1 引言

电解是铜冶炼生产的的最后一个重要环节，其主控设备是直流电源系统。包括电解整流直流电源的输出，直流大母线的短路开关，各类生产液位槽、循环槽、酸泵、换热器、地坑泵等。这些设备的电气控制水平直接影响到各项技术经济指标以及安全生产。目前，我国大多数冶炼厂电解系统仍采用继电器控制方式，手动操作、人工抄表，劳动强度大，极易误操作，控制精度低。

江西铜业公司贵溪冶炼厂在二期扩建改造中，采用了罗克韦尔AB新一代ControlLogix系统对电解车间进行了全面的自动化改造。项目由南昌有色冶金设计研究院设计，金昌电气仪表系统有限公司完成系统集成、工程安装和调试投运。整个工程于2000年5 月竣工。运行证明，控制系统安全可靠，操作灵活，其装备水平及技术经济指标均有显著改善和新的提高。

2 工艺特点及系统要求

来自冶炼厂熔炼车间的合格阳极板，经过车间内整形、铣耳、整平、酸洗后，用专用吊车送至种板槽、生产槽、试验槽。工艺过程为大电流电解。电流密度为240A/m，阳极作业周期24天，阴极作业周期12天。生产槽用可控硅整流器采用周期反向操作，有利于保证电解铜的质量。全车间分为电解、净液两个生产区域，由专用设备供电。还配置了处理阳极板自动化程度较高的专用联动机组和电解专用吊车。整个车间电气设备近80台套，状态量输入350个、输出150个，电量采集数近200个。要求自动化系统实现集中监控，所有设备均能现场手动和中央控制，现场人员可随时根据设备运行状况进行紧急操作，中控室可根据监控信号作出相应处理。整流系统的电参量集中显示、越限报警设定功能，以保证操作准确性和安全性。

3 系统结构

系统由数据采集、基础控制和监控管理系统组成。

其自动化网络配置如图1所示。

3.1 电参量数据采集

电解整流电源系统的电参量采集采用AB的专用电力监控模块 PowermonitorⅡ完成。PMⅡ是一种基于监测和控制设备的微处理器，采用了电压、电流、状态输入以及继电器接点，提供监测和控制信息。其安装方便，可取代传统机电计量仪表，实现多种实时参数的精密测量。将PT、CT信号接入PMⅡ的直接交流采样，提高了系统可靠性，避免了多级转换造成的精度丢失，以及常规仪表带来的功耗。10.8KHz连续高速采样，在50Hz和所有运行条件下，每个循环采样216个点，在41次谐波准确度达±5%。

PMⅡ还能显示准确的谐波失真信息。七通道同时二周波录波，提供中断的故障检测和高准确分辨率(0.1ms)的快速事件记录。本系统可以监测、捕捉三相电压、电流、接地电流或中性电流等20类电量波形和实时数据，对供电质量进行分析、诊断。

为组态、监控PMⅡ的RSPower软件，可以图形方式显示一个系统及其组件，并在同一屏幕上提供实时数据和图形。频谱分析、越限设定、录波、登陆及趋势图均能方便地进行组态。

3.2 基础控制

基础控制系统由两套整流PLC、一套净液PLC组成。PLC选用罗克韦尔AB的ControlLogix5000系统,并配置了ControlNet、 Devicenet主干网络和FlexI/O。

直流大母线短路开关和隔离刀闸状态的监控，以控制集中、故障分散、最大限度地缩小事故范围为基本原则。隔离刀闸状态量就近进入整流、净液PLC或FlexI/O，根据设备分布情况设置了独立的短路开关PLC+Flex I/O组。

处理器采用的Logix5550，是32位总线控制器。其控制能力可达25000个数字量、4000个模拟量，不仅能组态控制本地框架输入输出模块，还能组态控制网络上其他远程框架的输入输出模块。

与传统PLC不同，ControlLogix背板设计中就有了通信能力，从而大大提高了PLC的通信性能。多任务控制模式使回路调节的实时性更强，I/O通讯速度更快。

3.3 操作监控管理系统

采用了3台工业计算机配有罗克韦尔AB的20寸工业显示器，组成中央控制操作站。内置1784-KTCX卡，编程软件为Rslogix5000, 画面监控软件RSViewTM32, RSlinx作为与PLC进行通讯的驱动软件,网络组态软件RSNetworx。

操作站配有标准以态网卡，可接入工厂信息管理系统网络，实现管理级的数据共享。

系统的基本功能有：

电解工艺流程图画面显示;

数据采集，实时数据显示，越限设定;

历史趋势图;

事故报警及报表打印功能;

基于PMⅡ的负荷预测，实时波形显示，故障录波和谐波分析;

隔离刀闸的状态显示和控制;

短路开关的状态和控制;

整流器的电参量显示和控制。

4 系统网络特点

从图1可以看出，系统采用了主干线ControlNet，作为PLC和操作员工作站的高速数据通道，控制设备和PMⅡ通过DeviceNet实现与PLC的数据交换。FlexI/O分布于各现场，完成信号的采集和控制。系统简捷、高效，考虑了电解车间的强腐蚀环境。

4.1 ControlNet通讯网

ControlNet网是一个开放的高速确定性网络，它用于传输对时间有苛刻要求的信息，通信速率可达 5Mbps。提供实时的控制和对等的通讯服务。ControlNet融合了现有的远程I/O和DH+网的性能，对于离散和连续过程控制应用均具有确定性和可重复性功能，用户可自行设定网络交换时间，达毫秒级，从而大大改善了网络控制的实时性和快速性。采用生产者/客户方式，将传统网络针对不同站点需多次发送改为一次发送多点共享，减小了网络发送次数，从而使网络实时、高效。

ControlNet网络的配置特点是，无论CPU框架还是远程扩展框架均由通讯模块(CNB)挂在 ControlNet网络上，然后由软件进行管理模块的归属，从而使网络的扩展和走线十分灵活。系统还可以用以太网通讯模块作网桥，实现对工厂以太网的连接，真正实现系统的管控一体化。

4.2 DeviceNet网络

DeviceNet是罗克韦尔AB开发的基于CANBUS技术的一种现场总线，用于实现低成本、高性能的设备层网络互连。

DeviceNet用于现场设备与PLC之间的通讯网络，传输速率为125～500Kbps，传输最大距离500m，最多节点数为63个，允许在线组态和带电插拔。

DeviceNet支持主从、多主和对等通信，用户的PLC应用程序和PC数据可以通过DeviceNet实现设备的有效控制。DeviceNet使用RSNetwork软件进行网络管理和组态。可以任选几种专门定义的组态、打印数据表格、参数对象程序和电子表格等。

DeviceNet网络结构简单，实时性强，通信模式先进，支持多种通信协议，可根据应用需求动态或静态分配标识符，在线增减节点，即插即用，是一种理想的设备层现场总线网络。

5 总结

电解工艺自动化控制系统区别于传统PLC，数据采集量大，系统集成度高，组网灵活，管理能力强。电气、仪表专业界线明确，易于车间的设备管理与维护。

专用电力监控单元具有强大的电量数据采集和分析能力。而传统的电量变送器检测参数单一，需软件进行大量运算，可靠性差，二次开发工作量大。

ControlLogix系统具有很强的抗干扰能力，适合电解车间强磁干扰、高腐蚀环境，运行安全、可靠。

网络分布式控制较点对点监控节省了大量的硬接线和工程投资。