統主要分為以下幾個部分。

（1）冗余CPU。采用的CPU是400系列冗余CPU，單個系統中的兩套CPU通過光纖進行同步，轉換時間＜100 ms，系統采用了西門子的事件同步方式進行同步，既保證了同步有效性，又不會增加CPU的運算負擔，主、從CPU同時工作，無擾動切換，不會丟失任何信息。根據氧壓浸出工藝的生產需求，將控制系統分為了磨礦工段、氧壓浸出工段、硫回收工段、中和工段、凈化工段和電解工段等6個部分，使用6對冗余CPU進行數據處理，CPU通過以太網通信處理器CP443-1與交換機對應相連，交換機利用光纖通過環網相連，組成環形網絡。

（2）冗余I/O。I/O要想接入到冗余CPU中，首先數據接口模塊ET200就得選用冗余的IM153-2接口模塊，并且采用有源總線模塊和數據模組，通過Profibus-DP總線與CPU進行實時通信，硬件組態如圖1所示。在控制系統正常運行的情況下，如果其中一個ET200耦合器發生故障，另一個備用的ET200耦合器就會自動切換到運行模式，不會影響數據的實時傳輸，同時模塊和耦合器可以進行熱插拔，利于及時維護和穩定生產。

圖1 硬件組態

2.2 軟件介紹

在PCS7控制系統中，主要的組態和編程工具有CFC，SFC和SCL等3種主要的組態工具，主要作用是完成傳統DCS中連續過程控制任務的組態，主要采用CFC組態工具，例如模擬量和數字量的讀入和輸出、PID調節、聯鎖控制、順序控制等。

CFC意為結構化的流程控制，是一種簡潔的圖形組態工具，模塊化的程序塊有利于提高程序開發使用效率，同時方便程序調試，在不同項目之間具有很好的可移植性，多種視圖模式利于編寫和調試復雜的控制方案。

2.3 系統優點

PCS7控制系統結合了傳統DCS和PLC控制系統的優點，并實現了兩者優點的有機結合，同時還有效地客服了傳統DCS和PLC系統之間所存在的界限，其主要的優點有3點。

（1）采用了冗余CPU、冗余電源、冗余通信，系統具備了無擾動切換的功能，能夠突然供電中斷以及突發故障燈各種特殊故障的維護需要，系統具備了良好的可靠性。

（2）軟件包括硬件驅動程序、Step7和WinCC，可以實現有效地集成，例如在Step7之中所定義的變量可以在WinCC以及其他的各種軟件之中使用。因為系統是建立在Windows平臺上的，因此在修改的時候較為容易，同時維護上也比較方便。

（3）S7-400H是一個容錯（冗余）的CPU，適用于那些因生產工藝需求而無法停機維護的的場合。發生故障時，會出現一個無碰撞傳輸控制，熱備單元在中斷處繼續執行而不丟失任何信息。

2.4 系統控制

2.4.1 設備控制

控制設備主要包括物料輸送設備，物料調節設備。這里主要以物料輸送電機和調節閥控制為例。物料輸送電機利用Profibus-DP通信技術通過控制馬達保護器來實現了對物料輸送電機的控制，設備在遠程狀態下通過WINCC畫面手動或自動控制設備的啟動和停止，通過PROFIBUS-DP通信可以監測設備實時運行狀態，如啟動、停止、故障、過載、過流、啟動次數等信息，根據不同的設備狀態按照工藝要求來完成設備的控制方案。調節閥利用定位器通過PROFIBUS-PA通信，在操作員站上面操作閥門，根據需求調節開度，實時監測開度和運行狀態，根據不同的工藝控制參數來手動或自動控制開度。

2.4.2 連鎖控制

設備的連鎖控制對于提高生產效率、穩定工藝流程、減少工人勞動強度及安全生產有著重要的作用，故此，在設計中對連鎖控制的要求也比較高。例如物料儲罐中物位的控制，當物位計檢測物位高于一定值時啟動輸送泵，低于一定值時停止輸送泵，這是一個簡單地連鎖閉環控制。

2.4.3 其他控制

在報警記錄方面，系統將報警信息分類比較詳細，對各參數的設定、閥門開關、泵的啟停和電流、物位的變化等都有系統的記錄，以便事后查看和總結。

同時還有相當實用的在線趨勢功能，可查看任意工藝點在任何時候的趨勢曲線，并且在操作時能將多個點放到同一條件下進行比較，便于及時發現異常，及時處理。

3 應用中存在的問題

（1）現場儀表供電問題。DCS硬件包括PLC機柜和現場儀表兩部分，現場儀表供電由PLC機柜供電，但是現場儀表的供電電源和現場儀表的反饋控制線未做隔離，由于現場生產環境比較復雜，經常有進機柜的電纜損壞導致短路或通上其他電源，從而造成模塊燒毀或機柜意外斷電等情況發生，增加了維修成本。

（2）PA總線掉線問題。現場智能儀表采用了PROFIBUS-PA通信，儀表箱放置于生產現場，由于生產現場情況比較復雜，經常造成掉線問題，增加了工人的維護工作量。

4 結束語

氧壓浸出全濕法新鋅冶煉工藝自投產已有兩年有余，選用的PCS7控制系統有著舉足輕重的作用，PCS7控制系統將電氣、儀表、PLC，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-DP，網絡、DCS 等有機的結合在一起，可節省大量成本，保證了系統的穩定性、可靠性、靈活性和安全性。

［1］廖常初.S7-300/400 PLC應用技術［M］.北京:機械工業出版社，2009.

TF355

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〔編輯 凌 瑞〕