FF-H1 在氯乙烯溫度采集的應用

劉迪津，鐘國院，王 進，高 鵬

（1.沈陽華控科技發展有限公司，遼寧 沈陽110142；2.陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林719319）

轉化器是乙炔、氯化氫合成氯乙烯的關鍵設備，經混合器混合的兩種氣體進入轉化器， 在觸媒的催化作用下轉化為粗氯乙烯， 該反應過程溫度最高可達190 ℃， 因此轉化器床層溫度是轉化反應的關鍵指標。 陜西某化工廠氯乙烯合成E 線共有44 臺氯乙烯轉化器， 每臺轉化器設有12 個溫度測量點，采用E 型熱電偶進行溫度測量， 溫度采集點總數達528 個。 氯乙烯轉化器位于工廠防爆區域， 而DCS機房位于較遠的非防爆區域， 且該項目采用日本橫河DCS 控制系統-CENTUM VP，IO 點成本相對高昂， 如果將528 個溫度檢測點直接接入DCS 系統中，需配置許多IO 卡件、專用端子板、機籠、配套控制柜等DCS 部件，以及耗費大量專用電纜。 該方法不但成本高昂，施工量大，工期長，占用空間大，同時也增加了DCS 系統的負荷。

FOUNDATION Fieldbus 又稱基金會現場總線，簡稱FF 總線， 由現場總線基金會針對過程自動化而開發的一種通過數字、串行、雙向的通信方法。 其中FF-H1 是從過程工業和DCS 應用的角度制定，主要用于底層設備的連接， 不僅能夠滿足過程工業的實時性和本質安全性要求， 而且能為現場設備總線供電，其傳輸速率為31.25 kbps，不加中繼器的情況下通信距離可達1 900 m。

1 工廠現狀

FF-H1 現場總線可以工作在工廠生產的現場環境下，能適應本質安全防爆的要求，還可通過傳輸數據的總線為現場設備提供工作電源。 具有靈活的拓撲結構、傳輸速率快、安全、穩定，以及減少電纜和安全柵的使用量，減少施工工作量等優點。

經綜合比較， 該工段氯乙烯轉化器溫度采集采用基于FF-H1 總線技術的羅斯蒙特848T 高密度溫度 變 送 器， 搭 配MTL 的9188 電 源、F30 Ex ic Adaptor 和MTL F312 Megablock 組成拓撲結構，示意圖見圖1。

1.1 羅斯蒙特848T 高密度溫度變送器主要技術特點

（1）有8 個獨立的可組態傳感器輸入，包括2 線和3 線熱電阻、熱電偶、毫伏、2 線和3 線歐姆表以及4～20 mA 信號。 并可安裝在靠近過程的位置以提高數據質量。

（2）該模塊還配備了8 個AI 功能塊、2 個MAI功能塊、4 個ISEL 功能塊和備份LAS 功能。

（3）測量E 型熱電偶范圍-200～1 000 ℃，精度為±0.40 ℃。

（4）使用標準現場總線電源通過F 現場總線供電。 變送器工作電壓為9.0～32.0 VDC，最大電流為22 mA。（變送器電源端子的額定電壓為42.4 VDC。）

（5）安裝于生產現場不銹鋼防爆箱。

1.2 9188 電源模塊主要技術特點

（1） 針對橫河DCS 系統開發， 與橫河AFL111卡件連接，實現與橫河DCS 系統通訊。

（2）每套電源包含1 塊9188-CA-PS 底板，6 個9192-FP 電源模塊底板集成終端器。 可以為8 個網段供電， 通道之間完全隔離， 每個網段輸出：19.0～22.0 V，500 mA。

（3）安裝于機柜間控制柜內。

1.3 F30 Ex ic Adaptor 主要技術特點

（1） 與F300 系列接線器和918X-X2 系列總線電源配合使用，提供Ex ic 本安分支。

（2）在2 區使用，所有分支連接本安認證儀表可帶電維護。

（3）支持長距離主干和大負荷的網段。（4）安裝于生產現場不銹鋼防爆箱。

1.4 總線接線器MTL F312 Megablock 主要技術特點

（1）通過總線供電，12 分支。

（2）帶分支短路保護功能，分支短路最大電流56 mA。

（3）Ex nA 主干，Ex nA 分支，可安裝在2 區增安型接線盒內，并連接1 區或2 區隔爆設備。

（4）主干到分支壓降不超過1.25 V，電流消耗僅

6.5 mA（12 分支）。

（5）最大分支長度120 m。

（6）安裝于生產現場不銹鋼防爆箱。

圖1 FF-H1結構示意圖

2 方案設計

氯乙烯合成E 線44 臺轉化器又細化設置為兩條線，每條生產線22 臺轉化器。一線由11 臺前轉化器R2101A1～11 和11 臺后轉化器R2101B1～11 組成， 二線由11 臺前轉化器R2102A1～11 和11 臺后轉化器R2102B1～11 組成。 為節約電纜用線以及維護方便， 每臺轉化器就近設有1 個現場防爆箱A1-1～11、A2-1～11、B1-1～11、B2-1～11， 每個防爆箱內安裝2 個848T 溫度變送器，每臺轉化器上的12 個溫度檢測點，使用E 型熱電偶專用補償導線就近連接到現場防爆箱內的848T 溫度變送器上， 每個848T 溫度變送器連接6 個熱電偶，各預留2 個備用通道，以便后期的維護和管理，氯乙烯轉化器現場排布圖見圖2。

圖2 氯乙烯轉化器現場排布圖

在每4 臺前轉化器和后轉化器之間另設有1 個現場防爆箱F1～11， 每個防爆箱內裝有1 個總線接線器MTL F312 Megablock，羅斯蒙特848T 采集后的溫度信號，通過FF-H1 總線傳送到就近的總線接線器上，每4 臺轉化器使用1 個總線接線器MTL F312 Megablock， 每 個MTL F312 Megablock 連 接8 個848T 溫度采集模塊，各預留4 個備用接口，以便后期維護和管理。

經過總線接線器匯合的溫度信號再通過FFH1 總線傳送到DCS 控制柜內的9188 電源模塊，再經過橫河專用電纜與橫河DCS 控制系統CENTUM VP 進行通訊，以每秒一次采集的周期，將氯乙烯轉化器溫度傳送到DCS 系統中。

3 系統組態

（1）硬件組態

將羅斯蒙特848T 高密度溫度變送器相對應的DD（Device Description）文件導入到橫河DCS 系統指定路徑中， 再通過DCS 系統內置的FF 總線組態軟件對溫度變送器進行組態。

組態步驟：

a.使用橫河工具將羅斯蒙特848T 高密度溫度變送器的DD 文件導入到指定位置。

b. 打 開CENTUM VP， 打 開ALF111 卡 件 的Fieldbus Builder，注冊FF 總線設備。

c.打開Device Panel，選中需要分配地址的848T變送器，點擊菜單欄中的地址分配，分配完地址后，點擊菜單欄中更新設備信息，并修改每臺設備的設備名稱。

d.打開ALF111 卡件的Fieldbus Builder，對注冊的設備進行下載操作。

e.打開Device Panel，選中需要設置設備，在設備信息窗口中對848T 變送器進行詳細的設備配置。 如采集原件類型、量程設置、報警信息等。

f.下載配置信息。

（2）基本組態

該氯乙烯合成工段采用FF-MAI（Foundation Fieldbus Multiple Analog Input Block） 模塊進行基本組態，FF-MAI 模塊可同時讀取一個溫度采集設備中的所有溫度采集點，僅需采用88 個FF-MAI 模塊即可達到組態目的，極大的減少了DCS 中基本功能塊的使用，以及減少系統的負荷。

4 總結

陜西某化工廠氯乙烯合成工段E 線自2018 年10 月開始采用上述方案，2019 年3 月正式投產，極大減少了電纜消耗，且采用的模塊功率低、具備本質安全型等優點，減少了安全柵的使用，極大降低了工程成本。該方案施行至今運行良好，采集溫度參數貼合生產實際，可以達到DCS 常規測量要求，采集的數據具有良好的參考價值。