PCS7在氧压浸出锌冶炼中的应用

2018-01-03袁宝福

设备管理与维修 2017年9期

关键词：硫酸锌工段湿法

袁宝福

（西部矿业股份有限公司锌业分公司，青海西宁 810000）

PCS7在氧压浸出锌冶炼中的应用

袁宝福

（西部矿业股份有限公司锌业分公司，青海西宁 810000）

基于PCS7的DCS硬件、软件，PCS7在氧压浸出全湿法锌冶炼工艺中的应用。

PCS7；DCS；Profibus-DP；锌冶炼

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.48

1 氧压浸出工艺简介

锌冶炼技术会直接影响到能源消耗量和冶炼产量，目前我国的锌冶炼工艺生产水平低、规模小、污染严重、重复建设、资源浪费严重、生产成本高。根据国内外锌冶炼行业发展趋势，西部矿业股份有限公司锌业分公司引进加拿大Sherrit Gordon公司研发的氧压浸出全湿法锌冶炼工艺技术，与国内的锌冶炼工艺相比，该工艺更加的先进适用，并且提通过多年的运用以及改进，该工艺有效地克服了过去那种生产水平低、污染严重、资源浪费严重、规模小等缺点。锌精矿二段氧压浸出全湿法新工艺结合当前西门子PCS7自动化控制技术确保锌冶炼过程的安全、环保，增强冶炼产品的竞争力，促进锌行业的健康发展，使企业在激烈的市场竞争形势下极大的提高了生存竞争力。

氧压浸出工艺成品有锌锭和硫磺，主要分氧压浸出、中和净化和电积熔铸等3大步骤。锌精矿在氧压浸出工段通过加温、加压直接氧化成硫酸锌溶液。硫酸锌溶液中的沉淀物通过硫回收工艺的浮选、熔硫过滤和硫固化等3个工序回收其中的硫元素，制成成品颗粒状硫磺。硫酸锌溶液经过中和净化车间中和、除铁、沉铟、除铜铬、除钙镁和除镍钴等6个工序制成纯净的硫酸锌溶液。纯净的硫酸锌溶液在电解车间通过电解槽电解析出锌片，再通过熔铸工段铸成成品锌锭。

2 PCS7控制系统介绍

在公司引进的氧压浸出全湿法新锌冶炼工艺中，采用西门子PCS7控制系统。PCS7控制系统是一种模块化的基于Profibus PA/DP现场总线技术之上所研发出的新一代的过程控制系统，该系统同时具备了传统集散控制系统（DCS）以及PLC控制系统这两者的有点。系统将先进的网络通信技术、电子制造技术、现场总线技术、图形及图像处理技术、计算机技术和自动化控制理论结合在一起，打破了传统DCS和PLC系统间的界限，真正将仪表控制和电气控制结合为一体，完全体现出了集成自动化的特点，并且系统具备有相当广泛的运用范围，能够完全满足当前的要求，并且其也是面向未来的。

2.1 硬件组成

考虑到氧压浸出全湿法锌冶炼工艺控制条件复杂、需保证设备24 h不间断运行和系统的安全生产需求，采用了以S7-400H为主控制器的PCS7冗余控制系统。系统主要分为以下几个部分。

（1）冗余CPU。采用的CPU是400系列冗余CPU，单个系统中的两套CPU通过光纤进行同步，转换时间＜100 ms，系统采用了西门子的事件同步方式进行同步，既保证了同步有效性，又不会增加CPU的运算负担，主、从CPU同时工作，无扰动切换，不会丢失任何信息。根据氧压浸出工艺的生产需求，将控制系统分为了磨矿工段、氧压浸出工段、硫回收工段、中和工段、净化工段和电解工段等6个部分，使用6对冗余CPU进行数据处理，CPU通过以太网通信处理器CP443-1与交换机对应相连，交换机利用光纤通过环网相连，组成环形网络。

（2）冗余I/O。I/O要想接入到冗余CPU中，首先数据接口模块ET200就得选用冗余的IM153-2接口模块，并且采用有源总线模块和数据模组，通过Profibus-DP总线与CPU进行实时通信，硬件组态如图1所示。在控制系统正常运行的情况下，如果其中一个ET200耦合器发生故障，另一个备用的ET200耦合器就会自动切换到运行模式，不会影响数据的实时传输，同时模块和耦合器可以进行热插拔，利于及时维护和稳定生产。

图1 硬件组态

2.2 软件介绍

在PCS7控制系统中，主要的组态和编程工具有CFC，SFC和SCL等3种主要的组态工具，主要作用是完成传统DCS中连续过程控制任务的组态，主要采用CFC组态工具，例如模拟量和数字量的读入和输出、PID调节、联锁控制、顺序控制等。

CFC意为结构化的流程控制，是一种简洁的图形组态工具，模块化的程序块有利于提高程序开发使用效率，同时方便程序调试，在不同项目之间具有很好的可移植性，多种视图模式利于编写和调试复杂的控制方案。

2.3 系统优点

PCS7控制系统结合了传统DCS和PLC控制系统的优点，并实现了两者优点的有机结合，同时还有效地客服了传统DCS和PLC系统之间所存在的界限，其主要的优点有3点。

（1）采用了冗余CPU、冗余电源、冗余通信，系统具备了无扰动切换的功能，能够突然供电中断以及突发故障灯各种特殊故障的维护需要，系统具备了良好的可靠性。

（2）软件包括硬件驱动程序、Step7和WinCC，可以实现有效地集成，例如在Step7之中所定义的变量可以在WinCC以及其他的各种软件之中使用。因为系统是建立在Windows平台上的，因此在修改的时候较为容易，同时维护上也比较方便。

（3）S7-400H是一个容错（冗余）的CPU，适用于那些因生产工艺需求而无法停机维护的的场合。发生故障时，会出现一个无碰撞传输控制，热备单元在中断处继续执行而不丢失任何信息。

2.4 系统控制

2.4.1 设备控制

控制设备主要包括物料输送设备，物料调节设备。这里主要以物料输送电机和调节阀控制为例。物料输送电机利用Profibus-DP通信技术通过控制马达保护器来实现了对物料输送电机的控制，设备在远程状态下通过WINCC画面手动或自动控制设备的启动和停止，通过PROFIBUS-DP通信可以监测设备实时运行状态，如启动、停止、故障、过载、过流、启动次数等信息，根据不同的设备状态按照工艺要求来完成设备的控制方案。调节阀利用定位器通过PROFIBUS-PA通信，在操作员站上面操作阀门，根据需求调节开度，实时监测开度和运行状态，根据不同的工艺控制参数来手动或自动控制开度。