基于現場總線的鉛鋅煙氣治理信息化管理系統
0 引言
鉛 、鋅冶煉企業的煙氣治理一直是伴隨著生產的一個難點問題。煙氣治理生產線設備多、水平不一、分布廣，無法協調生產控制，從而會使生產波動而造成煙氣制酸效率低，甚至無法完成煙氣徹底治理，影響鉛、鋅冶煉的正常生產。
湖南株洲冶煉集團現有鉛冶煉和鋅冶煉兩條生產線鉛冶煉通過燒結工藝生成粗鉛，鋅冶煉通過焙燒沸騰爐生成粗鋅，煙氣治理使用WSA濕法制酸和外供化工廠制酸兩套煙氣處理系統，共五個工序四個控制區域，其煙氣治理流程如圖1所示。
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由于WSA制酸工序對過程測量控制的穩定性、可靠性要求很高，而且工藝參數的相關性擾動和環保問題使得手動操作和簡單自動控制不可能或難以滿足工藝要求。為此，我們采用現場總線控制系統(FCS)，實現了全流程管控一體化和信息化管理，保證了排放煙氣的S02含量遠低于國家環保規定的標準，從而從根本上解決了鉛鋅冶煉煙氣的環境污染，并能保證鉛、鋅冶煉系統的穩定高效運行，創造最大的經濟效益。
1 現場總線系統
針對本項目的監控系統配置，經對各現場總線標準系統結構和對象需求的分析和比較，選用Profibus-DP總線和FF(HI)總線相結合組成煙氣治理信息化管理系統。由于FF(H])總線的產品相對較多，可選擇的余地較大，所以在系統中選用FF現場總線儀表。就電氣設備而言，基于Profibus一DP總線和DeviceNet 總線的產品相劉較多，考慮到Profibus一DP總線上不僅可掛分散v0和智能電氣設備，而且能掛從站型的 PLC，給系統的配置帶來了更大的靈活性，為此選擇 Profibus一DP總線作為電氣設備控制總線。
將具有較復雜運算要求的模擬量監控和與工藝有關的狀態信號控制，由FF(Hl)總線來實現。對具有強聯鎖關系的電氣設備控制，出于速度和可靠性考慮，同時考慮到PLC控制軟件的價格遠低于FCS控制軟件，選擇PLC進行控制。在監控中將回路控制功能盡可能地分配到總線設備上，對總線輸出設備(即閥門定位器)或總線輸人設備(即變送器)分配PID功能，使得控制真正分散，以達到降低風險的目的。對于少量分散的不具有總輸人功能的設備，則選擇第二方廠家的具有FF(Hl)總線接口的分散UO來進行數據采集或通過Profibus一DP總線上PLC的分散v0來進行數據采集。系統結構圖如圖2所示。
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2 生產優化調度技術
鉛鋅煙氣治理信息化管理與控制系統優化的目標是:優化鋅煙氣與鉛煙氣的配比關系，確保混合煙氣中 so,濃度在2.5% 一3%左右;優化外送處理的鋅煙氣與株冶內部處理的鋅煙氣之間的配比關系，保證鉛煙氣制酸生產線的生產平衡與協調;優化鉛煙氣處理生產線、鋅煙氣處理生產線的生產過程控制和生產原料控制，保證這兩條煙氣處理生產線的生產平衡與協調。
由于存在兩條煙氣治理生產線，自動化程度很高，因此除了有計劃的大修之外，一般是不能停止運行的。
為了對生產過程及產品質量進行控制，建立過程模型是必不可少的。根據生產作業計劃中提供的任務數據建立生產線計劃，并對生產中的擾動及時進行動態調度來調整生產線計劃，同時對生產線計劃和調整情況進行動態監控和反饋。其過程模型如圖3所示。
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從以上的研究來看，由于鉛、鋅產量和生產計劃不一樣，鉛鋅配料、燒結機、焙燒沸騰爐的控制以及煙氣治理也隨之而波動。并且各個因素之間相互影響、互相聯鎖，僅僅依靠簡單的手動和單參數、單回路控制管理系統無法保證生產的連續。對于株冶來說，下游企業的柔性對企業的計劃產量造成的影響在于:企業必須選擇一個在已知的需求波動下最為合理的產量。為了達到理想的優化口標，需要采取一定的優化算法。算法的核心思想是把鋅煙氣產量作為中心變量，用中心變量的數值變化來模擬生產現場的生產擾動和波動，并根據這個變化來調整鋅、鉛的計劃產量。
3 信息化管理系統
煙氣治理信息化管理系統是基于C/S模式搭建的。信息系統開發工具選用的是Borland公司的企業級開發工具C++ Builder。它在數據庫系統開發方面有著出色的表現，并可以創建基于C/S模式的應用程序。目前，Oracle是應用最廣泛的大型網絡數據庫之一，它提供了很好的安全機制，而且在不斷改進和升級。因此在開發本信息化管理系統時，選用了Oracle 8。
對于株冶集團來說，建立鉛鋅煙氣治理信息化管理與控制系統有助于妥善解決困擾已久的環境污染問題，并能提高生產效率。由于該系統包含各個子系統，所以煙氣治理信息化管理系統必須充分利川其他各個子控制系統的共享數據，以達到決策充分準確和全面的效果。為此，在開發本系統的過程中采取了COM/ DCOM組件技術。系統的功能結構圖如圖4所示。
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本系統主要分為三個模塊:基礎數據管理模塊，主要包括產品信息等;信息化管理模塊，包括物料和生產工單管理信息等，它是系統的核心模塊;在系統管理方面，根據不同的用戶有不同的授權這一思想，設立了用戶管理、密碼管理等功能的模塊。
3.1 基礎數據管理模塊
該模塊對與生產有關的基礎性數據進行維護，如產品信息、工藝信息、設備信息。基礎數據的正確性是生產計劃準確實施和生產優化調度的前提。
3.2 信息化管理模塊
信息化管理模塊包括物料信息管理、生產工單管理、優化算法管理、底層設備接口管理等4部分。
物料信息管理描述了生產所需要的原料信息，在生產波動的時候可以迅速調整原料的配料工序，以保證生產的連續和平衡。生產工單是車間作業的詳細計劃，是生產有序完成的重要保證，也是生產過程優化調度的表現形式，進行嚴格而科學的生產〔單管理是進行生產調度優化的前提。優化算法管理包括波動模擬算法和生產過程優化調度算法。底層設備接口管理是本系統和儀器儀表、控制電器、關鍵設備網絡化信息管理與控制子系統通信的橋梁，它將本系統產生的調度指令傳輸給底層的機械、電氣設備執行相應的生產操作。
3.3 系統管理
系統管理模塊包括添加用戶、修改密碼、刪除用戶、用戶授權等功能。因為分權限的用戶管理是現代信息管理系統的一貫做法，對于增強企業的權責分工明確有很大的推動作用。
4 系統軟件設計
本信息化管理系統軟件除了完成常規的自動控制外，還采用了以下的創新內容:信息集成方面，將工廠信息和設備過程信息完全集成為一個完整的數據庫，并提供OPC接口;通過標準的以太網通信，可以使各工段、全廠及企業管理層在網絡上共享所有信息與數據;軟件結構采用以太網Ethernet結構和數據庫、通信協議等標準，構成開放式的監控網絡系統;軟件采用模塊化和結構化的設計形式，結構清晰，維護方便。
現場總現控制系統的管理軟件采用了基于DeltaV 的瀏覽器軟件、控制室監控軟件、診斷軟件、歷史趨勢分析軟件、歷史事件記錄軟件、AMS設備管理軟件以及 sylecth report manager報表軟件等。軟件設計開發不局限于用系統取代二次儀表，而是充分利用功能塊的強大運算和先進控制功能。軟件畫面精細，功能齊備，信息量大，人機界面友好，能實時顯示工藝流程圖、分組控制圖、全貌圖、報警一覽表及歷史趨勢圖等。
應用軟件之間的數據和信息交換以及計算機內部應用程序對現場信息的共享，都是通過一臺OPC服務器實現的。OPC技術提供了客戶程序與服務程序進行交互的標準，從而實現了各應用軟件的集成，提高了現場總現控制系統的互操作性和適應性。
DeltaV控 制系統是基于模塊的控制系統，模塊是其中最小的邏輯控制實體，包含了顯示、歷史趨勢、報警、狀態、算法和其它定義過程設備的特征。功能塊是生成連續和離散算法的基本結構，而算法則執行過程控制和監控操作。
各級管理人員、技術人員、生產工人應用以現場為基礎的Plant Web框架根據各自的職責分別在管理室、監控室、主控室完全了解現場設備狀況，并可有針對性地在主控室校對現場設備，為設備故障的查找和維護節省了大量的時問。這對工藝危險度高、設備多而分散的制酸工藝來說其優越性非常明顯，并可在DeltaV工作站上以圖表方式顯示出來。每個模塊的異常狀態存在時間在每個小時、班或日內的百分數被計算出來，并與先可設定的全局限值相比較，一旦某個限值被超越，其相關警告圖就會在警告圖表總貌圖中被顯示出來。我們在用戶應用層采用自頂向下的方法對DeltaV系統軟件進行開發，開發層次圖如圖5所示。
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5 結束語
整個煙氣治理工程經過一年多的安裝、調試于 2002年正式運行。其信息化管理系統的檢測和控制的自動化技術水平達到了國際先進水平，制酸系統生產穩定,SO，的轉化回收率> 99%，排放尾氣中的S02 及SO。的含量均在100 ppm以下。
采用現場總線技術為基礎的信息化管理系統，結合先進的系統軟件，不但提高了系統的控制精度和靈活性，而且設備的維護工作量也大大減少。這套系統是目前我國規模較大、技術較先進的現場總線信息化管理系統，它為我國企業自動化裝備向現場總線技術升級提供了寶貴的經驗，其優勢將在今后的運行與維護中越來越充分地體現出來。
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