DCS系統(tǒng)在銅冶煉工藝中的應(yīng)用
一、 TDC3000系統(tǒng)的一般構(gòu)成
TDC3000系統(tǒng)是由一系列硬件和軟件組成，來完成數(shù)據(jù)采集和控制。系統(tǒng)主要有兩大網(wǎng)絡(luò)相連接而成。下面是TDC3000系統(tǒng)的一般網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
圖一、TDC3000網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
（一）、Local Control Network 局域控制網(wǎng)
局域控制網(wǎng)簡稱LCN，主要是將一些控制窗口（US操作站）、高級控制模塊（應(yīng)用模件AM、計(jì)算機(jī)模件CM）及過程網(wǎng)絡(luò)連接在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制。其性能有：]
Ÿ 廣播式通訊，令牌傳遞，“令牌環(huán)”；
Ÿ 傳輸數(shù)率為5M/Sec，串行傳輸；
Ÿ 最多可掛64個(gè)節(jié)點(diǎn)/LCN；
Ÿ 最長達(dá)300M/LCN；
Ÿ 最多可擴(kuò)展到7段，最長為4.9KM；
Ÿ 75歐姆終端同軸電纜，冗余網(wǎng)絡(luò)，LCNA、LCNB；
Ÿ 每分鐘自動切換一次。
直接掛在LCN網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備稱為LCN節(jié)點(diǎn)；主要有以下幾種類型：
1． 通用操作站（Universal Station簡稱US）：是TDC3000的人機(jī)界口，它可以針對不同的工作而設(shè)定為操作員操作站（Operator）、工程師操作站（Engineer）和萬能操作站（操作員站+工程師站）。作為操作員操作站，它可以實(shí)現(xiàn)以下功能：監(jiān)視和操作連續(xù)與非連續(xù)的過程；報(bào)警并處理報(bào)警；顯示并打印趨勢、報(bào)告和報(bào)表；監(jiān)視和控制系統(tǒng)狀態(tài)和診斷程序。作為工程師操作站，可以實(shí)現(xiàn)的功能：網(wǎng)絡(luò)組態(tài)；建立過程數(shù)據(jù)庫；建立用戶圖形；設(shè)計(jì)報(bào)表；編寫控制語言程序（CL語言）等等。
2． 通用工作站（Universal Work Station簡稱UWS）：也叫遠(yuǎn)程工作站，是一種可選的人機(jī)界面，功能與US完全一致，唯一不同之處是UWS是用于辦公室環(huán)境。
3． UXS操作站：也是一種可選的人機(jī)界面，它有兩套操作系統(tǒng)除了具有US的全部功能以外，還有一套UNIX系統(tǒng)，具有窗口畫面的管理功能。一臺UXS操作站最多可打開4個(gè)LCN窗口和若干個(gè)WINDOWS窗口并可對任意一個(gè)窗口進(jìn)行縮放。UNIX系統(tǒng)主要是用于和上位機(jī)通訊如：ALPHA機(jī)，實(shí)現(xiàn)在PC機(jī)上最多可同時(shí)觀看到4幅流程圖畫面。
4． 歷史模件（History Module簡稱HM）：提供了大量存儲在硬盤上的數(shù)據(jù)，在HM中可存儲和訪問的數(shù)據(jù)類型有：歷史報(bào)警；操作站信息；系統(tǒng)狀態(tài)變化；系統(tǒng)錯(cuò)誤信息；系統(tǒng)維護(hù)指南；提供報(bào)表與趨勢所需的連續(xù)過程的歷史數(shù)據(jù)；所有類型的系統(tǒng)文件等等。
5． 應(yīng)用模件（Application Module簡稱AM）：具有綜合的控制算法功能，包含了一整套標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)型控制算法，并且可運(yùn)用CL語言進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)算法和策略。
6． 增強(qiáng)型PLC接口模件（Extend PLC Gateway Module簡稱EPLCG）：主要提供LCN網(wǎng)絡(luò)與PLC之間的通訊；轉(zhuǎn)換LCN與PLC之間的數(shù)據(jù)；掃描程序，處理PLC的數(shù)據(jù)并提供報(bào)警信息；可支持Modicon PLC、AB PLC和Honeywell PLC；并可進(jìn)行冗余和非冗余配置。\
7． 工廠網(wǎng)絡(luò)模件（Plant Network Module簡稱PLNM）：LCN網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)的接口模件，主要提供LCN與上位機(jī)之間的通訊和數(shù)據(jù)交換。
8． 網(wǎng)絡(luò)接口模件（Network Gateway Module簡稱NG）：連接多條LCN網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行相互訪問。
9． 網(wǎng)絡(luò)接口模件（Network Interface Module簡稱NIM）：是LCN網(wǎng)絡(luò)與萬能控制網(wǎng)絡(luò)（簡稱UCN）的接口，主要完成兩種網(wǎng)絡(luò)間的通訊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能。
（二）、Universal Control Network萬能控制網(wǎng)絡(luò)
萬能控制網(wǎng)絡(luò)簡稱UCN，主要是傳輸過程數(shù)據(jù)，完成對生產(chǎn)過程的控制。其性能有：
Ÿ 與過程設(shè)備相連；
Ÿ 傳輸數(shù)率為5M/Sec；
Ÿ 最多可掛32個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)/UCN；
Ÿ 最長可達(dá)800M/UCN；
Ÿ 每條網(wǎng)絡(luò)終端都有75歐姆終端電阻；
Ÿ 冗余網(wǎng)絡(luò)：UCNA，UCNB。
掛在UCN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)有
1． 增強(qiáng)型過程管理器（Advanced Process Manager簡稱APM）：提供了極強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集和控制能力，可處理數(shù)字量DI與DO點(diǎn)，模擬量AI與AO點(diǎn)，脈沖量輸入PI，低信號模擬量輸入LLAI、LLMUX等等；多達(dá)160條的調(diào)節(jié)控制回路，可進(jìn)行流量補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算、PID控制、馬達(dá)控制等等各種運(yùn)算或邏輯控制，使用CL語言還可改進(jìn)控制策略，并可與UCN上其它設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通訊。
2． 邏輯控制器（Logic Manager簡稱LM）：是一種以開關(guān)量為主的控制器，提供高速邏輯控制，與PLC（即可編程序控制器）相似，可執(zhí)行數(shù)字和模擬量邏輯控制，并可與UCN上的APM或其它LM實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通訊。
二、冶銅工藝中的TDC3000系統(tǒng)
（一）、系統(tǒng)配置
金隆銅業(yè)使用的這套DCS系統(tǒng)是HONEYWELL公司的R400版本，于上世紀(jì)九十年代后期正式安裝投用。下面是該系統(tǒng)在金隆銅業(yè)的詳細(xì)配置圖。
圖二、金隆銅業(yè)TDC3000系統(tǒng)配置圖
金隆銅業(yè)TDC3000系統(tǒng)是以閃速爐為中心，包括硫酸車間、制氧站和電控中心幾個(gè)部分，一條冗余的LCN網(wǎng)絡(luò)通過光纜擴(kuò)展將這幾個(gè)區(qū)域相連而成；LCNE是光纜的接口卡，LCN網(wǎng)絡(luò)通過LCNE和光纜相連。系統(tǒng)主體設(shè)備如：歷史模件HM、應(yīng)用模件AM、工廠網(wǎng)絡(luò)模件PLNM、增強(qiáng)型PLC接口模件EPLCG都配置在閃速爐中心。三條冗余的UCN網(wǎng)絡(luò)UCN1、UCN2、UCN3分別對應(yīng)于閃速爐、硫酸車間和制氧站。閃速爐區(qū)域因參數(shù)量較多而配置了兩臺APM和一臺LM，并配置一臺UXS、三臺US，便于工藝人員同時(shí)操作；硫酸車間配置了一臺UXS、一臺US和一臺APM；制氧站則配置了兩臺US和一臺APM。
各個(gè)區(qū)域通過光纜相互進(jìn)行通訊和交換數(shù)據(jù)，各區(qū)域之間可相互監(jiān)視，必要時(shí)還可以跨區(qū)域操作，任何一臺US操作站都可對各區(qū)域進(jìn)行組態(tài)、修改程序和監(jiān)控工藝流程等等。兩臺UXS通過90FS模件與上位機(jī)（即ALPHA機(jī)）相連，辦公室管理人員可通過PC機(jī)同時(shí)能打開8幅流程圖畫面，便以各個(gè)部門管理和監(jiān)視；在電控中心（即電儀樓）還配置一臺UWS，以便于維護(hù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程修改組態(tài)和監(jiān)視。各區(qū)域還可以通過EPLCG、PLNM分別和PLC、上位機(jī)進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)交換。上位機(jī)通過PLNM，可實(shí)現(xiàn)對閃速爐的數(shù)模控制。通過EPLCG可實(shí)現(xiàn)閃速爐、硫酸、制氧的DCS和轉(zhuǎn)爐、陽極爐PLC之間的數(shù)據(jù)交換。
有點(diǎn)美中不足的是該系統(tǒng)只支持臺灣的繁體漢字系統(tǒng)，但所有流程圖、點(diǎn)的描述、報(bào)表等等，均可以用中文進(jìn)行描述。
（二）、軟件組態(tài)
TDC3000系統(tǒng)的軟件組態(tài)主要包括NCF、建點(diǎn)、制作流程圖、報(bào)表、按鈕、歷史數(shù)據(jù)庫和區(qū)域數(shù)據(jù)庫等方面的組態(tài)工作，具體說明如下：
1．NCF組態(tài)
NCF（Network Configuration File）組態(tài)包含了LCN上所有節(jié)點(diǎn)的信息。在系統(tǒng)組態(tài)時(shí)必須先對NCF進(jìn)行組態(tài)，即對系統(tǒng)如何進(jìn)行配置，包括：區(qū)域劃分，單元劃分，節(jié)點(diǎn)分配，硬盤分配等等。
Ÿ 區(qū)域（AREA）劃分
全廠TDC3000系統(tǒng)共設(shè)置為三個(gè)區(qū)域
AREA 01 閃速爐區(qū)域
AREA 02 硫酸車間域
AREA 03 &nbs
TDC3000系統(tǒng)是由一系列硬件和軟件組成，來完成數(shù)據(jù)采集和控制。系統(tǒng)主要有兩大網(wǎng)絡(luò)相連接而成。下面是TDC3000系統(tǒng)的一般網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
圖一、TDC3000網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
（一）、Local Control Network 局域控制網(wǎng)
局域控制網(wǎng)簡稱LCN，主要是將一些控制窗口（US操作站）、高級控制模塊（應(yīng)用模件AM、計(jì)算機(jī)模件CM）及過程網(wǎng)絡(luò)連接在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制。其性能有：]
Ÿ 廣播式通訊，令牌傳遞，“令牌環(huán)”；
Ÿ 傳輸數(shù)率為5M/Sec，串行傳輸；
Ÿ 最多可掛64個(gè)節(jié)點(diǎn)/LCN；
Ÿ 最長達(dá)300M/LCN；
Ÿ 最多可擴(kuò)展到7段，最長為4.9KM；
Ÿ 75歐姆終端同軸電纜，冗余網(wǎng)絡(luò)，LCNA、LCNB；
Ÿ 每分鐘自動切換一次。
直接掛在LCN網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備稱為LCN節(jié)點(diǎn)；主要有以下幾種類型：
1． 通用操作站（Universal Station簡稱US）：是TDC3000的人機(jī)界口，它可以針對不同的工作而設(shè)定為操作員操作站（Operator）、工程師操作站（Engineer）和萬能操作站（操作員站+工程師站）。作為操作員操作站，它可以實(shí)現(xiàn)以下功能：監(jiān)視和操作連續(xù)與非連續(xù)的過程；報(bào)警并處理報(bào)警；顯示并打印趨勢、報(bào)告和報(bào)表；監(jiān)視和控制系統(tǒng)狀態(tài)和診斷程序。作為工程師操作站，可以實(shí)現(xiàn)的功能：網(wǎng)絡(luò)組態(tài)；建立過程數(shù)據(jù)庫；建立用戶圖形；設(shè)計(jì)報(bào)表；編寫控制語言程序（CL語言）等等。
2． 通用工作站（Universal Work Station簡稱UWS）：也叫遠(yuǎn)程工作站，是一種可選的人機(jī)界面，功能與US完全一致，唯一不同之處是UWS是用于辦公室環(huán)境。
3． UXS操作站：也是一種可選的人機(jī)界面，它有兩套操作系統(tǒng)除了具有US的全部功能以外，還有一套UNIX系統(tǒng)，具有窗口畫面的管理功能。一臺UXS操作站最多可打開4個(gè)LCN窗口和若干個(gè)WINDOWS窗口并可對任意一個(gè)窗口進(jìn)行縮放。UNIX系統(tǒng)主要是用于和上位機(jī)通訊如：ALPHA機(jī)，實(shí)現(xiàn)在PC機(jī)上最多可同時(shí)觀看到4幅流程圖畫面。
4． 歷史模件（History Module簡稱HM）：提供了大量存儲在硬盤上的數(shù)據(jù)，在HM中可存儲和訪問的數(shù)據(jù)類型有：歷史報(bào)警；操作站信息；系統(tǒng)狀態(tài)變化；系統(tǒng)錯(cuò)誤信息；系統(tǒng)維護(hù)指南；提供報(bào)表與趨勢所需的連續(xù)過程的歷史數(shù)據(jù)；所有類型的系統(tǒng)文件等等。
5． 應(yīng)用模件（Application Module簡稱AM）：具有綜合的控制算法功能，包含了一整套標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)型控制算法，并且可運(yùn)用CL語言進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)算法和策略。
6． 增強(qiáng)型PLC接口模件（Extend PLC Gateway Module簡稱EPLCG）：主要提供LCN網(wǎng)絡(luò)與PLC之間的通訊；轉(zhuǎn)換LCN與PLC之間的數(shù)據(jù)；掃描程序，處理PLC的數(shù)據(jù)并提供報(bào)警信息；可支持Modicon PLC、AB PLC和Honeywell PLC；并可進(jìn)行冗余和非冗余配置。\
7． 工廠網(wǎng)絡(luò)模件（Plant Network Module簡稱PLNM）：LCN網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)的接口模件，主要提供LCN與上位機(jī)之間的通訊和數(shù)據(jù)交換。
8． 網(wǎng)絡(luò)接口模件（Network Gateway Module簡稱NG）：連接多條LCN網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行相互訪問。
9． 網(wǎng)絡(luò)接口模件（Network Interface Module簡稱NIM）：是LCN網(wǎng)絡(luò)與萬能控制網(wǎng)絡(luò)（簡稱UCN）的接口，主要完成兩種網(wǎng)絡(luò)間的通訊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能。
（二）、Universal Control Network萬能控制網(wǎng)絡(luò)
萬能控制網(wǎng)絡(luò)簡稱UCN，主要是傳輸過程數(shù)據(jù)，完成對生產(chǎn)過程的控制。其性能有：
Ÿ 與過程設(shè)備相連；
Ÿ 傳輸數(shù)率為5M/Sec；
Ÿ 最多可掛32個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)/UCN；
Ÿ 最長可達(dá)800M/UCN；
Ÿ 每條網(wǎng)絡(luò)終端都有75歐姆終端電阻；
Ÿ 冗余網(wǎng)絡(luò)：UCNA，UCNB。
掛在UCN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)有
1． 增強(qiáng)型過程管理器（Advanced Process Manager簡稱APM）：提供了極強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集和控制能力，可處理數(shù)字量DI與DO點(diǎn)，模擬量AI與AO點(diǎn)，脈沖量輸入PI，低信號模擬量輸入LLAI、LLMUX等等；多達(dá)160條的調(diào)節(jié)控制回路，可進(jìn)行流量補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算、PID控制、馬達(dá)控制等等各種運(yùn)算或邏輯控制，使用CL語言還可改進(jìn)控制策略，并可與UCN上其它設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通訊。
2． 邏輯控制器（Logic Manager簡稱LM）：是一種以開關(guān)量為主的控制器，提供高速邏輯控制，與PLC（即可編程序控制器）相似，可執(zhí)行數(shù)字和模擬量邏輯控制，并可與UCN上的APM或其它LM實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通訊。
二、冶銅工藝中的TDC3000系統(tǒng)
（一）、系統(tǒng)配置
金隆銅業(yè)使用的這套DCS系統(tǒng)是HONEYWELL公司的R400版本，于上世紀(jì)九十年代后期正式安裝投用。下面是該系統(tǒng)在金隆銅業(yè)的詳細(xì)配置圖。
圖二、金隆銅業(yè)TDC3000系統(tǒng)配置圖
金隆銅業(yè)TDC3000系統(tǒng)是以閃速爐為中心，包括硫酸車間、制氧站和電控中心幾個(gè)部分，一條冗余的LCN網(wǎng)絡(luò)通過光纜擴(kuò)展將這幾個(gè)區(qū)域相連而成；LCNE是光纜的接口卡，LCN網(wǎng)絡(luò)通過LCNE和光纜相連。系統(tǒng)主體設(shè)備如：歷史模件HM、應(yīng)用模件AM、工廠網(wǎng)絡(luò)模件PLNM、增強(qiáng)型PLC接口模件EPLCG都配置在閃速爐中心。三條冗余的UCN網(wǎng)絡(luò)UCN1、UCN2、UCN3分別對應(yīng)于閃速爐、硫酸車間和制氧站。閃速爐區(qū)域因參數(shù)量較多而配置了兩臺APM和一臺LM，并配置一臺UXS、三臺US，便于工藝人員同時(shí)操作；硫酸車間配置了一臺UXS、一臺US和一臺APM；制氧站則配置了兩臺US和一臺APM。
各個(gè)區(qū)域通過光纜相互進(jìn)行通訊和交換數(shù)據(jù)，各區(qū)域之間可相互監(jiān)視，必要時(shí)還可以跨區(qū)域操作，任何一臺US操作站都可對各區(qū)域進(jìn)行組態(tài)、修改程序和監(jiān)控工藝流程等等。兩臺UXS通過90FS模件與上位機(jī)（即ALPHA機(jī)）相連，辦公室管理人員可通過PC機(jī)同時(shí)能打開8幅流程圖畫面，便以各個(gè)部門管理和監(jiān)視；在電控中心（即電儀樓）還配置一臺UWS，以便于維護(hù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程修改組態(tài)和監(jiān)視。各區(qū)域還可以通過EPLCG、PLNM分別和PLC、上位機(jī)進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)交換。上位機(jī)通過PLNM，可實(shí)現(xiàn)對閃速爐的數(shù)模控制。通過EPLCG可實(shí)現(xiàn)閃速爐、硫酸、制氧的DCS和轉(zhuǎn)爐、陽極爐PLC之間的數(shù)據(jù)交換。
有點(diǎn)美中不足的是該系統(tǒng)只支持臺灣的繁體漢字系統(tǒng)，但所有流程圖、點(diǎn)的描述、報(bào)表等等，均可以用中文進(jìn)行描述。
（二）、軟件組態(tài)
TDC3000系統(tǒng)的軟件組態(tài)主要包括NCF、建點(diǎn)、制作流程圖、報(bào)表、按鈕、歷史數(shù)據(jù)庫和區(qū)域數(shù)據(jù)庫等方面的組態(tài)工作，具體說明如下：
1．NCF組態(tài)
NCF（Network Configuration File）組態(tài)包含了LCN上所有節(jié)點(diǎn)的信息。在系統(tǒng)組態(tài)時(shí)必須先對NCF進(jìn)行組態(tài)，即對系統(tǒng)如何進(jìn)行配置，包括：區(qū)域劃分，單元劃分，節(jié)點(diǎn)分配，硬盤分配等等。
Ÿ 區(qū)域（AREA）劃分
全廠TDC3000系統(tǒng)共設(shè)置為三個(gè)區(qū)域
AREA 01 閃速爐區(qū)域
AREA 02 硫酸車間域
AREA 03 &nbs
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