迪茲瓦礦業(yè)位于剛果（金）南部盧阿拉巴省科盧 韋齊市東約 35 km 處，是中國有色集團響應中國“一 帶一路”號召，對接非洲發(fā)展，單體投資規模#大、運 營(yíng)模式#新、 發(fā)展動(dòng)能#強勁的海外銅鈷資源開(kāi)發(fā)項目。迪茲瓦銅鈷礦項目是一個(gè)采、選、冶聯(lián)合工程。 該項目為露天開(kāi)采，采用粗碎、半自磨+球磨、攪拌浸 出、CCD 逆流洗滌、萃取、電積工藝生產(chǎn)陰極銅;低銅 萃余液經(jīng)除鐵、兩段沉鈷、過(guò)濾干燥生產(chǎn)粗制氫氧化 鈷，設計采、選原礦處理能力 4 500 kt/a，年產(chǎn)陰極銅80 kt、氫氧化鈷含鈷（金屬量）8 kt。 本文主要介紹該項目全廠(chǎng) DCS 控制系統的設計及實(shí)現的功能。 

 

1 全廠(chǎng)主要工藝流程 

該廠(chǎng)含銅高品位礦石采用重型卡車(chē)直接運至破 碎站， #大塊度 1 200 mm， 經(jīng)旋回破碎機破碎至200 mm 以下后，經(jīng)皮帶轉運至中間礦倉。 再經(jīng)重型板式給料機給到皮帶輸送機運入半自磨磨機—球磨系統，經(jīng)旋流器分級，沉砂給入球磨機，旋流器溢流 經(jīng)濃密機脫水后進(jìn)入浸出工序。

 

將磨礦的脫水底流礦漿、萃取的高銅萃余液進(jìn)行調漿，在濃硫酸和二氧化硫的作用下，進(jìn)行 10 級浸 出。 浸后的礦漿經(jīng)濃密+CCD 洗滌后，底流泵入尾礦 庫，溢流為高銅富液，洗滌后液為低銅富液進(jìn)入萃取系統。 高銅富液、低銅富液采用萃取電積系統回收生 產(chǎn)電解銅,高銅萃余液返回浸出系統,低銅萃余液進(jìn) 入鈷回收系統。 鈷回收系統采用二氧化硫空氣氧化中和除鐵— 二段沉鈷工藝回收制備氫氧化鈷。 氫氧化鈷經(jīng)過(guò)濾、 干燥、包裝成產(chǎn)品，沉鈷后液經(jīng)除鎂返回前段工序。 

 

工藝流程圖見(jiàn)圖 1。

 

2 全廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統的設計

2.1 系統配置 

本系統只設有 1 個(gè)中央控制室（設立在生產(chǎn)指 揮中心），由 1 臺工程師站、6 臺操作員站、1 臺 PLUS站、1 臺應用服務(wù)器、1 臺 OPC 服務(wù)器、6 個(gè) DCS 控 制分站組成。按照生產(chǎn)流程控制區域劃分，在高位水 池配電室、磨礦車(chē)間配電室、攪拌浸出車(chē)間配電室、 電積 1 系列配電室、電積 2 系列配電室、沉鈷車(chē)間配電室分別設置 1 套好立的 DCS 冗余控制器。 通過(guò)網(wǎng) 絡(luò )交換機、服務(wù)器/客戶(hù)端架構把各工序控制器集成在一起，統一數據庫和生產(chǎn)操作控制中心，按照機電一體化集中指揮調度生產(chǎn)， 全廠(chǎng)構成 1 套全流程生 產(chǎn)過(guò)程控制的 DCS 系統。 DCS 系統品牌為美國艾默生 Delta V，系統 I/O 卡件配置清單見(jiàn)表 1。

2.2 網(wǎng)絡(luò )結構

Delta V 系統網(wǎng)絡(luò )結構有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）DeltaV 控制網(wǎng)絡(luò )構建在星形結構下；

2）Delta V 控制網(wǎng)絡(luò ) 是一個(gè)相對好立的局域以太網(wǎng)；

3）Delta V 控制網(wǎng)絡(luò ) 節點(diǎn)包括工作站和 Delta V 控制器節點(diǎn)，此外根據需 要還可增加遠程 IO 節點(diǎn)、 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)；

4）Delta V控制網(wǎng)絡(luò )所有的節點(diǎn)必須通過(guò) Delta V 的認證，包 括交換機及工作站；

5） 每個(gè) Delta V 系統必須有且 只有 1 個(gè)主工程師站（PLUS 站）。

 

該項目 DCS 控制系統采用星型網(wǎng)絡(luò )結構，以生 產(chǎn)調度中心網(wǎng)絡(luò )機柜為核心， 分別通過(guò)光纜分別冗 余敷設到 6 個(gè)生產(chǎn)車(chē)間配電室的 DCS 控制器。 網(wǎng)絡(luò ) 拓撲結構圖如圖 2 所示。 

整個(gè)系統的網(wǎng)絡(luò )結構分廠(chǎng) 3 個(gè)好立的網(wǎng)層級： 現場(chǎng)設備層、過(guò)程控制層、操作管理層。 

 

1）現場(chǎng)設備層采用的是 FF 總線(xiàn)儀表閥門(mén)和 DP總線(xiàn)控制現場(chǎng)智能馬達控制器、變頻器、第三方設備 廠(chǎng)家提供的傳統檢測儀表與閥門(mén)、電機、泵等，構成 基礎檢測與控制設備基礎層， 主要完成過(guò)程數據采集處理、執行上級操作命令，實(shí)現分散控制。 

 

2）過(guò)程控制層采用的是各區域分站 DCS 控制器、現場(chǎng) I/O 卡件以及第三方設備帶的 PLC 系統或 專(zhuān)用控制設備（汽車(chē)衡計量設備、螺桿、離心風(fēng)機專(zhuān)用控制器）。 DCS 控制器通過(guò) DP 通訊卡，實(shí)現 205 臺 變頻器、166 臺電機馬保、31 臺軟器設備的 DP 總線(xiàn)通訊控制；對于 42 套第三方設備，通過(guò)DP 通訊卡或Modbus 通訊卡，完成其在 DCS 系統上的集成。

 

3）操作管理層采用的是集中在中央控制室的操 作站、工程師站、應用站、服務(wù)器等，主要對 DCS 系 統進(jìn)行組態(tài)、配置、調試和維護，對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行檢 測和控制，對生產(chǎn)過(guò)程數據進(jìn)行歸檔管理和分析，將 生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據共享至信息化系統。

 

2.3 FF 現場(chǎng)總線(xiàn)的設計及優(yōu)勢

2.3.1 FF 現場(chǎng)總線(xiàn)的構成單元

FF 現場(chǎng)總線(xiàn)的構成單元見(jiàn)圖 3。

2.3.2 FF 現場(chǎng)總線(xiàn)設計原則

FF 現場(chǎng)總線(xiàn)設計原則如下：1）現場(chǎng)安裝的變送 器和閥門(mén)定位器采用 FF H1 通訊協(xié)議。 2）FF 變送器 提供 AI 功能塊、自診斷和 LAS 功能，必須通過(guò) ITK互操作性測試，與 DCS 軟件版本一致。 3）FF 閥門(mén)定位器提供 PID、AO、DI 功能塊， 自診斷和 LAS 功能， 必須通過(guò) ITK 互操作性測試，應與 DCS 軟件版本一 致。4）復雜控制 PID 功能或者復制計算功能，必須在DCS 控制器中完成。 5）FF 總線(xiàn)通訊電纜采用 18#AWG 0.8 mm2，7 股銅芯絞合， 聚乙烯絕緣鋼絲鎧裝 電纜， 儀表和接線(xiàn)箱連線(xiàn)連接必須采用防爆電纜密封接頭。 所有 FF 總線(xiàn)電纜屏蔽應在 DCS 機柜側接 地，不允許在現場(chǎng)接地。 6）每個(gè) H1 網(wǎng)段的 FF 總線(xiàn) 主干線(xiàn)和分支電纜長(cháng)度之和不大于 1 200 m， 分支電纜長(cháng)度盡可能短, 每個(gè) H1 網(wǎng)段連接的總線(xiàn)儀表 閥門(mén)總數量不超過(guò) 9 臺，其中 FF 閥門(mén)定位器（控制閥）不超過(guò) 2 臺。 7）單回路控制的 FF 變送器和 FF閥門(mén)定位器應分配在同一個(gè) H1 網(wǎng)段中。 8）FF 現場(chǎng) 總線(xiàn) H1 網(wǎng)段供電電源及電源調節器必須冗余配 置。 9）每個(gè) H1 網(wǎng)段應配置二個(gè)終端器，一個(gè)在 FF電源調節器中，一個(gè)在 FF 接線(xiàn)箱中。

 

2.3.4 FF 現場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)勢

FF 現場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)勢包括以下方面：1）在本項目中，每個(gè) FF 總線(xiàn)網(wǎng)段設計平均掛接 8 臺儀表，大大減少了儀表電纜總用量， 控制模塊和控制機柜的數 量，降低了總投資成本，大大減少施工工作量和施工 安裝工期。2）使用 FF 智能儀表閥門(mén)，在控制室的 DCS

上位機就可以完成絕大部分的調試工作，降低調試工作強度。 3）在項目的試車(chē)階段，可以通過(guò)上位機AMS 智能設備管理軟件對現場(chǎng)儀表進(jìn)行調試和診 斷。 隨時(shí)可以發(fā)現現場(chǎng)儀表的安裝過(guò)程中存在的問(wèn) 題，例如溫度變送器接線(xiàn)錯誤、一體化溫度變送器安裝錯誤等。 4）FF 現場(chǎng)儀表具

備控制功能，PID 控制邏輯可以下裝到閥門(mén)定位器中，現場(chǎng)測量?jì)x表與控制閥直接通訊，構成控制回路，降低系統控制器的負荷，提高控制回路的響應速度。

 

2.4 實(shí)現的功能 

1）工藝設備控制與操作方面，能實(shí)現：

（1）工序環(huán)節的一鍵啟停操作（如球磨區域皮帶與半磨機之 間的開(kāi)停車(chē)順序控制）。 

（2）DCS 系統對第三方設備 的操作控制，包括采用無(wú)縫對接方式，把第三方設備 就地 PLC 操作面板搬遷到 DCS 系統上，使現場(chǎng)與遠 程 DCS 之間操作模式一樣；且 DCS 系統不對第三方設備做任何邏輯判斷，只是通過(guò)與 PLC 通訊讀寫(xiě)操 作來(lái)實(shí)現遠程操控，而設備的控制、聯(lián)鎖保護在 PLC系統中完成。 第三方設備的 DCS 遠程與就地控制模 式切換不停機，可實(shí)現現場(chǎng)無(wú)人值守。 

（3）實(shí)現單體 設備的遠程手/自動(dòng)操作與控制功能， 主要指變頻 器、馬保以及轉速、流量、壓力、液位、給料量等 PID調節回路的手自動(dòng)操作。 

 

2）對工藝設備控制邏輯與聯(lián)鎖保護邏輯，包括： 

（1）對工藝工程流程設備的聯(lián)鎖控制邏輯（包括工序上下游設備的啟停聯(lián)鎖保護）；

（2）與第三方設備之 間的聯(lián)鎖保護；

（3）設備故障情況下的聯(lián)鎖保護邏輯； 

（4）緊急情況下以及全廠(chǎng)大停電情況下的設備開(kāi)停 順序控制。 

 

3）對工藝數據的處理分析功能，包括：

（1）對工 藝測量參數進(jìn)行分類(lèi)統計與累積等功能；

（2）對生產(chǎn) 操作數據、趨勢記錄、事件報警進(jìn)行存儲，通過(guò)手機 短信推送重要的報警信息。 

 

4）通過(guò) AMS 智能設備管理軟件，可以將被動(dòng)維 修轉化為預測性維修，現場(chǎng)智能設備的預測維護報警 信息可傳送到 Delta V 系統，降低系統的維護工作， 并減少意外停車(chē)。 AMS 智能設備管理系統可方便地 獲得關(guān)鍵設備信息，并對設備進(jìn)行標定、組態(tài)及為預 測性維護提供高級診斷。 

 

3 總結

該項目自動(dòng)化控制系統設計采用集成 FF 總線(xiàn) 和 DP 總線(xiàn)技術(shù)的 DCS 控制系統，采用 FF 總線(xiàn)儀表 閥門(mén)和 DP 總線(xiàn)控制的智能馬達控制器、 變頻器及第三方設備 PLC，既減少了現場(chǎng)電纜敷設與施工量， 又滿(mǎn)足了整個(gè)系統控制風(fēng)險的分散， 不僅可以節省項目工期及投資費用， 而且可以減少儀表閥門(mén)備品 備件種類(lèi)，便于生產(chǎn)維護管理。 海外的采選冶全流程工廠(chǎng)，如果還按照國內選 礦廠(chǎng)、冶煉廠(chǎng)的傳統管理模式，勢必造成企業(yè)的組織 機構復雜，增加運營(yíng)維護成本，且海外企業(yè)無(wú)法背靠 國內優(yōu)質(zhì)的人力資源市場(chǎng)，難以按照國內模式組建 隊伍。 所以該項目建立了一個(gè)集全廠(chǎng)各區域操作人 機界面、工業(yè)視頻監控、調度廣播、專(zhuān)線(xiàn)電話(huà)、實(shí)時(shí)數 據采集、設備信息化管理、中央調度、參觀(guān)接待等多 功能為一體的中央控制室，只需要少量的精干人員 就可以完成全廠(chǎng)生產(chǎn)操作和調度，克服了傳統生產(chǎn) 操作中，信息傳遞環(huán)節多、周期長(cháng)、響應速度慢、效率

低的弊端，提高了生產(chǎn)管理效率。