智能MCC在FCS中的应用

智能MCC在FCS中的应用【摘要】随着现现场总线技术术和通信技术发展展，并渗透到到自动化控制制领域，改变变了传统控制制系统架构，使使得工业控制制技术欣然由由自动化向智智能化强渡，……，就MCC而言，在传传统的MCC中植入智能能热继电器，变变频器、软启启动器中插接接通讯模块，进进线断路器内内嵌入智能元元件，现场操操作箱设置现现场远程I/O等手段来融融接现场总线线技术，从而而实现传统MCC顺利向智能MCC技术交接。【关键词】现场场总线、FCCS、智能MCC、智能热继继电器、PRROFIBUUS概述随着现场总线技技术和通信技术发展展，并渗透到到自动化控制制领域，改变变了传统控制制系统架构，使使得工业控制制技术欣然由由自动化向智智能化强渡，同同时世界各国国自动化产品品厂商为顺应应自动化技术术的变革，纷纷纷研发出各各自的智能化化产品，为现现场总线技术术和通信技术向控控制技术渗透透提供了丰富富的物质支持持（包括硬件件和软件）。就MCC而言，在传统的MCC中植入智能热继电器，变频器、软启动器中插接通讯模块，进线断路器内嵌入智能元件，现场操作箱设置现场远程I/O等手段来融接现场总线技术，从而实现传统MCC顺利向智能MCC技术交接，使智能MCC成为一个设备级的自动化控制系统。系统架构智能MCC在结结构形式上与与传统MCC基本上没什什么区别，可可选择抽屉式式或控制柜底底板安装，主主要区别在于于元器件配置置、系统控制制内核和系统统架构上，如如图1所示典型的的智能MCC系统应用于FCS的系统结构构图。智能MCC进线智能热变频器软启动器断路器继电器智能MCC进线智能热变频器软启动器断路器继电器控制器控制级现场级PROFIBUS-DP工业以太网管理级连接现场智能仪器仪表现场I/O控制器现场操作箱图1：系统结构图以太网从系统结构图中中可看出，在在整个系统中中，智能MCC只是作为系系统的设备级级实施对象控控制的一个控控制单元，与与控制器之间间通过现场总总线进行数据据和信息的传传输和交换，对对受控设备进进行实时控制制和监视，从从而实现系统统的网络控制制和网络管理理，使现场设设备运行在最最优状态。而而传统MCC只能对受控控设备进行控控制，不能实实施管理。系统性能特点系统的开放性、互操作性、互互换性、可集集成性强。智能MCC是在现场总总线技术平台台上对受控设设备进行控制制，而现场总总线通讯协议议的公开化，决决定了系统的的开放性。各各自动化产品品生产商在公公开性和一致致性的总线标标准基础上研研发出各自的的产品，并在在产品中注入入各自专长的技术要素素，如把控制算法、工工艺流程、配配方等集成到到通用系统中中去。这样，不不同厂家的设设备之间可实实现无障碍地地互连并进行行信息交换，使使得各类设备备之间具有良良好的互操作作性和互换性性，为系统集集成和系统优优化提供更多多的选择。系统搭接简洁，规规范，易于维维护。现场操操作箱内设置置现场远程I/O，通过现场场总线传输现现场指令和状状态，省略了了大量的现场场控制电缆，特特别是对于连连锁控制较复复杂的系统，省省略了大量错错综复杂的设设备之间的连连线，使得整整个系统变得得非常简洁，易易于维护，另另外，现场智能设备可完成远程参参数设定和修改等参数数化工作，也也增强了系统统的可维护性性。控制系统统的主回路设设备配置可实实现标准化，使使得系统原理理图模型化，为为系统设计、安安装、调试、应应用和维护减减少大量的重重复性劳动，提提高工作效率率。系统现场适应性性强。智能MCC系统设备较较强的互换性性增强了系统统的适应性，使使得其在大大大小小的系统统中运用自如如。现场总线线可支持双绞绞线、同轴电电缆、光缆、射射频、红外线线、电力线等等，具有较强强的抗干扰能能力，能适应应各种工矿环环境工作。系统准确性和可可靠性。数字字化智能MCC嵌入现场总线线控制系统具有有在线故障诊诊断、报警、记记录功能，从根本上提提高了测量与与控制的准确确度，减少了了传送误差。同同时，由于系系统结构简洁洁，连线减少少，系统智能能设备内部处理功能加强强，大大减少了了系统故障点点和信号的往往返传输，提提高了系统可可靠性。系统扩展性好，系系统资源利用用率高。变频频器、软启动动器、进线断断路器等设备备本身已可完完成自动控制制的基本功能能，使得现场场总线已构成成一种新的全全分布式控制制系统的体系系结构，具有有高度分散性性和可扩展性性，同时，通通过建立友好好的系统通信信界面，与控控制层或管理理层网络连接接，实时采集集、分析和处处理现场信息息，随时诊断断设备的运行行状态，优化化现场设备的的控制，实现现系统设备的的网络管理和和网络控制，使使整个系统设设备一直运行行在最优节能能状态，延长长了设备的使使用寿命，使使得系统节约约能源的同时时也充分利用用了设备的有有限资源。系统性价比好。智能MCC系统融入现场总线控制系统后，使得系统结构简洁，生产成本大大降低，而系统功能大大加强，具有较高的性价比。系统应用及配置置随着智能MCCC在现场总线线控制系统中中应用推广，其其优越的性能能特点逐渐被被用户热捧，并并主导自动化化控制技术的的潮流。下面面是该系统在在某铜矿湿法法提铜厂的应应用实例。4．1项目简介介湿法提铜即生物物堆浸湿法提提铜技术在冶冶炼铜中的应应用，特别对对于从同类矿矿床或品位低低、较难提取取的矿床中提提炼铜有显著著的效益。湿湿法提铜工艺艺由采矿、碎碎矿、生物堆堆浸、萃取、电电积等主要工工艺组成，其其中生物堆浸浸、萃取、电电积工艺外加加环保工艺控控制系统由我我公司承建，基基于该项目是是国家“十五”科技攻关项项目，具有行行业示范作用用，同时该项项目规模较大大（占地面积积约4.5平方公里），现现场仪器仪表表设备繁杂且且分布面积广广，非常适合合运用现场总总线控制系统统进行系统控控制，驱动控控制单元选用用智能MCC。根据工艺需要，该该系统分为三三个控制站：：喷淋控制站站（生物堆浸浸）、电积萃萃取控制站和和环保控制站站，三个控制制站之间距离离较远。控制设备：266台搅拌机，95台风机和输输送泵，遍及及全厂的智能能仪器仪表，其其它的辅助设设备。4．2系统结构构图根据系统控制工工艺要求及系系统特点搭建建系统架构，设设计系统控制制原理图，按按系统各工艺艺单元的功能能特点和控制制要求进行系系统分解，对对分解后的控控制单元进行行针对性设计计。如上述，本本系统可分解解为电积萃取取、环保和喷喷淋三个控制制子系统，每每个控制系统统均由控制器器、智能MCC、现场操作作箱和现场智智能设备组成成，现场设备备与控制器之之间建立PROFIIBUS-DDP现场总线，传传输数据和交交换信息，三三个子系统的的控制器通过过PROFIIBUS总线与管理理级上位机连连接，实现系系统的网络管管理和网络控控制。系统结结构图如图2。工厂管网智能MCC现场工厂管网智能MCC现场操作箱现场智能仪器仪表环保系统PROFIBUS-DPPROFIBUS图2：冶炼铜控制系统结构图控制器智能MCC现场操作箱现场智能仪器仪表喷淋系统控制器智能MCC现场操作箱现场智能仪器仪表电机萃取系统控制器4．3智能MCCC系统配置工作站、控制器器和软件配置置整个系统配置基基本上选用目目前市场上性性价比较好的的SIEMEENS设备，控制制器选用S7-4000系列产品，总总线协议采用用PROFIIBUS标准协议。工作站选用工控控机，完成对对控制系统生生产线操作、监监控、报表、编编程等工作。软软件主要包括括操作系统软软件和组态工工具软件，操操作系统采用用Windoows20000，组态工具具软件采用SSIMATIIC程序管理理器，现场设设备驱动软件件。SIMATICC程序管理器器采用了现代代化的软件体体系结构，对对项目进行管管理、处理、归归档和建立文文件，在软件件开发方面，采采用了面向对对象的技术。在在项目管理上上，以系统硬硬件和工艺过过程两个不同同的视角，同同时进行管理理。这两个视视角在程序管管理器中分别别称为标准分分级（StaandarddHierrarchyy）和工艺分分级（PlaantHiierarcchy）。其其中，标准分分级主要管理理系统的硬件件，如控制器器、系统总线线、I/O系统等等；工艺分级级主要管理工工艺过程，它它将整个工厂厂按工艺过程程的要求，分分为各个子系系统，然后将将各子系统映映射到控制器器上。与传统统DCS系统相相比组态直接接面向工艺过过程。在SIIMATICC程序管理器器下，有多种种组态工具可可以使用，无无论采用何种种组态工具，生生成的组态数数据都自动存存到一个同一一的数据库中中。这些组态态工具是：CCFC（连续续功能图）、SFC（顺序功能图）、STEP7（SIMATICS7系列PLC编程语言）、SCL（结构化的控制语言）和WinCC（SIMATIC视窗控制中心）等。智能MCC控制制柜配置智能MCC控制制柜选用SIEMEENS公司推出的的采用模块化化技术的SIVACCON抽屉式控制制柜，控制柜柜内配置具有有通讯功能的的3WL系列的进线线断路器、3UF5系列智能热热继电器和带带通讯模块的的MM4系列的变频频器对系统进进行控制。特别值得一提是是智能MCC中3UF5系列智能热热继电器在总总线控制系统统中的应用，对对系统架构的的简化起着无无以替代的作作用。3UF5系列智能热热继电器是一一种基于微处处理器的多功功能固态继电电器，除了具具有环境温度度补偿保护功功能外，还具具有其他的先先进功能，如如报警诊断、变变频、电流测测量、I/O性能和直接PROFIIBUS－DP网络连接。另另外，还具有有附加的零序序接地故障保保护功能、正正温度系数PTC热敏电阻输输入端子以及及附加的I/O性能。3UF5系列智能热热继电器实时时采集运行电电机的相关参参数，并作基基本的数据分分析进行状态态诊断，根据据诊断结果作作相应的处理理以避免电机机在非正常情情况下连续运运行，保护电电机，同时，通通过PROFIIBUS－DP现场总线实实时上传电机机运行的状态态信息，对运运行电机进行行网络管理和和网络控制，以以保证电机运运行在最优化化状态。对3UF5系列列智能热继电电器系统对参参数进行初始始化、实现网网络控制和网网络管理时，需需要配置Win-SSIMOCOODE-DPP/Proffessioonal软件来驱动动。现场操作箱配置置按国家现行的有有关设计规范范，对电动机机控制应至少少设置现场机机旁和远程两两种控制模式式，现场操作作箱的设置实实现设备现场场控制。现场场操作箱面板板设置按钮、指指示灯等执行行元件和状态态元件，操作作箱内配置SIEMEENS公司生产的ET2000L系列现场I/O，可驳接到PROFIIBUS-DDP总线上。如如果I/O点不够用，可可选择可扩展展的ET2000L-SC现场I/O。现场智能仪器仪仪表配置根据整个系统的的工艺要求，现现场需要配置置一定数量的的仪器仪表和和传感器，这这些现场设备备有机械式或或非智能型的的，其状态信信号直接接入入现场操作箱箱内的现场I/O，也有智能能型的，挂接接在PROFIIBUS-DDP总线上传输输和交换现场场数据和状态态信息。网络连接及电缆缆敷设根据现场的工矿矿条件和现场场设备布置情情况，并遵循循网络通信电电缆敷设路径径尽可能短的的原则，设计计系统最优网网络拓扑结构构图，网络连连接按设计图图纸执行。网网络介质材料料主要包括通通信电缆、分分支器、终端端等材料，可可根据系统大大小及通讯距距离的长短选选择合适的相相关产品。系统投资比较5.1节约系统统投资成本智能MCC应用用于现场总线线控制系统中中，在系统搭搭建过程中，现现场智能仪器器仪表设备强强大的自治功功能，省略了了相当数量的的变送器和独独立的控制器器及计算单元元；传输信息息的数字化，省省略了模拟信信号传输中信信号调理、转转换、隔离技技术等功能单单元及其复杂杂接线；现场场操作箱内设设置现场远程程I/O，省略了实实现“现场/远程”两地控制的的大量控制电电缆；另外，可以用工控PC机作为操作站。这样，为用户节约了大笔工程前期投资成本。5.2节约工工程成本省略了大量控制制电缆的同时时，也大大减减少了端子、槽槽盒、桥架等等辅助材料的的投入，减少少了工程量，加加快了工程进进度；系统的的模型化和标标准化，为系系统设计、安安装和调试减减少大量的重重复性劳动；；将来对系统统进行扩展或或新增测控设设备时，只要要在原有的现场总总线上就近挂挂载就可以了了，省去了增增设新电缆的的麻烦。据有关典型型试验工程的的测算资料，可可节约安装费费用60％以上。5.3节约维护护成本由于智能热继电电器、变频器器、软启动器器等现场级智智能设备，具具有自诊断与与简单故障处处理的能力，并并通过现场总总线将相关信信息进行上传传，用户可以以查询所有运运行设备的诊诊断维护信息息，实现数字字化预防性维维护及定点维维修，以便减少故障障停机次数和和故障停机时时间；电缆数数量大大减少少，故障点也也大大减少，既既节约了系统统的维护成本本，又提高了了系统设备利利用率。5.4提高企业业经济效益属系统本身性能能特点决定，系系统投入成本本降低了，而而系统功能加加强了，尤其其是“定点维护，减减少故障停机机时间”，使得企业业生产效率提提高，正负反反差对比，大大大提高了该该系统的性价价比，满足了了企业追求“在有限的资资源上实现利利润最大化”的目标。结束语现场总线技术以以其先进性、