基金會現場總線在三菱化學DCS系統中的應用

艾默生過程控制有限公司 王信儀

基金會現場總線是一種全數字，串行，雙向通信系統。它用于工廠網絡底層網絡或工廠自動化環境。目前H1是基金會現場總線最常用的方案，H1的通訊速率為31.25千字節/秒，通常用于連接現場設備。它通過雙絞線實現通信和供電。

1 DCS項目中基金會現場總線的應用

2008年7月，艾默生過程控制有限公司為寧波三菱化學有限公司提供工廠自動化系統項目（以下簡稱MCC項目）正式開工。該工廠自動化系統包括DCS（離散控制系統）和SIS（緊急停車系統）兩部分。整個DCS系統中，有模擬量輸入點440個，模擬量輸出點162個。其中帶有現場總線的模擬量輸入點就有403個，占總模擬輸入點的91.5%；帶有現場總線模擬量輸出點158個，占總模擬輸出點的97.5%。所以說基金會現場總線在MCC項目中起著主導地位。

1.1 MCC項目的系統網絡結構

（1) 操作站：控制室內包括5臺操作站，1臺工程師站，1臺APP應用工作站（用于工廠管理），兩對HUB。

（2) 控制網絡：為了系統的可靠，為該系統配置了冗余的控制網絡。在中控室通過兩個不同的HUB接入位于現場的兩個控制機柜中的兩個不同的HUB，建立了兩條完全獨立的網絡，形成冗余的主副網絡集線器，提高了系統的可靠性。

（3）控制器：系統中配有兩套DCS控制機柜，每套機柜中裝有一些傳統卡件（AI、AO、DI、DO）和H1卡件。其中為了保證系統的穩定性，AI卡、AO卡和H1卡都是冗余的。控制器為MD+控制器，其管理所有I/O卡件的控制活動。管理所有的網絡通信功能；管理時間抽樣、報警、趨勢對象；執行控制策略，在100ms內完成從輸入通道取信號，控制策略執行，傳送結果到輸出通道。

每對DCS控制器下冗余H1卡可通過總線方式將現場總線設備信號連接到DCS系統中，連接電纜為屏蔽雙絞線。H1卡下帶有2個port，即兩個干線段（segment），通過P+F安全柵模盒連接現場總線儀表，每個干線段最多帶12臺總線儀表。

1.2 MCC項目中的現場總線

1.2.1 MCC項目中的現場總線設計

基金會現場總線的網段設計可用總線網段設計軟件（Segment Design Tool）自動生成圖紙，圖1所示為MCC項目中的某個網段設計圖紙，由H1卡件連接現場總線的電源，由電源驅動接線盒下連接的各個現場總線儀表。

利用總線網段設計軟件還可自動分析出網段中的設計是否符合規范，簡化了設計流程，也為項目的設計進度贏得了寶貴的時間。

圖1 MCC某網段設計圖

每個網段中都會選擇一臺簡單的不帶控制策略的現場總線設備作為鏈路活動調度器（LAS）。LAS的功能可為網段上的設備之間維護中央的，確定性通信調度。通過強迫個設備在其預定的時間周期性傳送數據，它全面提高通信的可靠性。也就是說當整個網段中的某一設備沒有響應鏈路活動調度器的強迫數據消息，鏈路活動調度器將再次發送消息強迫該設備發布信息。當鏈路活動調度器失效時，會由網段中的備用鏈路活動調度器成為主調度器，接管其功能。這就意味基金會現場總線的設計可以更好地避免系統性能衰減，并進一步增加可靠性。

MCC項目的每個網段還配備了P+F的高級診斷模塊，用來實時地監控每個網段的運行狀況。用戶可以通過分析波形，幫助客戶了解整個網段的健康狀況，對于可能發生的故障有很好的預防作用。

1.2.2 MCC項目中的現場總線儀表

MCC項目中采用的儀表有羅斯蒙特壓力變送器3051S，羅斯蒙特壓力變送器848T、3144P，還有費希爾閥門和數字閥門定位器等，其中大部分都是現場總線儀表。與常規模擬儀表控制回路不同的是：現場總線儀表的最大特點是它的控制單元在物理位置上可與測量變送單元或操作執行單元合為一體。

PID功能既可放在變送器，也可放在閥門定位器。MCC項目中將所有的控制回路PID功能下放到現場總線設備中執行，提高控制安全性和準確性，縮短了控制周期，同時降低了控制器的運行符合，使得控制器有更多資源可以用于執行先進控制功能。

MCC項目中有236個溫度點，項目中使用了35臺羅斯蒙特848T多點溫度變送器，這些848T分布在16個H1網段上，實際使用的相關材料，工程調試等費用節省超過50%。848T多點溫度變送器的使用，使得項目實際總儀表臺數較傳統方案降低了15%。

1.2.3 MCC項目中的現場總線的輔助工具

由基金會現場總線配合智能設備管理軟件（AMS），為MCC項目在開車階段降低了開車風險。通過使用AMS軟件，用戶可以在控制室直接發現現場設備的安全故障，并提示工程人員及時處理，將近90%的安裝故障在開車前得以及時排除，節省了開車調試時間，該項目比原計劃提前二十幾天順利開車。

2 MCC項目中基金會現場總線應用的幾點問題

2.1 現場總線噪音問題

通常現場總線應用必然涉及到系統噪音問題，由于所有的現場設備完全連接到現場總線的網絡當中，連接處必然使用TAP接頭，這種接頭長期處于現場環境較為惡劣的地方，就會出現網絡噪音的現象，繼而出現設備與網絡連接錯誤的報警，而MCC項目也不例外。所以現場總線對現場的衛生條件，現場的振動條件都有嚴格的要求。接頭每次停機都要進行檢查，但是并不是檢查后就可以完全消除噪音。

2.2 維修成本較高

選用的大多數都是艾默生的儀表，但也有些其它公司的儀表，經常會出現一些故障。在維修中，如果更換一臺儀表都會有很昂貴的費用。減低這種費用就要選擇信譽較好的廠家，如果設備的性能好，對環境適應能力強，同樣可以達到降低生產成本的效果，改善設備運行性能。

3 總結

MCC項目已在2009年6月順利開車試運行。基金會現場總線在整個項目的運用，減少了設備組態及調試時間；回路控制精度得到提高；PID功能下裝到現場設備，真正實現分散控制；現場智能設備的預警功能及時發現并排除設備潛在故障；使用AMS設備管理軟件縮短了開車時間。目前開車一年多以來，沒有發生過大的停車事故，保證了生產裝置的穩定運行，提高了工廠的效益，受到用戶的一致好評。