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    1 引言

    電解是銅冶煉生產的的最后一個重要環節，其主控設備是直流電源系統。包括電解整流直流電源的輸出，直流大母線的短路開關，各類生產液位槽、循環槽、酸泵、換熱器、地坑泵等。這些設備的電氣控制水平直接影響到各項技術經濟指標以及安全生產。目前，我國大多數冶煉廠電解系統仍采用繼電器控制方式，手動操作、人工抄表，勞動強度大，極易誤操作，控制精度低。

    江西銅業公司貴溪冶煉廠在二期擴建改造中，采用了Rockwell AB新一代ControlLogix系統對電解車間進行了全面的自動化改造。項目由南昌有色冶金設計研究院設計，金昌電氣儀表系統有限公司完成系統集成、工程安裝和調試投運。整個工程于2000年5月竣工。運行證明，控制系統安全可靠，操作靈活，其裝備水平及技術經濟指標均有顯著改善和新的提高。

    2 工藝特點及系統要求

    來自冶煉廠熔煉車間的合格陽極板，經過車間內整形、銑耳、整平、酸洗后，用專用吊車送至種板槽、生產槽、試驗槽。工藝過程為大電流電解。電流密度為240A/m，陽極作業周期24天，陰極作業周期12天。生產槽用可控硅整流器采用周期反向操作，有利于保證電解銅的質量。全車間分為電解、凈液兩個生產區域，由專用設備供電。還配置了處理陽極板自動化程度較高的專用聯動機組和電解專用吊車。整個車間電氣設備近80臺套，狀態量輸入350個、輸出 150個，電量采集數近200個。要求自動化系統實現集中監控，所有設備均能現場手動和中央控制，現場人員可隨時根據設備運行狀況進行緊急操作，中控室可根據監控信號作出相應處理。整流系統的電參量集中顯示、越限報警設定功能，以保證操作準確性和安全性。

    3 系統結構

    系統由數據采集、基礎控制和監控管理系統組成。

    其自動化網絡配置如圖1所示。

                 

    3．1 電參量數據采集

    電解整流電源系統的電參量采集采用AB的專用電力監控模塊 PowermonitorⅡ完成。PMⅡ是一種基于監測和控制設備的微處理器，采用了電壓、電流、狀態輸入以及繼電器接點，提供監測和控制信息。其安裝方便，可取代傳統機電計量儀表，實現多種實時參數的精密測量。將PT、CT信號接入PMⅡ的直接交流采樣，提高了系統可靠性，避免了多級轉換造成的精度丟失，以及常規儀表帶來的功耗。10.8KHz連續高速采樣，在50Hz和所有運行條件下，每個循環采樣216個點，在41次諧波準確度達±5%。

    PMⅡ還能顯示準確的諧波失真信息。七通道同時二周波錄波，提供中斷的故障檢測和高準確分辨率（0.1ms）的快速事件記錄。本系統可以監測、捕捉三相電壓、電流、接地電流或中性電流等20類電量波形和實時數據，對供電質量進行分析、診斷。

    為組態、監控PMⅡ的RSPower軟件，可以圖形方式顯示一個系統及其組件，并在同一屏幕上提供實時數據和圖形。頻譜分析、越限設定、錄波、登陸及趨勢圖均能方便地進行組態。

    3．2 基礎控制

    基礎控制系統由兩套整流PLC、一套凈液PLC組成。PLC選用Rockwell AB的ControlLogix5000系統,并配置了ControlNet、 Devicenet主干網絡和FlexI/O。

    直流大母線短路開關和隔離刀閘狀態的監控，以控制集中、故障分散、最大限度地縮小事故范圍為基本原則。隔離刀閘狀態量就近進入整流、凈液PLC或FlexI/O，根據設備分布情況設置了獨立的短路開關PLC+Flex I/O組。

    處理器采用的Logix5550，是32位總線控制器。其控制能力可達25000個數字量、4000個模擬量，不僅能組態控制本地框架輸入輸出模塊，還能組態控制網絡上其他遠程框架的輸入輸出模塊。

    與傳統PLC不同，ControlLogix背板設計中就有了通信能力，從而大大提高了PLC的通信性能。多任務控制模式使回路調節的實時性更強，I/O通訊速度更快。

    3．3 操作監控管理系統

    采用了3臺工業計算機配有Rockwell AB的20寸工業顯示器，組成中央控制操作站。內置1784-KTCX卡，編程軟件為Rslogix5000, 畫面監控軟件RSViewTM32, RSlinx作為與PLC進行通訊的驅動軟件,網絡組態軟件RSNetworx。
操作站配有標準以態網卡，可接入工廠信息管理系統網絡，實現管理級的數據共享。

    系統的基本功能有：

     1. 電解工藝流程圖畫面顯示；
     2. 數據采集，實時數據顯示，越限設定；
     3. 歷史趨勢圖；
     4. 事故報警及報表打印功能；
     5. 基于PMⅡ的負荷預測，實時波形顯示，故障錄波和諧波分析；
     6. 隔離刀閘的狀態顯示和控制；
     7. 短路開關的狀態和控制；
     8. 整流器的電參量顯示和控制。

    4 系統網絡特點

    從圖1可以看出，系統采用了主干線ControlNet，作為PLC和操作員工作站的高速數據通道，控制設備和PMⅡ通過DeviceNet實現與PLC的數據交換。FlexI/O分布于各現場，完成信號的采集和控制。系統簡捷、高效，考慮了電解車間的強腐蝕環境。

    4．1 ControlNet通訊網

    ControlNet網是一個開放的高速確定性網絡，它用于傳輸對時間有苛刻要求的信息，通信速率可達5Mbps。提供實時的控制和對等的通訊服務。ControlNet融合了現有的遠程I/O和DH+網的性能，對于離散和連續過程控制應用均具有確定性和可重復性功能，用戶可自行設定網絡交換時間，達毫秒級，從而大大改善了網絡控制的實時性和快速性。采用生產者/客戶方式，將傳統網絡針對不同站點需多次發送改為一次發送多點共享，減小了網絡發送次數，從而使網絡實時、高效。

    ControlNet網絡的配置特點是，無論CPU框架還是遠程擴展框架均由通訊模塊（CNB）掛在ControlNet網絡上，然后由軟件進行管理模塊的歸屬，從而使網絡的擴展和走線十分靈活。系統還可以用以太網通訊模塊作網橋，實現對工廠以太網的連接，真正實現系統的管控一體化。

    4．2 DeviceNet網絡

    DeviceNet是Rockwell AB開發的基于CANBUS技術的一種現場總線，用于實現低成本、高性能的設備層網絡互連。

    DeviceNet用于現場設備與PLC之間的通訊網絡，傳輸速率為125～500Kbps，傳輸最大距離500m，最多節點數為63個，允許在線組態和帶電插拔。

    DeviceNet支持主從、多主和對等通信，用戶的PLC應用程序和PC數據可以通過DeviceNet實現設備的有效控制。DeviceNet使用RSNetwork軟件進行網絡管理和組態。可以任選幾種專門定義的組態、打印數據表格、參數對象程序和電子表格等。

    DeviceNet網絡結構簡單，實時性強，通信模式先進，支持多種通信協議，可根據應用需求動態或靜態分配標識符，在線增減節點，即插即用，是一種理想的設備層現場總線網絡。

    5 總結

     1. 電解工藝自動化控制系統區別于傳統PLC，數據采集量大，系統集成度高，組網靈活，管理能力強。電氣、儀表專業界線明確，易于車間的設備管理與維護。

     2. 專用電力監控單元具有強大的電量數據采集和分析能力。而傳統的電量變送器檢測參數單一，需軟件進行大量運算，可靠性差，二次開發工作量大。

     3. ControlLogix系統具有很強的抗干擾能力，適合電解車間強磁干擾、高腐蝕環境，運行安全、可靠。

     4. 網絡分布式控制較點對點監控節省了大量的硬接線和工程投資。