基于现场总线的铅锌烟气治理信息化管理系统
0 引言
铅 、锌冶炼企业的烟气治理一直是伴随着生产的一个难点问题。烟气治理生产线设备多、水平不一、分布广，无法协调生产控制，从而会使生产波动而造成烟气制酸效率低，甚至无法完成烟气彻底治理，影响铅、锌冶炼的正常生产。
湖南株洲冶炼集团现有铅冶炼和锌冶炼两条生产线铅冶炼通过烧结工艺生成粗铅，锌冶炼通过焙烧沸腾炉生成粗锌，烟气治理使用WSA湿法制酸和外供化工厂制酸两套烟气处理系统，共五个工序四个控制区域，其烟气治理流程如图1所示。
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由于WSA制酸工序对过程测量控制的稳定性、可靠性要求很高，而且工艺参数的相关性扰动和环保问题使得手动操作和简单自动控制不可能或难以满足工艺要求。为此，我们采用现场总线控制系统(FCS)，实现了全流程管控一体化和信息化管理，保证了排放烟气的S02含量远低于国家环保规定的标准，从而从根本上解决了铅锌冶炼烟气的环境污染，并能保证铅、锌冶炼系统的稳定高效运行，创造最大的经济效益。
1 现场总线系统
针对本项目的监控系统配置，经对各现场总线标准系统结构和对象需求的分析和比较，选用Profibus-DP总线和FF(HI)总线相结合组成烟气治理信息化管理系统。由于FF(H])总线的产品相对较多，可选择的余地较大，所以在系统中选用FF现场总线仪表。就电气设备而言，基于Profibus一DP总线和DeviceNet 总线的产品相刘较多，考虑到Profibus一DP总线上不仅可挂分散v0和智能电气设备，而且能挂从站型的 PLC，给系统的配置带来了更大的灵活性，为此选择 Profibus一DP总线作为电气设备控制总线。
将具有较复杂运算要求的模拟量监控和与工艺有关的状态信号控制，由FF(Hl)总线来实现。对具有强联锁关系的电气设备控制，出于速度和可靠性考虑，同时考虑到PLC控制软件的价格远低于FCS控制软件，选择PLC进行控制。在监控中将回路控制功能尽可能地分配到总线设备上，对总线输出设备(即阀门定位器)或总线输人设备(即变送器)分配PID功能，使得控制真正分散，以达到降低风险的目的。对于少量分散的不具有总输人功能的设备，则选择第二方厂家的具有FF(Hl)总线接口的分散UO来进行数据采集或通过Profibus一DP总线上PLC的分散v0来进行数据采集。系统结构图如图2所示。
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2 生产优化调度技术
铅锌烟气治理信息化管理与控制系统优化的目标是:优化锌烟气与铅烟气的配比关系，确保混合烟气中 so,浓度在2.5% 一3%左右;优化外送处理的锌烟气与株冶内部处理的锌烟气之间的配比关系，保证铅烟气制酸生产线的生产平衡与协调;优化铅烟气处理生产线、锌烟气处理生产线的生产过程控制和生产原料控制，保证这两条烟气处理生产线的生产平衡与协调。
由于存在两条烟气治理生产线，自动化程度很高，因此除了有计划的大修之外，一般是不能停止运行的。
为了对生产过程及产品质量进行控制，建立过程模型是必不可少的。根据生产作业计划中提供的任务数据建立生产线计划，并对生产中的扰动及时进行动态调度来调整生产线计划，同时对生产线计划和调整情况进行动态监控和反馈。其过程模型如图3所示。
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从以上的研究来看，由于铅、锌产量和生产计划不一样，铅锌配料、烧结机、焙烧沸腾炉的控制以及烟气治理也随之而波动。并且各个因素之间相互影响、互相联锁，仅仅依靠简单的手动和单参数、单回路控制管理系统无法保证生产的连续。对于株冶来说，下游企业的柔性对企业的计划产量造成的影响在于:企业必须选择一个在已知的需求波动下最为合理的产量。为了达到理想的优化口标，需要采取一定的优化算法。算法的核心思想是把锌烟气产量作为中心变量，用中心变量的数值变化来模拟生产现场的生产扰动和波动，并根据这个变化来调整锌、铅的计划产量。
3 信息化管理系统
烟气治理信息化管理系统是基于C/S模式搭建的。信息系统开发工具选用的是Borland公司的企业级开发工具C++ Builder。它在数据库系统开发方面有着出色的表现，并可以创建基于C/S模式的应用程序。目前，Oracle是应用最广泛的大型网络数据库之一，它提供了很好的安全机制，而且在不断改进和升级。因此在开发本信息化管理系统时，选用了Oracle 8。
对于株冶集团来说，建立铅锌烟气治理信息化管理与控制系统有助于妥善解决困扰已久的环境污染问题，并能提高生产效率。由于该系统包含各个子系统，所以烟气治理信息化管理系统必须充分利川其他各个子控制系统的共享数据，以达到决策充分准确和全面的效果。为此，在开发本系统的过程中采取了COM/ DCOM组件技术。系统的功能结构图如图4所示。
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本系统主要分为三个模块:基础数据管理模块，主要包括产品信息等;信息化管理模块，包括物料和生产工单管理信息等，它是系统的核心模块;在系统管理方面，根据不同的用户有不同的授权这一思想，设立了用户管理、密码管理等功能的模块。
3.1 基础数据管理模块
该模块对与生产有关的基础性数据进行维护，如产品信息、工艺信息、设备信息。基础数据的正确性是生产计划准确实施和生产优化调度的前提。
3.2 信息化管理模块
信息化管理模块包括物料信息管理、生产工单管理、优化算法管理、底层设备接口管理等4部分。
物料信息管理描述了生产所需要的原料信息，在生产波动的时候可以迅速调整原料的配料工序，以保证生产的连续和平衡。生产工单是车间作业的详细计划，是生产有序完成的重要保证，也是生产过程优化调度的表现形式，进行严格而科学的生产〔单管理是进行生产调度优化的前提。优化算法管理包括波动模拟算法和生产过程优化调度算法。底层设备接口管理是本系统和仪器仪表、控制电器、关键设备网络化信息管理与控制子系统通信的桥梁，它将本系统产生的调度指令传输给底层的机械、电气设备执行相应的生产操作。
3.3 系统管理
系统管理模块包括添加用户、修改密码、删除用户、用户授权等功能。因为分权限的用户管理是现代信息管理系统的一贯做法，对于增强企业的权责分工明确有很大的推动作用。
4 系统软件设计
本信息化管理系统软件除了完成常规的自动控制外，还采用了以下的创新内容:信息集成方面，将工厂信息和设备过程信息完全集成为一个完整的数据库，并提供OPC接口;通过标准的以太网通信，可以使各工段、全厂及企业管理层在网络上共享所有信息与数据;软件结构采用以太网Ethernet结构和数据库、通信协议等标准，构成开放式的监控网络系统;软件采用模块化和结构化的设计形式，结构清晰，维护方便。
现场总现控制系统的管理软件采用了基于DeltaV 的浏览器软件、控制室监控软件、诊断软件、历史趋势分析软件、历史事件记录软件、AMS设备管理软件以及 sylecth report manager报表软件等。软件设计开发不局限于用系统取代二次仪表，而是充分利用功能块的强大运算和先进控制功能。软件画面精细，功能齐备，信息量大，人机界面友好，能实时显示工艺流程图、分组控制图、全貌图、报警一览表及历史趋势图等。
应用软件之间的数据和信息交换以及计算机内部应用程序对现场信息的共享，都是通过一台OPC服务器实现的。OPC技术提供了客户程序与服务程序进行交互的标准，从而实现了各应用软件的集成，提高了现场总现控制系统的互操作性和适应性。
DeltaV控 制系统是基于模块的控制系统，模块是其中最小的逻辑控制实体，包含了显示、历史趋势、报警、状态、算法和其它定义过程设备的特征。功能块是生成连续和离散算法的基本结构，而算法则执行过程控制和监控操作。
各级管理人员、技术人员、生产工人应用以现场为基础的Plant Web框架根据各自的职责分别在管理室、监控室、主控室完全了解现场设备状况，并可有针对性地在主控室校对现场设备，为设备故障的查找和维护节省了大量的时问。这对工艺危险度高、设备多而分散的制酸工艺来说其优越性非常明显，并可在DeltaV工作站上以图表方式显示出来。每个模块的异常状态存在时间在每个小时、班或日内的百分数被计算出来，并与先可设定的全局限值相比较，一旦某个限值被超越，其相关警告图就会在警告图表总貌图中被显示出来。我们在用户应用层采用自顶向下的方法对DeltaV系统软件进行开发，开发层次图如图5所示。
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5 结束语
整个烟气治理工程经过一年多的安装、调试于 2002年正式运行。其信息化管理系统的检测和控制的自动化技术水平达到了国际先进水平，制酸系统生产稳定,SO，的转化回收率> 99%，排放尾气中的S02 及SO。的含量均在100 ppm以下。
采用现场总线技术为基础的信息化管理系统，结合先进的系统软件，不但提高了系统的控制精度和灵活性，而且设备的维护工作量也大大减少。这套系统是目前我国规模较大、技术较先进的现场总线信息化管理系统，它为我国企业自动化装备向现场总线技术升级提供了宝贵的经验，其优势将在今后的运行与维护中越来越充分地体现出来。
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