1.项目概述
　　
　　云南驰宏锌锗股份有限公司曲靖有色基地项目是其主管云南冶金集团总公司为尽快把铅、锌矿产资源优势转化为经济优势，按照“分散采矿、定点选矿、集中冶炼”，提高产业集中度，提升工艺技术和装备水平的发展思路，把*工艺技术的引进与自有技术的研发应用相结合，把科技创新和管理创新相结合，形成新的环保节能生产工艺而实施的“十五”重点技改项目，项目总投资约20亿元。
　　
　　该项目由6万吨/年粗铅引进*环保节能技术改造工程、10万吨/年电铅易地技术改造工程、深部资源综合开发利用环保节能技术改造工程三个子项目组成。项目于2005年12月投产，目前已形成年产电铅10万吨、电锌10万吨、硫酸26万吨的生产能力，同时回收镉、铜、铋等有价金属和余热利用发电。
　　
　　中国有色工程设计总院承担了曲靖有色基地项目的总体设计及铅、锌冶炼工程的工程设计，其铅冶炼系统采用*的富氧顶吹熔炼技术，锌冶炼系统采用的109㎡大型沸腾焙烧炉和3.2㎡大型极板锌电解及自动剥锌生产线。同时承担了铅、锌冶炼项目中核心工艺部分的自动控制系统技术装备的集成和软件编程、调试工作。全厂DCS控制系统在其核心流程部分采用了*的现场总线控制系统，控制系统也于2005年12月顺利投产并通过验收。
　　
　　2.现场总线控制系统
　　
　　2.1仪表控制系统发展过程
　　
　　仪表控制系统在50年代后70年代初期，由于电子技术的迅速发展，工业自动化以电动单元组合仪表控制系统为主流。70年代，随着大规模集成电路问世，以微处理为基础的新型过程控制系统—分散控制系统DCS（DistributedControlSystem,）已经开始得到应用。近20多年，DCS系统硬件、系统软件及应用软件日趋完善，在各种生产过程控制领域占有极为重要的地位。
　　
　　现在发展应用的现场总线技术是数字化通讯网络技术，将具有不同地址编码的数字信号通过同一根电缆进行传输，实现现场智能仪表与主控系统之间的信息交换。现场总线系统由现场智能仪表、现场通讯总线和计算机接口三部分组成。现场智能仪表包括智能变送器、阀门执行器两大类，均可具有转换、PID调节、运算、自诊断等功能。
　　
　　2.2现场总线控制系统的优点
　　
　　由现场总线组成现场总线控制系统（FCS）有以下优点：
　　
　　（1）FCS信号传输实现了全数字化，从底层的现场智能仪表到通讯网络结构；
　　
　　（2）FCS实现了全分散化，可将DCS控制站I/O单元及功能块全部分散到各现场智能仪表；
　　
　　（3）FCS现场智能仪表按开放性设计。FCS实现了全开放性的网络标准，可以*实现网络中数据库中的资源共享。
　　
　　基金会现场总线（FF）和Profibus现场总线，是目前过程控制应用较多的两类现场总线。
　　
　　FF现场总线是一种双向数字通讯协议，用于现场仪表和控制系统之间的通讯，它是为过程控制设计的，*开放的控制系统，与传统的控制方案相比，安装现场总线可以减少硬件部件，简化布线结构，减少了I/O设备和降低了集中控制要求。采用现场总线的设备管理，无需派技术人员到那些噪音大、偏远和危险的地方，就可以维护现场设备，数字式阀门控制器能使阀门行程与稳定地操作。它的诊断维护功能，做到了预防或减少由阀门引起的突发性停车事故，大大延长了工厂装置的安全生产周期，提高了工厂装置的可利用率。
　　
　　Profibus也是一种应用广泛、开放的现场总线标准。Profibus-DP能用于高速时间要求的应用场合。ProfibusDP其设计特别适用于自动化系统与分散外围设备之间的通信。
　　
　　3.曲靖冶炼厂现场总线控制系统的构成
　　
　　曲靖有色基地冶炼厂控制系统包括有铅冶炼DCS、PLC控制系统、锌冶炼DCS、PLC控制系统、公用及辅助设施DCS、PLC控制系统等三大部分组成，共有11套DCS和30多套PLC及变频器控制系统组成，其中铅冶炼部分的DCS网络结构图见后附图1。
　　
　　在铅冶炼部分，包括有ISA炉及余热锅炉控制系统、鼓风炉、烟化炉控制系统，粉煤制备控制系统共5套DCS控制系统，其中铅冶炼部分的ISA炉及余热锅炉控制系统采用现场总线控制系统FCS，由工程师站，操作站，控制器及I/O接口、网络部分、打印机组成。
　　
　　ISA炉余热锅炉现场总线控制系统FCS为铅系统控制中心，其监控范围包括有与ISA炉熔炼控制系统的连接、ISA炉余热锅炉、ISA炉收尘系统、铅鼓风机房、铅循环水、柴油间、给水净化站及高位水池等流程，制氧站控制系统、铅鼓风机房控制系统分别考虑与本控制系统的通讯连接。
　　
　　3.1现场总线控制系统设计及选型
　　
　　FCS采用Emerson公司DeltaV系统，现场总线为采用基金会现场总线，，总线接口卡为H1卡，包括有15个总线段Segment，同时，为与风机所带的PLC通讯方便，带有ProfibusDP通讯卡。
　　
　　考虑到可靠性，本FCS系统控制器冗余，通讯网络冗余，电源模块冗余。
　　
　　工程师站及操作站的操作系统为WindowsXP，控制系统软件由Emerson提供。工程师站软件包括组态、工程、操作和通讯软件组，允许组态在线检查、工程组态和工艺操作之间作切换。操作员站软件包括操作和通讯软件组。Deltav系统内置有设备管理软件AMS，支持对基金会现场总线FF设备的组态，修改量程和远程诊断，并带OPC及PID回路自整定软件。
　　
　　3.2现场总线仪表的选型
　　
　　在本设计中，FF现场仪表的压力差压变送器采用Emerson公司的3051S系列压力差压变送器，温度变送器采用3244系列和848T8路温度变送器，控制阀门采用配套费希尔DVC500系列数字式阀门控制器，流量仪表根据被测介质不同，分别采用有Probar流量计，Micromotion质量流量计和87系列电磁流量计等。
　　
　　FF现场仪表通过H1卡与DeltaV系统相连，H1总线是一种31.25Kb/s低速控制网络。。一台H1卡可zui多连接32台FF总线仪表，H1分为2条网段与FF仪表相接，这样，每条网段可接16台仪表。采用#18AWG（0.8mm2）的屏蔽双绞线，每条网段zui大长度可达到1900m。
　　
　　FF仪表与支路相连接的方式有：
　　
　　（1）总线带分支结构；
　　
　　（2）树形结构；
　　
　　典型的HI支路连接参见附图2--ISA炉余热锅炉区域图。
　　
　　在本设计中，设计现场总线接线盒采用有MTL公司的接线盒，后在现场补充了部分P+F公司的总线接线盒。
　　
　　4.现场总线控制系统设计和投运总结
　　
　　4.1现场总线控制系统与常规工程设计的区别
　　
　　通过项目的现场总线的设计及生产实践，设计者认为与常规仪表工程设计的主要区别如下：
　　
　　（1）仪表规格表
　　
　　仪表规格表要考虑增加的功能如下：
　　
　　l功能块要求
　　
　　l诊断要求
　　
　　l实际功能块的功能
　　
　　lLAS功能
　　
　　链路活动调节器LAS是维持一个网段上设备正常运行控制程序，它按照规定的时间表周期性的传输设备中的控制指令。一个H1网段上只能有一个链路主设备执行LAS功能。
　　
　　由于在总线设计中，将PID功能块放到现场变送器或阀门中，所以，必须考虑现场总线仪表的实际功能块位置。
　　
　　（2）用区域图取代仪表回路图
　　
　　回路图表示每一根线缆和现场设备的连接，这种方式用于保证点到点接线的准确性。采用智能化无极性的设备及FF现场总线，这些回路图不再必要，用区域图可取代。在一个H1卡的区域图上，zui多可表示32台仪表的连接及电缆长度。一个调节回路的变送器及阀门位于一个支路上。另外，传统的DCSI/O分配列表，将被现场总线区域分配列表所取代。关于区域图，可参见下面典型的一个支路图，如图2。
　　
　　4．2FCS及现场仪表现场投运
　　
　　经过FCS项目设计、投产、运行几个阶段，我们认为FCS是以后控制系统的发展方向,并有如下优点：
　　
　　（1）采用现场总线设计，图纸量减少。
　　
　　采用区域图取代回路图，使仪表图数量大大减少。并且减少了端子分布及接线图，仪表外部管线连接系统图等。
　　
　　（2）节省了电缆及安装材料。
　　
　　采用H1总线，一个H1卡可zui多接32台FF仪表，大大降低了电缆的数量和类型，使电缆保护管和电缆桥架数量减少，同时安装费用减少。
　　
　　（3）减少了操作和维护费用。
　　
　　现场仪表的全数字、智能化以及AMS等设备管理软件的应用，大大减少了仪表标定，现场巡查，仪表故障诊断的时间和费用，仪表标定、管理文档的建立更准确迅速。
　　
　　（4）提高了工厂的安全性。
　　
　　采用智能仪表、设备管理软件等，使操作人员能及时获得仪表的故障预测、报警及故障处理及时准确、安全可靠，使工厂的非计划性停车时间减少，使生产效率大大提高。