基金會現(xiàn)場總線在三菱化學DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用

艾默生過程控制有限公司 王信儀

基金會現(xiàn)場總線是一種全數(shù)字，串行，雙向通信系統(tǒng)。它用于工廠網(wǎng)絡(luò)底層網(wǎng)絡(luò)或工廠自動化環(huán)境。目前H1是基金會現(xiàn)場總線最常用的方案，H1的通訊速率為31.25千字節(jié)/秒，通常用于連接現(xiàn)場設(shè)備。它通過雙絞線實現(xiàn)通信和供電。

1 DCS項目中基金會現(xiàn)場總線的應(yīng)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(tǒng)項目（以下簡稱MCC項目）正式開工。該工廠自動化系統(tǒng)包括DCS（離散控制系統(tǒng)）和SIS（緊急停車系統(tǒng)）兩部分。整個DCS系統(tǒng)中，有模擬量輸入點440個，模擬量輸出點162個。其中帶有現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)場總線在MCC項目中起著主導(dǎo)地位。

1.1 MCC項目的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

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

（2) 控制網(wǎng)絡(luò)：為了系統(tǒng)的可靠，為該系統(tǒng)配置了冗余的控制網(wǎng)絡(luò)。在中控室通過兩個不同的HUB接入位于現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)，形成冗余的主副網(wǎng)絡(luò)集線器，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（3）控制器：系統(tǒng)中配有兩套DCS控制機柜，每套機柜中裝有一些傳統(tǒng)卡件（AI、AO、DI、DO）和H1卡件。其中為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)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(wǎng)絡(luò)通信功能；管理時間抽樣、報警、趨勢對象；執(zhí)行控制策略，在100ms內(nèi)完成從輸入通道取信號，控制策略執(zhí)行，傳送結(jié)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(xiàn)場總線設(shè)備信號連接到DCS系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)場總線

1.2.1 MCC項目中的現(xiàn)場總線設(shè)計

基金會現(xiàn)場總線的網(wǎng)段設(shè)計可用總線網(wǎng)段設(shè)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(wǎng)段設(shè)計圖紙，由H1卡件連接現(xiàn)場總線的電源，由電源驅(qū)動接線盒下連接的各個現(xiàn)場總線儀表。

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

圖1 MCC某網(wǎng)段設(shè)計圖

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

MCC項目的每個網(wǎng)段還配備了P+F的高級診斷模塊，用來實時地監(jiān)控每個網(wǎng)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(wǎng)段的健康狀況，對于可能發(fā)生的故障有很好的預(yù)防作用。

1.2.2 MCC項目中的現(xiàn)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(shù)字閥門定位器等，其中大部分都是現(xiàn)場總線儀表。與常規(guī)模擬儀表控制回路不同的是：現(xiàn)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(zhí)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(xiàn)場總線設(shè)備中執(zhí)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(zhí)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(wǎng)段上，實際使用的相關(guān)材料，工程調(diào)試等費用節(jié)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(shù)較傳統(tǒng)方案降低了15%。

1.2.3 MCC項目中的現(xiàn)場總線的輔助工具

由基金會現(xiàn)場總線配合智能設(shè)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(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)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(jié)省了開車調(diào)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(xiàn)場總線應(yīng)用的幾點問題

2.1 現(xiàn)場總線噪音問題

通常現(xiàn)場總線應(yīng)用必然涉及到系統(tǒng)噪音問題，由于所有的現(xiàn)場設(shè)備完全連接到現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)當中，連接處必然使用TAP接頭，這種接頭長期處于現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣的地方，就會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)噪音的現(xiàn)象，繼而出現(xiàn)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接錯誤的報警，而MCC項目也不例外。所以現(xiàn)場總線對現(xiàn)場的衛(wèi)生條件，現(xiàn)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(shù)都是艾默生的儀表，但也有些其它公司的儀表，經(jīng)常會出現(xiàn)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(shè)備的性能好，對環(huán)境適應(yīng)能力強，同樣可以達到降低生產(chǎn)成本的效果，改善設(shè)備運行性能。

3 總結(jié)

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