中阅有色冶．－Ａ口设备、电气与自动化ＥＣＳ－１００系统在转炉中压余热锅炉的设计与应用 李啸东（云铜股份有限公司设计研究中心，云南昆明６５０１０２）「摘要』简要叙述了云铜股份公司在转炉中压余热锅炉泣用ＥＣＳ－１００系统的实践，并介绍了ＥＣＳ－１００系统的功能、软硬件情况。［关键词』转炉中压余热锅炉；ＥＣＳ－１００系统；应用［中图分类号］ＴＫ１１＇５ ； ＴＰ２７３［文献标识码１ Ｂ Ｉ文章编号］１６７２－６１０３（２００５）０５－００６６－０５０前言 随着云铜公司火法冶炼系统改造的进行，工艺过程和大型设备的控制都向着ＤＣＳ，ＰＬＣ方向发展。转炉原有的低压汽化冷却装置逐步被淘汰或改造为中压余热锅炉。考虑到原采用的ＪＸ－３００控制系统，随着使用年限增加，运行的故障率上升，运行成本增高，已无法适应中压余热锅炉的控制，在４＂转炉改造应用中压余热锅炉时，决定选用ＷｅｂＦｉｅｌｄ量信号输入输出、回路控制等常规ＤＣＳ的功能以外，还具有高速数字量处理、高速顺序事件记录（ＳＯＥ ）、可编程逻辑控制等功能；它不仅提供了功能块图（ＳＣＦＢＤ）、梯形图．，（ＳＣＬＤ）等直观的图形组态工具，还为用户提供开发复杂高级控制算法（如模糊控制）的类Ｃ语言编程环境ＳＣＸ语言。 ＥＣＳ－１００融合各种标准化的软、硬件接口，能方便地接入现场总线设备和第三方集散控制系统、ＥＣＳ－１００系统（以下简称ＥＣＳ－１００系统）。 ＥＣＳ－１００系统具有较高的性价比，并且与ｉｘ－３００系统都出自同一公司，两系统便于组合和通讯。在经济上ＥＣＳ－１００系统与国外同类系统比较，投资减少二分之一。经多方论证和比较，成为首选的对象。逻辑控制器等。系统规模配置灵活，可满足从几个回路、几十个或更多ｖ０信息量的用户应用要求，实现从一个单元的过程控制，到更大范围的自动化集成，且维护简单，可在线修改组态和热插拔卡件。１．１控制站功能 ＥＣＳ－１００控制站能完成１／０处理、数据采集、模拟量控制和顺序控制。包括温度、压力、流量、液位１ ＥＣＳ－１００系统功能概述 ＥＣＳ－１００基本组成：有工程师站（ＥＳ）、操作站（ＯＳ）、控制站（ＣＳ）和过程控制网络。融合了现场总线技术、嵌人式软件技术、先进控制技术、网络技术等，为工业自动化提出了新的概念，使工业自动化系统实现了网络化、智能化、数字化，是实现工厂综合自动化的较好平台。的检测、监视、ＰＩＤ调节和各种复杂调节，各种阀门的开关，各种泵的启停等顺序控制，各种设备运行状态的监视及联锁保护等。同时， 控制站还可完成一些复杂、特殊的控制功能。提供的ＳＣＸ高级语言、功能块图（ＦＢＤ ）、梯形图（ＬＤ）、顺控图（ＳＦＣ）及ＳＴ语言能实现各种较为复杂的控制策略。ＥＣＳ－１ ００除了具有模拟量信号输人输出、数字〔作者简介〕李啸东（１９６３－），湖南益阳人，电气高级工程师，从事电气及自动控制技术设计开发工作。现任设计研究中心副主任，２００４年被骋为云铜集团公司和云铜股份公司电气自动控制学科专业技术带头人。 操作控制功能：手操器控制、单回路控制、串级控制、单回路前馈控制、串级前馈控制、单回路比值控制、串级变比值一乘法器控制、采样控制和输出控制。运算功能：加／ 减／乘除四则运算、平均值运算、超前／滞后运算、绝对值运算、延时运算、指数／对数２００５年１０月第５期ＥＣＳ－１００系统在转炉中压余热锅炉的设计与应用—李啸东函数运算、数字滤波运算、数值积分运算、三角函数／机报表等）；键盘管理。反三角函数运算、Ｓｍｉｔｈ预估器。１．３通讯功能报警功能：高限报警、 低限报警、高高限报警、通讯结构： ＥＣＳ－１００的通讯结构分三层：最上层低低限报警、偏差报警。逻辑控制： 与或非逻辑控制、开关控制、计数控制、延时控制、定时器控制、条件测试控制。数据传送： 模拟数据传送、控制数据传送、数字数据传送。系统及ＵＯ插卡自诊断功能，热冗余卡之间无 扰切换功能。顺序控制功能：系统提供的顺序控制功能可由 操作员按钮操作或自动地启动和停止。系统可根据操作员的命令或选定的模拟和数字信号自动动作，执行特定功能，系统还可对不正常的条件、中断等作出报警，完成对各种设备和操作的监视及报警。操作员通过显示屏可以监视顺序执行过程并且随时可中断顺序。其他功能： 控制站能够执行用ＥＣＳ－１００提供的ＳＣＸ高级语言编写的控制程序或算法，ＳＣＸ语言可以对控制站数据库进行数据存取。扫描控制周期为０．１－５ｓ可选，顺序控制响应时间小于０．０２ｓ。用户程序的存储介质采用大容量的Ｆｌａｓｈ内存，控制程序可以实现在线修改，断电不丢失，可靠保存。控制站主控制卡内置后备铿电池，用于保护主控制卡断电情况下卡件内ＳＲＡＭ的数据（包括系统配置、控制参数、运行状态等），提高了系统安全性和可维护性。１．２操作员站功能操作站由工业ＰＣ机、 ＣＲＴ、键盘、鼠标、打印机等组成的人机系统，是操作人员完成过程监控管理任务的操作环境。高性能工控机、全面的流程图机能、多窗口画面显示功能可以方便地实现工艺过程信息的集中显示、操作和集中管理。操作员站的任务是在标准画面和用户组态画 面上，显示有关的运行信息，供运行人员对现场的运行情况进行监视和控制。操作员站软件主要完成如下功能： 根据口令设置不同的操作权限；监视系统的模拟量和数字量；显示工艺流程画面；建立趋势画面并获得趋势信息；显示并确认报警；显示操作指导；显示总貌画面；显示控制分组；显示系统状态；自动和手动控制方式的选择；控制驱动装置；调整过程设定值和偏置；管理数据库；管理各种报表及打印（班报表、日报表、月报表、随为信息管理网，采用标准的工业以太网，连接各个控制装置的网桥以及各类管理计算机，用于工厂级的信息传送和管理，是实现综合管理的信息通道；‘ＥＣＳ－１００软件内嵌ＯＰＣ接口软件，可方便实现与企业内部管理网的数据交换；第二层为过程控制网，称为ＳＣｎｅｔｌｌ，是直接连接工程师站、操作员站与控制站等的双高速冗余网络，各节点的通讯接口采用专用的以太网控制器，数据传输遵循ＴＣＰ／ＩＰ和ＵＤＰ／ＩＰ协议，通讯介质为５类双绞线，传递速率为１ＯＭ／１００Ｍｂｐｓ；第三层为ＳＢＵＳ总线，是控制站内部１／０控制总线，主控制卡、数据转发卡、ＵＯ卡通过ＳＢＵＳ进行数据交换，通讯结构为总线型结构，通讯协议采用主控制卡指挥式令牌的存储转发通讯协议，传递速率为１ Ｍｂｐｓ ｏ 冗余技术：系统采用了总线冗余方式，能自动检测通信口的状态，并在其中一个工作异常情况下自动进行切换，并进行报警；系统冗余单元通过数据实时拷贝，保证了备用单元和工作单元数据的一致性，完全避免了切换过程中数据的丢失。２转炉中压余热锅炉控制系统的设计２．１监控系统Ｕ（〕点与模块选择根据转炉电气、 仪表设计、并结合现场工艺的需要，确定模块选择如下。 除氧器１／０站１／０点与模块选择（表１）０转炉ＵＯ站１ ／０点与模块选择（表２）ｏ２．２转炉中压余热锅炉控制系统的结构考虑新上转炉控制与原有转炉的控制系统有 机结合，作控制系统如图ｌａ２．３转炉系统控制功能除氧器压力调节：采用定压运行方式：以蒸汽 空间的压力作为被调量，以进入除氧器的蒸汽作为被调介质。由于调节对象的自平衡能力较强而惯性较小，故采用单冲量调节系统，原理图见图２ａ． 除氧器水位调节：根据除氧器水位，控制进入除氧器的水量，使除氧器水位保持在０土５０ ｍｍ之内。采用单冲量调节系统，原理图见图２ｂ．锅筒水位调节：由于转炉生产过程中所产生的 热量波动较大，因此采用以蒸汽流量为前馈信号、给水流量和汽包水位串级的前馈／串级反馈控制系６８ 中国有色冶＇－Ａ表１除氧器ＵＯ站ＵＯ点与模块选择口设备、电气与自动化序号名称点数冗余点数配置点数模块名称模块型号ＦＷ３５１ Ｖ／ＣＩＦＷ３５１ Ｖ／ＣＩＦＷ３７２ ＡＯＦＷ３５３ ＲＴＤ模块数量备注有源无源ＡＩＡＩＡＯ８路标准信号输人卡１６１６８路标准信号输人卡８路电流输出卡 ８路热电阻输人卡 ２序号统，使锅筒水位保持在０士５０ ｍｍ之内，原理图见图３ａ，阀或低压管网的调节阀，使锅筒压力保持在一定值，原理图见图３ｂｏ给水泵及循环水泵自动启／ 停连锁：循环水流量小于正常流量的８０％时，另一台泵自启动。给水泵出口压力小于正常操作压力的８０％时自启动。，￣气ｊ４气｝ｒｎ２介Ｊ４气｝６２热电阻热电偶‘．１０低压系统计量中心主操作站ＤＩＤｏ名称１６１６１６路数字信号输人卡１６路数字信号输出卡０，山ＦＷ３６６ ＤＩＦＷ３６７ ＤＯ表２转炉１／０站１／０点与模块选择点数冗余点数配置点数模块名称模块型号ＦＷ３５１ Ｖ／ＣＩ模块数量备注有源无源热电阻热电偶ＡＩＡＩＡｏＤＩＤＯ中压系统动力分厂调度站２１３３２３１５４１６１６８路标准信号输入卡８路标准信号输人卡８路电流输出卡 ８路热电阻输人卡 ８路热电偶输人卡 １６１６ＦＷ３５１ Ｖ／ＣＩＦＷ３７２ ＡＯＦＷ３５３ ＲＴＤＦＷ３５２ ＴＣＦＷ３６６ ＤＩＦＷ３６７ ＤＯ１６路数字信号输人卡１６路数字信号输出卡ｒｌｌ条Ｉｅｅｌｌ！１１１１１』冗 ＰＶ８５０３ ＬＶ８５０１ ａ压力调节ｂ水位调节图２除氧器压力和水位调节原理图＿ＪＸ臼００Ｘ ＿ Ｊ按有关设计要求实现其他辅助设置联锁。 图１转炉中压余热锅炉控制系统 实现实时数据采集， 历史数据、曲线显示、手／自动切换控制、锅筒水位控制、主／副水位切换、流程图等功能；报警事件记录及多媒体语音报警；报表的定时打印。锅筒出口压力调节： 通过调节高压管网的调节２．４网络系统及软硬件系统规模：本系统配置控制站２个、 ２１英寸操作站４个、１７英寸操作站１个，与原有低压汽化冷却装置控制系统构成一套控制系统，实现对原有低压汽化冷却装置和中压余热锅炉两套装置的集中控制。其中控制站电源、主控制卡、数据转发卡和通２００５年１０月第５期ＥＣＳ－１００系统在转炉中压余热锅炉的设计与应用—李啸东６９ ＬＶ８５０３ ＰＶ８５０２－１ ａ水位调节ｂ出口压力调节图３锅筒水位和出口压力调节原理图讯网络设备均按１：１冗余配置；系统配置中留有适当的空插槽余量，用于以后系统扩展。根据供应商提供的ＥＣＳ－１ ００网络系统及软硬件选型原则，分别确定操作站、除氧器控制站、转炉控制站的配置如下。操作站硬件 （１） ２１英寸显示器ＤＥＬＬ Ｐ１１３０（纯平）４台；（ ２） １７英寸显示器ＤＥＬＬ Ｐ７９３ １台；（ ３） ＤＥＬＬ整机（Ｐ４ １．８Ｇ／２５６Ｍ／４０Ｇ） ５台；（ ４）立式操作台ＦＷ０７１ １张；（ ５）平面式操作台ＦＷ０７２ ３张；（ ６） Ｓｃｎｃｔ Ｉ网卡（双绞线）ＦＷ０２３ １４块。ＳｕｐＶｉ ｅｗ软件包 （１） ＦＷ１１４操作站软件实时监控软件（含回路调整软件ＳＬＯＯＰ １／０驱动程序ＳＬｉｎｋ） ６套；（ ２） ＦＷ１３１组态工程师站软件控制站组态软件１套； （３） ＦＷ１３２组态工程师站软件实时监控及操作画面组态软件１套；（ ４） ＦＷ１３４组态工程师站软件编程软件（含语言、图形化编程软件）１套；（ ５） ＦＷ１５３组态工程师站软件故障分析１套； （６）组态工程师站软件报表软件１套；（ ７） ＷＩＮ２０００操作系统软件Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００中文标准授权版（ＳＰ２） １套；（ ８） ＳＰ１１２ ＪＸ－３００Ｘ联网软件ＯＰＣ Ｉ套。除氧器控制控制站公共部件 （１）端子和机笼混装机柜（ ８００ｘ８００ｘ２ ２００）ＦＷ２０６ＭＥＣＨ １个； （２）机笼标准套件ＦＷ２１２ＭＥＣＨ １个；（ ３）电源机笼１９英寸标准架装４Ｕ ＦＷ２５２ＭＥＣＨ １个；（ ４） ＡＣ配电箱ＦＷ２５６ＭＥＣＨ １个；（ ５）端子板支架ＦＷ２５７－ＯＩＭＥＣＨ １块；（ ６）电源（５Ｖ） ７５Ｗ ＦＷ２５２－０３ＰＷ ２个；（ ７）电源（２４Ｖ） １５０Ｗ ＦＷ２５２－０４ＰＷ ２个； （８）主控制卡ＦＷ２４３Ｌ ＳＹＳ ２个；（ ９）数据转发卡ＦＷ２３３ ＳＹＳ ２个。除氧器控制控制站Ｉ ／Ｏ模板 （１） ８路标准信号输人卡ＦＷ３５１ Ｖ／ＣＩ ６块；（ ２） ８路热电阻信号输人卡ＦＷ３５３ ＲＴＤ Ｉ块；（ ３） １６路数字信号输人卡ＦＷ３６６ ＤＩ １块；（ ４） １６路数字信号输出卡ＦＷ３６７ ＤＯ １块；（ ５） ８路电流信号输出卡ＦＷ３７２ ＡＯ ２块。转炉控制站公共部件 （Ｉ）端子和机笼混装机柜（ ８００ｘ８ＯＯｘ２ ２００）ＦＷ２０６ＭＥＣＨ １个；（ ２）机笼标准套件ＦＷ２１２ＭＥＣＨ １个； （３）电源机笼１９英寸标准架装４ ＵＦＷ２５２ＭＥＣＨ １个； （４） ＡＣ配电箱ＦＷ２５６ＭＥＣＨ １个；（ ５）端子板支架ＦＷ２５７－ＯＩＭＥＣＨ １块；（ ６）电源（５Ｖ） ７５Ｗ ＦＷ２５２－０３ＰＷ ２个；（ ７）电源（２４Ｖ） １５０Ｗ ＦＷ２５２－０４ＰＷ ２个；（ ８）主控制卡ＦＷ２４３Ｌ ＳＹＳ ２个；（ ９）数据转发卡ＦＷ２３３ ＳＹＳ ２个。转炉控制站Ｉ ／Ｏ模板 （１） ８路标准信号输入卡ＦＷ３５１ Ｖ／ＣＩ ８块；（ ２） ８路热电偶信号输人卡ＦＷ３５２ ＴＣ １块；（ ３） ８路热电阻信号输人卡ＦＷ３５３ ＲＴＤ １块；（ ４） １６路数字信号输入卡ＦＷ３６６ ＤＩ １块；（ ５） １６路数字信号输出卡ＦＷ３６７ ＤＯ Ｉ块；（ ６） ８路电流信号输出卡ＦＷ３７２ ＡＯ ２块；（ ７）空卡ＦＷ０００ ２块。网络组件 （１）ＲＪ ４５联接器（ＲＪ４５＋护套）ＦＷ４０４ＮＥＴ ７２套；（ ２）网络理线架１９英寸标准安装・７０・申网有色冶书卜口设备、电气与自动化ＦＷ４０７ＮＥＴ ２个；热锅炉的控制系统有以下优点：（ ３）网络通讯电缆（五类双绞线）ＦＷ４１３ＮＥＴ４００ ｍ； （４）国产光缆（二芯）２ ０００ ｍ；（ ５） ＤＢ２５线（端子板和卡件之间的扩展连线）ＦＷ４１６ＮＥＴ ２５根；（ ６） １６口中继式集线器（Ｈｕｂ） ＦＷ４２３ ＮＥＴ ８个；（ ７） ＩＯＢＡＳＥ一光调制解调器ＦＷ４２７ＮＥＴ １２个； （１）实时临控软件丰富，编程组态方便，控制方式灵活，调节精度高，有友好的人机界面，易于岗位工人掌握和使用。（ ２）控制系统全开放，便于用户了解和作相应的修改，也便于和其他系统联网。（ ３）运行稳定，工作可靠，抗干扰能力强，能满足锅炉自动控制各项技术要求。 （８）光电转接盒ＦＷ４３１ ＮＥＴ ６个；（ ９）光纤接续盒ＦＷ４３２ＮＥＴ ５根。操作站／ 工程师站配置（ ４）一次投资少。一次投资是国外同类型控制系统的一半左右。 美国ＤＥＬＬ计算机ＣＰＵ Ｐ４１．８Ｇ；内存２５６ＭＢ，硬盘４０Ｇ，显存１６Ｍ，光驱４８Ｘ，软驱１．４４Ｍ，鼠标ＤＥＬＬ鼠标，键盘标准键盘；网卡１ ０／ｌｏｏｍ以太网卡（其中网关站和服务器配４个网卡，其余站配２个）；声卡３Ｄ声卡； 如口２个串行口，１个并行口， ２个ＵＳＢ口；显示器ＤＥＬＬ ２１英寸纯平彩色ＣＲＴ（网关站为ＤＥＬＬ １７英寸彩色ＣＲＴ）分辩率１ ２８０ｘ １０２４ ；操作台一个操作站配一体化操作台，其余的 配平面式操作台。 （５）备件提供方便、价格便宜，运行费用低。（ ６）到目前为止尚没有进行过大的维修，充分说明国产的ＤＣＳ系统可靠性已经达到很高的水平。４结束语 在ＥＣＳ－１００控制系统工程的实施过程中，云铜公司的相关工作人员得到了工程锻炼、技术提高，也积累了较多的安装、组态和使用维护的经验，为企业今后ＤＣＳ的开发和工艺过程信息化、自动化的发展打下了基础。［１］燕汽锅炉安全技术监察规程一劳部发［１９９６］２７６号．［２］王常力，廖道文．集散型控制系统选型与应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１ ９９６．【 参考文献」３ ＥＣＳ－１００控制系统运行分析 ４＊转炉改造工程已经投用近两年了。通过运行实践检验，证明选用ＥＣＳ－１００作为４＃转炉中压余［３］周春晖．过程控制工程手册【Ｍ］．化学工业出版社，１９９３．［４］ ＥＣＳ－１００控制系统使用手册．浙江大学浙大中控技术有限公司出版， ２００２．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＣＳ－１００ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｍｅｄｉｕｍ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｓ ｔｅ－ｈｅａｔ ｂｏｉｌｅｒ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅＡｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｂｒｉｅｌｆｙ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＣＳ－１００ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｍｅｄｉｕｍ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｓｔｅ－ｈｅａｔ ｂｏｉｌｅｒｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ ｉｎ Ｙｕｎｎａｎ Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｌｓｏ ｆｕｎｃｔｉｏｎ， ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅＥＣＳ－１００ ｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍｅｄｉｕｍ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｓｔｅ－ｈｅａｔ ｂｏｉｌｅｒ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ； ＥＣＳ－１００ ｓｙｓｔｅｍ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＬｌ Ｘｉａｏ－ｄｏｎｇ金川冶炼厂两台电炉转产炼镍从９月１ ９日开始，金川集团公司冶炼厂熔炼车间１＂、 ２＂两台电炉开始转产炼镍，至此，全厂３台电炉全部开始进行炼镍生产。 １在此之前，＃，２＂两台电炉承担着炼铜的任务，随着铜合成炉的顺利投料试生产，铜的火法生产能力有所加强，但镍的火法生产能力十分不足。为了使公司外购的镍原料尽快得到变现，创造出较好的经济效益，在公司的决策下，１＂，２＂两台电炉全部转产炼镍。
