【正文】 0 臺(tái) Shp3200 型強(qiáng)磁選機(jī)、 5 臺(tái) 50m 濃縮機(jī)， 18 臺(tái)過(guò)濾機(jī)以及配套的礦石輸送和動(dòng)力控制系統(tǒng)，形成了塊礦還原焙燒磁選和粉礦強(qiáng)磁選兩大生產(chǎn)工藝流程，設(shè)計(jì)年處理原礦 500萬(wàn)噸，生產(chǎn)精鐵 266 萬(wàn)噸。 本擴(kuò)能改造方案設(shè)計(jì)處理鐵礦石為 650 萬(wàn)噸，年生產(chǎn)鐵精礦為 333 萬(wàn)噸。增加的主要設(shè)備有： 4臺(tái) 100 立方米雙層燃燒室豎爐； 4 臺(tái)Φ 3235 球磨機(jī)； 9 臺(tái)Slon2021 型高梯度強(qiáng)磁選機(jī)； 6臺(tái)旋流器組； 2座 25米高效濃縮大井等。 圖 為酒鋼選礦廠(chǎng)的工藝流程圖： 圖 酒鋼選礦廠(chǎng)的工藝流程圖 球磨分級(jí)是 選礦工藝流程中能耗最高的環(huán)節(jié)，僅球磨機(jī)的能耗幾乎占選礦廠(chǎng)能耗的三分之一，而整個(gè)球磨分級(jí)要占全部能耗的一半，并且其隨即干擾因素眾多，各工藝參數(shù)之間的相關(guān)性很強(qiáng)，一個(gè)參數(shù)的變化會(huì)引起多個(gè)參數(shù)乃至整個(gè)過(guò)程發(fā)生變化。人工操作不易及時(shí)和準(zhǔn)確地判斷與調(diào)整各操作參數(shù)，加之 第 2 頁(yè) 工人經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心不同，就更難保障各工藝參數(shù)穩(wěn)定處于最佳值。 實(shí)現(xiàn)對(duì)球磨分級(jí)關(guān)鍵工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)控，不僅能減輕操作工的工作強(qiáng)度，減少事故發(fā)生率，更重要的是能穩(wěn)定和提高選別指標(biāo)，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 作者的主要工作 本次設(shè) 計(jì)分為四大部分： 豎爐焙燒，球磨機(jī)給礦，溢流濃度，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。我和王靜負(fù)責(zé)球磨機(jī)給礦部分，李永濤負(fù)責(zé)豎爐焙燒部分，王佳和孟天鑄負(fù)責(zé)溢流濃度部分，劉鑫負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)部分。 第 3 頁(yè) 2 球磨機(jī)給礦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 本課題的意義及主要內(nèi)容 在本課題選擇集散控制系統(tǒng)控制球磨機(jī)磨礦的生產(chǎn)過(guò)程。首先，因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)工藝的需要，集散式（ DCS）控制方案效果相對(duì)較好的一種，現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化控制方案。它具有良好的可操作性，可實(shí)現(xiàn)性和兼容性，對(duì)老設(shè)備的改造也簡(jiǎn)便易行，是一種容易實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。其次， 采用集散式（ DCS）控制方 案 可以分散由于 工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng) 局部某處的不可靠而造成的風(fēng)險(xiǎn)，從而使對(duì)整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成危害的概率大大的降低，加之近年來(lái)各種有關(guān)于集散控制（ DCS）系統(tǒng)所需的工控軟硬件技術(shù)業(yè)已不斷走向成熟，這也極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，了解和掌握集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 集散控制系統(tǒng) 概論 集散控制系統(tǒng) , 又名分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)發(fā)展?jié)B透產(chǎn)生。實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò) 程進(jìn)行集中監(jiān)視 ,操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。管理的集中性和控制的分散性構(gòu)成了集散系統(tǒng)的主體。它的結(jié)構(gòu)是一個(gè)分布式系統(tǒng) ,從邏輯結(jié)構(gòu)上講 ,是一個(gè)分支樹(shù)結(jié)構(gòu) ,與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的行政管理結(jié)構(gòu)相一致。 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分 :分為控制級(jí) ,控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí) ,各級(jí)既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。從功能上看 ,縱向分散意味著不同級(jí)的設(shè)備有不同的功能 。如實(shí)時(shí)控制 ,實(shí)時(shí)監(jiān)視和生產(chǎn)過(guò)程管理 。橫向分散則意味著同級(jí)上的設(shè)備有類(lèi)似的功能。 集散型控制系統(tǒng)由集中管理部分 ,分散控制監(jiān)測(cè)部分和通信部分組成。集中管理部分分為工程師站 ,操作站和管理 計(jì)算機(jī)。工程師站主要用于組態(tài)和維護(hù) ,操作站則用于監(jiān)視和操作 ,管理計(jì)算機(jī)用于全系統(tǒng)的信息管理和優(yōu)化控制。分散控制監(jiān)測(cè)部分按功分為操作站 ,監(jiān)測(cè)站或現(xiàn)場(chǎng)控制站 ,用于控制和監(jiān)測(cè)。通信部 第 4 頁(yè) 分連接集散型控制系統(tǒng)的各個(gè)分布系統(tǒng) ,完成數(shù)據(jù)指令及其它信息的傳遞。集散型控制系統(tǒng)采用模塊化 ,標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化設(shè)計(jì)由過(guò)程控制級(jí) , 控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)組成的一個(gè)以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的集中顯示。操作管理系統(tǒng) ,控制相對(duì)分散 , 具有靈活配置 , 組態(tài)方便的多級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 集散控制統(tǒng) (又稱(chēng)分布式計(jì)算機(jī)控制 統(tǒng) )(Distributed Control SystemDCS)最初產(chǎn)生子 70 年代中期，它是 4C 技術(shù)（即計(jì)算機(jī) Computer、控制技術(shù) Control、通信術(shù) Communication 和 CRT顯示技術(shù)）綜合的產(chǎn)物。它以微處理器為核心，把微機(jī)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、顯示操作部分、過(guò)程通道等按“分解”與“協(xié)調(diào)”的設(shè)計(jì)原則，合理地加以利用，使其在與其他控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較中顯示出很大優(yōu)點(diǎn)。 集散型控制系統(tǒng)是二十世紀(jì)七十年代末八十年代初發(fā)展較快的一種計(jì)算機(jī)儀表技術(shù)相結(jié)合的，以直接數(shù)字控制為基本功能的新型控制裝置。 如在 1975 年，美國(guó)最大的儀表公司霍尼維爾 (HONEYWELL)首先研制出集中分散控制系統(tǒng)，C2021(TotalDisrribvtedContol2021)，同一年日本的東芝公司、日立公司和橫河公司都相繼推出它們的第一代集散系統(tǒng)，我國(guó)最先引進(jìn)的除 TDC2021之外，在石油化工系統(tǒng)引進(jìn)較多的就是日本橫河的 CENTUM 系統(tǒng)。 二十世紀(jì)七十年代末八十年代初計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步促使集散系統(tǒng)發(fā)展為第二代產(chǎn)品。它應(yīng)用了局部網(wǎng)絡(luò) LAN: (Local AreaNetwork)，這便于多個(gè)計(jì)算機(jī)互連，便于資源共享、 分布控制、信道復(fù)用。第二代產(chǎn)品的代表有霍尼維爾的 TDC3000和橫河的新型 CENTUM系統(tǒng) .但這為大型工廠(chǎng)的管理與控制一體化需要標(biāo)準(zhǔn)化通訊系統(tǒng)發(fā)生了矛盾。為此產(chǎn)生了第三代產(chǎn)品。 八十年末，第三代集散系統(tǒng)的局部網(wǎng)絡(luò)采用 MAP 協(xié)議或與 MAP 兼容的協(xié)議 .近來(lái)，由于 4C 技術(shù)呈現(xiàn)加速度發(fā)展之勢(shì)，新技術(shù)出現(xiàn)至投入實(shí)際應(yīng)用周期縮短，使以 4C 技術(shù)為依托的 DCS 系統(tǒng)發(fā)展更為迅猛，新產(chǎn)品層出不窮。 集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 集散控制系統(tǒng)的“集”是對(duì)信息管理而言，“散”是對(duì)控制功能而言， DCS系統(tǒng)既可實(shí)現(xiàn)分散控制，又 可實(shí)現(xiàn)集中管理，目前層次化己成為 DCS 系統(tǒng)的特 第 5 頁(yè) 點(diǎn)，使之體現(xiàn)集中操作管理、分散控制的思想 .DCS 系統(tǒng)的層次可分成四級(jí)。 （ 1）直接控制級(jí) (過(guò)程控制級(jí) )。在這一級(jí)上，過(guò)程控制級(jí)計(jì)算機(jī)直接與現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)裝置相連 (如檢測(cè)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等 )，對(duì)控制對(duì)象實(shí)施監(jiān)測(cè)、連續(xù)控制和批量控制。同時(shí)它向上與第二層的計(jì)算機(jī)相連、接收上層的控制和管理信息，并向上傳遞控制裝置的特性信息和采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。過(guò)程控制級(jí)是 DCS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其主要功能包括 :過(guò)程數(shù)據(jù)采集、直接數(shù)字的過(guò)程控制、設(shè)備監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)的測(cè)試診斷和實(shí)施安全性的措施。 （ 2）過(guò)程管 理級(jí)。在這一級(jí)上的過(guò)程管理計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程主要信息、模擬化集中顯示、控制回路組態(tài)和參數(shù)修改、生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化處理、運(yùn)行報(bào)告、趨勢(shì)圖顯示等。還能實(shí)現(xiàn)單元內(nèi)的整體優(yōu)化，并對(duì)下層產(chǎn)生命令，在這一層主要的功能有優(yōu)化過(guò)程控制、自適應(yīng)回路控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬畫(huà)面集中監(jiān)視。 （ 3）生產(chǎn)管理級(jí)。在這一級(jí)上管理計(jì)算機(jī)根據(jù)產(chǎn)品各部件的特點(diǎn)、協(xié)調(diào)各單元級(jí)的參數(shù)設(shè)定，是產(chǎn)品的總體的協(xié)調(diào)員。它能根據(jù)用戶(hù)的訂貨情況、庫(kù)存情況、能源情況來(lái)規(guī)劃各單元中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模。并且可使產(chǎn)品重新計(jì)劃，隨時(shí)更改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)是工廠(chǎng)自動(dòng)化系 統(tǒng)高層所需求的。有了產(chǎn)品重新組織和柔性制造的功能就可以應(yīng)付由于用戶(hù)訂貨變化所造成不可預(yù)測(cè)的事件 .由此，一些較復(fù)雜的工廠(chǎng)在這一控制層就實(shí)施了協(xié)調(diào)策略。此外，對(duì)于全廠(chǎng)生產(chǎn)和產(chǎn)品監(jiān)視，以及產(chǎn)品報(bào)告也都在這一層來(lái)實(shí)現(xiàn)，并與上層交互傳遞數(shù)據(jù)。在中小企業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)，這一層就可能充當(dāng)高一級(jí)管理層。 （ 4）經(jīng)營(yíng)管理級(jí)。經(jīng)營(yíng)管理級(jí)居于工廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層，它管理的范圍很廣。把這些功能集成到軟件系統(tǒng)中，通過(guò)綜合的產(chǎn)品計(jì)劃，在各種變化條件下，綜合多種多樣的材料和能量調(diào)配，以達(dá)到最優(yōu)解決這些問(wèn)題 .在這一層中，通過(guò)與公司的經(jīng)理 部、市場(chǎng)部、計(jì)劃部以及人事部等辦公室自動(dòng)化相連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造系統(tǒng)的最優(yōu)化應(yīng)該指出，由于近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得滿(mǎn)足工廠(chǎng)控制和管理功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了很大的發(fā)展和變化，這種發(fā)展使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)不再和工廠(chǎng)控制與管理的各層功能結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng) .也就是說(shuō)，控制和管理的多層功能結(jié)構(gòu)是反映在計(jì)算機(jī)軟件上，而不是反應(yīng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件級(jí)別上，在同一級(jí)系統(tǒng)上可實(shí)現(xiàn)多層的控制和管理功能。 第 6 頁(yè) 集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 1）自主性 系統(tǒng)上各工 作站是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口鏈接起來(lái) ,各工作站獨(dú)立自主地完成合理分配給自己的規(guī)定任務(wù) ,如數(shù)據(jù)采集、處理、計(jì)算、監(jiān)視操作和控制等。系統(tǒng)各工作站都采用最新技術(shù)的微計(jì)算機(jī) ,存儲(chǔ)容量容易擴(kuò)充 ,配套軟件功能齊全 ,是一個(gè)能夠獨(dú)立運(yùn)行的高可靠性子系統(tǒng) , 而且可以隨著微處理器的發(fā)展而更新?lián)Q代。它的控制功能齊全 ,控制算法豐富 ,連續(xù)控制 ,順序控制和批量控制集于一體 , 還可實(shí)現(xiàn)串線(xiàn) , 前饋、自適應(yīng)控制 ,提高系統(tǒng)的可控性。 （ 2）協(xié)調(diào)性 各工作站間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種信息協(xié)調(diào)工作 ,以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理 ,采用實(shí)時(shí)性的 ,安全可 靠的工業(yè)控制局部網(wǎng)絡(luò) ,使整個(gè)系統(tǒng)信息共享 ,提高了暢通性。 （ 3）可靠性 高可靠性 ,高效率和高可用性是集散控制系統(tǒng)的生命力所在。它的可靠性同時(shí)也決定了它應(yīng)用的廣泛性、制造廠(chǎng)商在確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同時(shí) ,進(jìn)行高可靠設(shè)計(jì) ,采用可靠性保證技術(shù) , 來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。 ① 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有了容錯(cuò)設(shè)計(jì) ,使得在任一單元失效的情況下 ,仍然保持系統(tǒng)的完整性 ,即使全局性通信或管理站失效 ,局部站仍能維持工作。 ② 系統(tǒng)的所有硬件包括操作站 ,控制站 ,通信鏈路都可采用雙重化和冗 余技術(shù) , 為提高軟件的可靠性 ,采用程序分段和模塊化設(shè)計(jì) ,積木式的結(jié)構(gòu)。 ③ “電磁兼容性”設(shè)計(jì) :所謂“電磁兼容性”是指系統(tǒng)的抗干擾能力與系統(tǒng)內(nèi)外的干擾相適應(yīng) , 并留有充分的余地 ,來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性 , 所以 , 系統(tǒng)內(nèi)外要采取各種抗干擾措施 , 系統(tǒng)放置環(huán)境應(yīng)遠(yuǎn)離磁場(chǎng) ,超聲波等輻射源的地方 ,做好接地系統(tǒng)。過(guò)程控制信號(hào)、測(cè)量和信號(hào)電纜一定要做好接地和屏蔽 ,采用不間斷供電設(shè)備 ,帶屏蔽的專(zhuān)用電纜供電 。控制站、監(jiān)測(cè)站的輸入輸出信號(hào)都要經(jīng)過(guò)隔離 ,接到安全柵再與裝置的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象連接起來(lái) ,來(lái)保證系統(tǒng)的 安全運(yùn)行。 ④ 在線(xiàn)快速排除故障的設(shè)計(jì) ,采用硬件自診斷和故障部件的自動(dòng)隔離 ,自動(dòng)恢復(fù)與熱機(jī)插撥技術(shù) :系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生異常 , 通過(guò)自診斷功能和測(cè)試功能檢出后 ,匯總到操作站 ,然后通過(guò) CRT 顯示 ,或者聲響報(bào)警或打印機(jī)打出 ,將故障信息通知操作員。監(jiān)測(cè)站 ,控制站各插件上都有狀態(tài)信號(hào)燈指示故障插件。因?yàn)榫哂惺鹿蕡?bào)警雙重化措施 ,在線(xiàn)故障處理等手段 ,提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。 第 7 頁(yè) （ 4）友好性 集散型控制系統(tǒng)軟件是面向工業(yè)控制技術(shù)人員 ,工藝技術(shù)人員和生產(chǎn)操作人員設(shè)計(jì)的 ,所以采用實(shí)用簡(jiǎn)捷的人機(jī)會(huì)話(huà)系 統(tǒng) , CRT 高分分辨率交互圖形顯示 ,復(fù)合窗口技術(shù)、畫(huà)面豐富 ,控制、調(diào)整、趨勢(shì)、流程圖、回路一覽 ,報(bào)警一覽 ,報(bào)表操作指導(dǎo)等畫(huà)面 ,菜單功能更具實(shí)時(shí)性。 （ 5）靈活性和可擴(kuò)充性。硬件和軟件采用開(kāi)放式 ,標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì) ,系統(tǒng)所具有的積木式結(jié)構(gòu) ,具有靈活的配置 ,可適應(yīng)不同的用戶(hù)需要 , 根據(jù)生產(chǎn)要求改變系統(tǒng)的大小配置 ,在工廠(chǎng)改變生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程時(shí) , 只需要改變某些配置和控制方案即可。 （ 6）在線(xiàn)性。通過(guò)人機(jī)接口和 I/ O 接口 ,對(duì)過(guò)程對(duì)象數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集 ,分析 ,記錄監(jiān)視 ,操作控制 ,并包括對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組態(tài)回路的在線(xiàn) 修改 , 局部故障的在線(xiàn)維護(hù) ,提高了系統(tǒng)的可用性。綜上所述 ,集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) ,決定了集散控制系統(tǒng)的發(fā)展速度 ,作為現(xiàn)今最先進(jìn)的控制系統(tǒng) ,它的應(yīng)用很廣泛 , 在工業(yè)的各領(lǐng)域 , 如冶金、礦山、機(jī)械、制造控制水平的提高 ,對(duì)于提高工廠(chǎng)的技術(shù)水平 ,節(jié)約能源 , 降低消耗 , 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起了很大的作用 ,發(fā)展了社會(huì)生產(chǎn)力。 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)的 DCS 研制生產(chǎn)主要有兩種模式，一種是中外合作方式，主要是作為外商的代理或進(jìn)行產(chǎn)品的售后服務(wù)，另外一種是依靠自己的力量，吸收外國(guó)的先進(jìn)技術(shù)獨(dú)立自主的研制開(kāi)發(fā)集散控制系統(tǒng)。 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，先后形成了四大。 CS廠(chǎng)家 :北京和利時(shí)，浙大中自，浙大中控，上海新華。 國(guó)產(chǎn)化 DCS 今后的發(fā)展目標(biāo)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、過(guò)程控制技術(shù)以及人機(jī)界面技術(shù)等方面達(dá)到國(guó)外