DeltaV控制系統與氧氣底吹煉銅工廠工藝設備的PROFIBUS- DP通訊

謝紅輝， 李澤宇

(1.中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038； 2.北京汽車研究總院有限公司， 北京 100030)

0 引言

氧氣底吹熔煉技術是我國自主研發的一種熔池熔煉技術，已成功地用于鉛、銅冶煉[1]，取得不錯的效果。本文以青海省某采用氧氣底吹煉銅技術，年產10萬t陰極銅的工程為例，詳細介紹其采用的艾默生DELTAV控制系統與底吹煉銅火法工藝中典型成套工藝設備的控制系統之間的PROFIBUS- DP通訊。

1 火法工藝流程

該項目采用的火法煉銅主要分為熔煉(1臺底吹熔煉爐)、吹煉(1臺底吹吹煉爐)和精煉(2臺陽極精煉爐)三個工段，火法工藝部分典型的工藝設備如表1所示，該表中所有工藝設備均帶有PLC控制系統或單片機控制系統。

表1 火法工藝典型設備

2 DP通訊網絡結構圖

火法部分的DCS控制系統采用艾默生的DELTAV控制系統。DELTAV控制系統基于數字結構設計，完全集成了多種總線的智能化工廠能力。DELTAV系統的每塊PROFIBUS- DP卡支持1個PROFIBUS- DP網段，每個PROFIBUS- DP網段最多可連接63個PROFIBUS- DP設備。PROFIBUS- DP卡一般與電機啟動、驅動裝置或其他更為復雜的設備連接，具備一定的故障診斷功能，主要的應用有：馬達設備、變頻設備、秤重單元、PLC等。

為了能在DCS控制系統中監視典型設備的工作狀態，本項目采用 PROFIBUS- DP通訊的方式，在DELTAV系統與典型設備的控制系統間建立聯系。圖1是本工程DELTAV控制系統DP通訊網絡結構圖。

圖1 DP通訊網絡結構圖

由圖1可以看出，典型設備控制系統主要分為兩類，一種為西門子的PLC控制系統，另一種則為單片機控制系統。PLC控制系統可以直接與DCS系統進行PROFIBUS- DP通訊,單片機控制系統則可以采用MODBUS轉PROFIBUS- DP通訊的方式與DCS系統建立通訊。

在建立通訊前，需要給所有典型設備分配唯一的DP地址，并將所有的波特率統一設置成187.5 kB/s。

3 DP通訊組態

DP通訊組態主要分為從站組態與主站組態兩個部分(以下以熔煉高溫風機的通訊為例)。

3.1 從站組態

西門子的PLC控制系統作為從站時，組態主要分為以下幾步：

(1)硬件組態

將控制器設為從站，并設置成事先分配的DP地址和波特率，定義與主站通訊的數據包的格式，如數據包的長度、單位、一致性、地址、輸入/輸出形式等，見圖2。

圖2 從站數據格式設置

(2)數據傳送

編寫程序，將與主站通訊的數據傳送到定義的地址。

作為從站的單片機控制系統通過MODBUS轉PROFIBUS- DP網關PM- 160實現與主站的連接通信。其中，通過使用網關的配套配置軟件對PM- 160進行相關配置，將需要采集的從站設備信息通過網關讀、寫命令及數據轉換、存儲，映射到主站的輸入、輸出映射區，以實現DCS對空壓機設備的數據采集和監控，本文不再詳述。

3.2 主站組態

DELTAV系統作為主站，首先需要在主站中導入相應從站的GSD文件，然后在DP通訊端口設置DP卡的地址和通訊速率。

在DP卡下添加相應的從站設備，將其使能后并分配成與PLC的DP一致的地址。在建立通訊數據包時，有時可能需要先插入GSD文件要求的數據槽，然后再建立與從站通訊的數據包，該數據包的長度、單位、一致性必須與從站組態的數據包保持一致的，輸入/輸出類型則剛好相反。

在下載且診斷畫面中顯示如圖3所示時，表示通訊成功建立，此時可將主站中的數據包按照實際的單個數據格式進行拆解，如拆解成若干個16位的模擬量，或者1位的開關量等，即建立相應的通訊設備DST。

圖3 DELTAV系統DP通訊診斷

對于通訊的模擬量，有時需要進行相應的數學運算才能轉換成需要的數據，此時可建立相應的module。為了便于分析，還可以在module中對模擬量建立歷史趨勢、歸檔。

最后一步即在上位機上插入相應的模擬量dynamo，開關量則用簡單的顏色顯示來示意，效果圖如圖4所示。

圖4 熔煉高溫風機上位畫面

4 通訊組態時注意事項

(1)從站的GSD文件一定要與控制器保持一致。對于西門子PLC控制系統而言，組態時控制器可以采用低版本GSD文件，作為主站的DELTAV系統也必須采用此低版本的GSD文件，此時主站組態的控制器訂貨號可能與實際的控制器訂貨號不一致；

(2)主站DELTAV控制系統在導入GSD文件時，最好從Professional Plus站(即PP站)導入，否則有可能在GSD文件庫中找不到。另外在DELTAV系統中各GSD文件有相應的分類，GSD文件的分類名應與DELTAV庫中的分類名大小寫保持一致；

(3)MODBUS轉PROFIBUS- DP通訊時需要注意的是：對于一個16位的整型數，DELTAV系統將高字節作為該整型數的低位，把低字節作為該整形數的高位。

5 結語

本項目采用PROFIBUS- DP通訊方式，有效地將火法工藝部分典型的設備的運行狀態顯示在DCS控制系統中，省去了大量的電纜及其敷設，極大地方便中控室操作工對全流程的運行狀況把握。