FF 现场总线在铅锌冶炼厂烟气制酸项目的应用

罗 侃，林成东

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

随着工业生产自动化需求的不断提高，网络信息自动化正被迅速应用到工业生产的各个领域，以嵌入式系统仪表和设备为基础的现场总线越来越多地应用在工业过程控制系统中。FF 现场总线技术作为一种全数字、串行、双向通信网络，在工业过程控制中发展迅速，已在国内的一些大中型冶炼企业中获得成功的应用。

冶炼工业中的烟气制酸系统是将火法冶炼工艺中产生的大量含SO2烟气经过净化、干吸、转化等工序制作成成品浓硫酸。整套系统中包含的控制回路、自动化仪表种类及数量较多。本文结合某铅锌冶炼厂烟气制酸改造项目的实际情况，着重对FF 现场总线技术在新旧系统的融合、仪表的选型及调试等方面进行研究。

1 烟气制酸系统的工艺流程

该项目采用熔化炉产生的烟气制酸，制酸工艺主要有净化、干吸、转化、硫酸尾气脱硫、尾气烟气排放等工序。其中，净化工段的工艺流程为一级动力波洗涤器—气体冷却塔—二级动力波洗涤器—一级电除雾器—二级电除雾器。干吸工序采用低位高效的干吸工艺技术对净化后的烟气进行干燥及对转化后的SO3烟气进行吸收。针对冶炼烟气中SO2质量分数大约在6%的情况，采用技术成熟可靠的3+1 四段双接触转化工艺，使进入一吸塔的烟气温度与进入二吸塔的烟气温度保持均衡，减少冷凝酸的产生。硫酸尾气脱硫采用氧化锌—酸解法脱硫技术，进一步脱除烟气中的SO2，使最终排放尾气中的SO2质量浓度≤100 mg/m3。为满足尾气排放酸雾质量浓度≤20 mg/m3的要求，脱硫后设置了湿式电除雾器。制酸工艺流程如图1 所示。

2 FF 现场总线控制系统的应用

FF 现场总线是一种全数字、串行、双向通信网络，用于现场设备如变送器、控制阀和控制器等的互联，实现网内过程控制的分散化[1]。FF 现场总线控制系统又称“现场控制系统”，是由通过现场总线互联的诸多现场仪表及控制室内人—机界面共同组成，是一个全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程控制系统[2]。

图1 制酸工艺流程

该冶炼厂烟气制酸系统一期建设时采用了FF现场总线控制系统，使用的是艾默生Delta V 系统，后期项目扩产需增加1 套烟气制酸系统。为节省项目投资费用，方便现场维护管理，控制系统方案将新增的烟气制酸系统作为已有控制系统的拓展。

本次新增的Dleta V 控制系统控制网络是点对点对等的网络结构，配置了冗余的Delta V 控制网，在现场机柜间配置冗余的交换机，并通过冗余的网线构成系统控制的主副网络。工程师站、操作员站等的主副网卡，主副控制器的主副网口通过以太网线分别连接到系统控制网络的主副交换机上。控制系统结构见图2。

图2 控制系统结构

3 遇到的问题及解决办法

3.1 仪表选型问题

冶炼工业烟气制酸流程工艺介质种类较多，其中气体介质大多数高温，含尘；液体介质则腐蚀性强，易产生酸雾。因此，烟气制酸工艺使用的仪表种类繁多，通常有pH 分析仪、在线硫酸浓度计、SO2/O2气体成分分析仪、可燃/有毒气体探测仪、电磁流量计、均速管流量计、超声波/雷达液位计、压力变送器、热电阻、热电偶、自控阀等。不是所有类型的仪表都有FF 总线仪表，也不是所有类型的仪表都要求使用FF 总线仪表。在进行仪表选型时主要原则如下：1）除设备成套自带的PLC 系统及关系到生产安全的重要联锁信号以外，单体的电气设备及仪表检测控制信号均直接引入相应的FF 总线控制系统集中控制，实现仪表、电气监控一体化控制。其中，仪表、调节阀采用FF 总线仪表和FF 总线型定位器。2）对于关系到生产安全的重要联锁信号，采用4～20 mA信号。3）对于无法采用FF 协议通信的模拟量输出仪表如 SO2分析仪，可采用4～20 mA 信号。4）输入或输出开关量的各种开关、切断阀通过数字量信号接入FF 总线控制系统的DI/DO 模块。5）设备成套自带的PLC 系统通过Profibus-DP 与FF 总线控制系统通信。6）热电阻、热电偶等温度信号采用现场总线温度变送器接入FF 总线控制系统。

烟气制酸系统中常有DN1 000～2 000 的烟气管道上需要安装自控调节阀，由于烟气温度不高，且含有SO2，为保证阀门的调节性能，优先选用衬氟蝶阀。对多数阀门厂家来说，衬氟蝶阀的阀门口径通常只能做到DN600，选择更大口径的衬氟阀门会导致项目成本增加，因此在实际工程中通常会选用电动玻璃钢调节阀。然而市面上电动玻璃钢调节阀基本不配FF 总线定位器，于是就会出现调节控制回路中变送器采用FF 总线仪表，而阀门定位器采用4～20 mA信号的问题，无法构成一个FF 总线PID 调节控制回路。在这种情况下，只能采用传统的4～20 mA 信号的仪表和调节阀来实现PID 回路控制调节。

3.2 仪表调试问题

FF 总线仪表可用FF 总线手操器调试或者在AMS Device Manger 软件上进行调试。AMS 智能设备管理系统可快速、简单地实现对现场设备的量程设定、组态和诊断，提高了过程效率，减少了过程变化。

在FF 总线仪表现场调试时，FF 总线仪表只能按网段识别仪表设备的Device ID。如果一个网段有几台同厂家同型号的仪表，无法直接识别哪台设备对应哪台仪表，需在现场侧与系统侧两端根据仪表上的铭牌位号打点识别，花费大量时间和精力。对于FF 总线仪表，可以要求仪表厂家在仪表出厂调试时，将仪表的Device ID 对应修改成仪表铭牌上的位号，这样在现场调试时就可以直接识别，节省调试时间。如果厂家修改仪表的Device ID 困难，也可出具仪表位号及仪表的Device ID 的对应清单，这样也能快速完成仪表的识别。

3.3 FF 总线系统组态调试问题

Delta V 的组态工具由Delta V 浏览器(Explorer)和Delta V 组态工作室(Control Studio)两部分组成。在Delta V Explorer 软件中进行系统的硬件配置、卡件分配、模块组态等；在Delta V Operate Configure中进行画面组态。FF 总线仪表阀门的调试可在Delta V 配套软件AMS Device Manger 中进行。

FF 现场总线仪表需要相应的dd 文件才能被Delta V 系统识别，FF 总线仪表调试大多在 AMS Device Manger 软件中进行，所以dd 文件版本必须同时对应Delta V 软件版本和AMS 软件版本。如果dd 文件版本不匹配，会导致仪表设备无法与系统通信。尤其在新老系统融合的项目中，由于老系统通常所使用的Delta V 系统版本较低，容易与新系统的FF 现场总线仪表出现不兼容的情况，导致在Delta V系统中无法读取FF 总线仪表的信息。所以做FF 总线项目的时候，要确认所选Delta V 系统版本与FF总线仪表的兼容性。

4 结语

FF 现场总线系统在冶炼工业烟气制酸系统中的应用，减少了线缆敷设的工程费用，降低了系统及工程成本；在仪表调试方面，节省了大量的人力、物力，节约了安装调试时间，提高了系统的准确性及可靠性，对项目成本的控制非常有利。相较于大规模I/O 系统，减少了由接线点造成的不可靠因素，且系统的抗干扰能力更强。FF 总线还可从现场设备获取大量丰富信息，可实现设备状态、故障、参数信息传送。