FF 現(xiàn)場(chǎng)總線在鉛鋅冶煉廠煙氣制酸項(xiàng)目的應(yīng)用

羅 侃，林成東

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化需求的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)信息自動(dòng)化正被迅速應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，以嵌入式系統(tǒng)儀表和設(shè)備為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線越來越多地應(yīng)用在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中。FF 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為一種全數(shù)字、串行、雙向通信網(wǎng)絡(luò)，在工業(yè)過程控制中發(fā)展迅速，已在國內(nèi)的一些大中型冶煉企業(yè)中獲得成功的應(yīng)用。

冶煉工業(yè)中的煙氣制酸系統(tǒng)是將火法冶煉工藝中產(chǎn)生的大量含SO2煙氣經(jīng)過凈化、干吸、轉(zhuǎn)化等工序制作成成品濃硫酸。整套系統(tǒng)中包含的控制回路、自動(dòng)化儀表種類及數(shù)量較多。本文結(jié)合某鉛鋅冶煉廠煙氣制酸改造項(xiàng)目的實(shí)際情況，著重對(duì)FF 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在新舊系統(tǒng)的融合、儀表的選型及調(diào)試等方面進(jìn)行研究。

1 煙氣制酸系統(tǒng)的工藝流程

該項(xiàng)目采用熔化爐產(chǎn)生的煙氣制酸，制酸工藝主要有凈化、干吸、轉(zhuǎn)化、硫酸尾氣脫硫、尾氣煙氣排放等工序。其中，凈化工段的工藝流程為一級(jí)動(dòng)力波洗滌器—?dú)怏w冷卻塔—二級(jí)動(dòng)力波洗滌器—一級(jí)電除霧器—二級(jí)電除霧器。干吸工序采用低位高效的干吸工藝技術(shù)對(duì)凈化后的煙氣進(jìn)行干燥及對(duì)轉(zhuǎn)化后的SO3煙氣進(jìn)行吸收。針對(duì)冶煉煙氣中SO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約在6%的情況，采用技術(shù)成熟可靠的3+1 四段雙接觸轉(zhuǎn)化工藝，使進(jìn)入一吸塔的煙氣溫度與進(jìn)入二吸塔的煙氣溫度保持均衡，減少冷凝酸的產(chǎn)生。硫酸尾氣脫硫采用氧化鋅—酸解法脫硫技術(shù)，進(jìn)一步脫除煙氣中的SO2，使最終排放尾氣中的SO2質(zhì)量濃度≤100 mg/m3。為滿足尾氣排放酸霧質(zhì)量濃度≤20 mg/m3的要求，脫硫后設(shè)置了濕式電除霧器。制酸工藝流程如圖1 所示。

2 FF 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用

FF 現(xiàn)場(chǎng)總線是一種全數(shù)字、串行、雙向通信網(wǎng)絡(luò)，用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如變送器、控制閥和控制器等的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)過程控制的分散化[1]。FF 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)又稱“現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)”，是由通過現(xiàn)場(chǎng)總線互聯(lián)的諸多現(xiàn)場(chǎng)儀表及控制室內(nèi)人—機(jī)界面共同組成，是一個(gè)全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)[2]。

圖1 制酸工藝流程

該冶煉廠煙氣制酸系統(tǒng)一期建設(shè)時(shí)采用了FF現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，使用的是艾默生Delta V 系統(tǒng)，后期項(xiàng)目擴(kuò)產(chǎn)需增加1 套煙氣制酸系統(tǒng)。為節(jié)省項(xiàng)目投資費(fèi)用，方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)管理，控制系統(tǒng)方案將新增的煙氣制酸系統(tǒng)作為已有控制系統(tǒng)的拓展。

本次新增的Dleta V 控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，配置了冗余的Delta V 控制網(wǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間配置冗余的交換機(jī)，并通過冗余的網(wǎng)線構(gòu)成系統(tǒng)控制的主副網(wǎng)絡(luò)。工程師站、操作員站等的主副網(wǎng)卡，主副控制器的主副網(wǎng)口通過以太網(wǎng)線分別連接到系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的主副交換機(jī)上。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 遇到的問題及解決辦法

3.1 儀表選型問題

冶煉工業(yè)煙氣制酸流程工藝介質(zhì)種類較多，其中氣體介質(zhì)大多數(shù)高溫，含塵；液體介質(zhì)則腐蝕性強(qiáng)，易產(chǎn)生酸霧。因此，煙氣制酸工藝使用的儀表種類繁多，通常有pH 分析儀、在線硫酸濃度計(jì)、SO2/O2氣體成分分析儀、可燃/有毒氣體探測(cè)儀、電磁流量計(jì)、均速管流量計(jì)、超聲波/雷達(dá)液位計(jì)、壓力變送器、熱電阻、熱電偶、自控閥等。不是所有類型的儀表都有FF 總線儀表，也不是所有類型的儀表都要求使用FF 總線儀表。在進(jìn)行儀表選型時(shí)主要原則如下：1）除設(shè)備成套自帶的PLC 系統(tǒng)及關(guān)系到生產(chǎn)安全的重要聯(lián)鎖信號(hào)以外，單體的電氣設(shè)備及儀表檢測(cè)控制信號(hào)均直接引入相應(yīng)的FF 總線控制系統(tǒng)集中控制，實(shí)現(xiàn)儀表、電氣監(jiān)控一體化控制。其中，儀表、調(diào)節(jié)閥采用FF 總線儀表和FF 總線型定位器。2）對(duì)于關(guān)系到生產(chǎn)安全的重要聯(lián)鎖信號(hào)，采用4～20 mA信號(hào)。3）對(duì)于無法采用FF 協(xié)議通信的模擬量輸出儀表如 SO2分析儀，可采用4～20 mA 信號(hào)。4）輸入或輸出開關(guān)量的各種開關(guān)、切斷閥通過數(shù)字量信號(hào)接入FF 總線控制系統(tǒng)的DI/DO 模塊。5）設(shè)備成套自帶的PLC 系統(tǒng)通過Profibus-DP 與FF 總線控制系統(tǒng)通信。6）熱電阻、熱電偶等溫度信號(hào)采用現(xiàn)場(chǎng)總線溫度變送器接入FF 總線控制系統(tǒng)。

煙氣制酸系統(tǒng)中常有DN1 000～2 000 的煙氣管道上需要安裝自控調(diào)節(jié)閥，由于煙氣溫度不高，且含有SO2，為保證閥門的調(diào)節(jié)性能，優(yōu)先選用襯氟蝶閥。對(duì)多數(shù)閥門廠家來說，襯氟蝶閥的閥門口徑通常只能做到DN600，選擇更大口徑的襯氟閥門會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目成本增加，因此在實(shí)際工程中通常會(huì)選用電動(dòng)玻璃鋼調(diào)節(jié)閥。然而市面上電動(dòng)玻璃鋼調(diào)節(jié)閥基本不配FF 總線定位器，于是就會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)控制回路中變送器采用FF 總線儀表，而閥門定位器采用4～20 mA信號(hào)的問題，無法構(gòu)成一個(gè)FF 總線PID 調(diào)節(jié)控制回路。在這種情況下，只能采用傳統(tǒng)的4～20 mA 信號(hào)的儀表和調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)PID 回路控制調(diào)節(jié)。

3.2 儀表調(diào)試問題

FF 總線儀表可用FF 總線手操器調(diào)試或者在AMS Device Manger 軟件上進(jìn)行調(diào)試。AMS 智能設(shè)備管理系統(tǒng)可快速、簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的量程設(shè)定、組態(tài)和診斷，提高了過程效率，減少了過程變化。

在FF 總線儀表現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，F(xiàn)F 總線儀表只能按網(wǎng)段識(shí)別儀表設(shè)備的Device ID。如果一個(gè)網(wǎng)段有幾臺(tái)同廠家同型號(hào)的儀表，無法直接識(shí)別哪臺(tái)設(shè)備對(duì)應(yīng)哪臺(tái)儀表，需在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)與系統(tǒng)側(cè)兩端根據(jù)儀表上的銘牌位號(hào)打點(diǎn)識(shí)別，花費(fèi)大量時(shí)間和精力。對(duì)于FF 總線儀表，可以要求儀表廠家在儀表出廠調(diào)試時(shí)，將儀表的Device ID 對(duì)應(yīng)修改成儀表銘牌上的位號(hào)，這樣在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)就可以直接識(shí)別，節(jié)省調(diào)試時(shí)間。如果廠家修改儀表的Device ID 困難，也可出具儀表位號(hào)及儀表的Device ID 的對(duì)應(yīng)清單，這樣也能快速完成儀表的識(shí)別。

3.3 FF 總線系統(tǒng)組態(tài)調(diào)試問題

Delta V 的組態(tài)工具由Delta V 瀏覽器(Explorer)和Delta V 組態(tài)工作室(Control Studio)兩部分組成。在Delta V Explorer 軟件中進(jìn)行系統(tǒng)的硬件配置、卡件分配、模塊組態(tài)等；在Delta V Operate Configure中進(jìn)行畫面組態(tài)。FF 總線儀表閥門的調(diào)試可在Delta V 配套軟件AMS Device Manger 中進(jìn)行。

FF 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表需要相應(yīng)的dd 文件才能被Delta V 系統(tǒng)識(shí)別，F(xiàn)F 總線儀表調(diào)試大多在 AMS Device Manger 軟件中進(jìn)行，所以dd 文件版本必須同時(shí)對(duì)應(yīng)Delta V 軟件版本和AMS 軟件版本。如果dd 文件版本不匹配，會(huì)導(dǎo)致儀表設(shè)備無法與系統(tǒng)通信。尤其在新老系統(tǒng)融合的項(xiàng)目中，由于老系統(tǒng)通常所使用的Delta V 系統(tǒng)版本較低，容易與新系統(tǒng)的FF 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表出現(xiàn)不兼容的情況，導(dǎo)致在Delta V系統(tǒng)中無法讀取FF 總線儀表的信息。所以做FF 總線項(xiàng)目的時(shí)候，要確認(rèn)所選Delta V 系統(tǒng)版本與FF總線儀表的兼容性。

4 結(jié)語

FF 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在冶煉工業(yè)煙氣制酸系統(tǒng)中的應(yīng)用，減少了線纜敷設(shè)的工程費(fèi)用，降低了系統(tǒng)及工程成本；在儀表調(diào)試方面，節(jié)省了大量的人力、物力，節(jié)約了安裝調(diào)試時(shí)間，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及可靠性，對(duì)項(xiàng)目成本的控制非常有利。相較于大規(guī)模I/O 系統(tǒng)，減少了由接線點(diǎn)造成的不可靠因素，且系統(tǒng)的抗干擾能力更強(qiáng)。FF 總線還可從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取大量豐富信息，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。