基金會現場總線在某硫酸項目中的應用

摘 要：近年來隨著控制技術的發展越來越多的新建項目采用了現場總線技術。基金會現場總線是過程工業中使用最多的一種總線。本文主要介紹了基金會現場總線在某硫酸項目中網段劃分的方法并介紹了現場總線技術目前存在的問題，闡述了現場總線系統（FCS）將和集散控制系統（DCS）走向融合的趨勢。

關鍵詞：基金會現場總線 網段劃分

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0091-02

現場總線（Fieldbus）是一種工業數據總線，應用在工業現場。在智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備之間實現雙向串行多節點數字通信，以及這些現場設備和上層控制系統之間的雙向信息傳遞。近年來隨著技術的發展越來越多的新建項目都在嘗試使用這一先進技術。目前在過程控制中使用比較多的是基金會現場總線和PROFIBUS兩種。某國外硫酸項目控制系統采用了基金會現場總線，本文就其中現場總線的網段劃分方法進行簡要介紹。

1 基金會現場總線

基金會現場總線（FF）系統是為適應自動化系統、特別是過程自動化系統在功能、環境與技術上的需要而專門設計的。它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，還可以通過傳輸數據的總線為現場設備提供工作電源。其前身是以美國Fisher-Rosemount公司為首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制定的ISP協議和以Honeywell公司為首，聯合歐洲等地的150家公司制定的World FIP協議。這兩大集團于1994年9月合并，成立了現場總線基金會，致力于開發出國際上統一的現場總線協議。目前基金會現場總線標準由現場總線基金會組織開發。[1]（見圖1）

根據基金會現場總線的特點，結合以往工程的經驗，經過方案論證在這個項目中主要的模擬量信號采用總線儀表，安全儀表、DI/DO/MCC、進PLC系統的信號不采用總線儀表，使用傳統DCS實現。FCS和DCS都使用EMERSON的DeltaV系統。基金會現場總線系統結構圖如圖1所示。

2 網段的劃分

網段劃分是現場總線應用中的重要內容，對充分發揮現場總線的優勢，保證系統穩定運行具有重要作用。

2.1 系統工程指南中的劃分方法

本項目參考基金會現場總線“系統工程指南2.0”進行設計。工程指南中介紹[2]：（1）現場總線的安裝應采用樹形、分支或組合拓撲結構。不要采用菊花鏈拓撲。（2）電纜應該采用基金會現場總線專用的單獨屏蔽的雙絞線對和全屏蔽電纜。（3）在沒有安裝中繼器的情況下，現場總線網段的最大允許長度為1900 m。其中，網段總長度等于主干線和所有分支線的長度之和。（4）網段最大設備數為12。獨立服務的1級閥門一個網段只能有1個，獨立服務的2級閥門一個網段不能超過2個，獨立服務的3級閥門一個網段不能超過3個。

2.2 本項目中采用的方法

結合以往工程的經驗，經過方案論證在這個項目中按照以下原則進行設計：（1）現場總線的安裝采用組合拓撲結構。（2）電纜采用基金會現場總線專用的單獨屏蔽的雙絞線對和全屏蔽電纜。（3）采用總線供電方式。一般不使用中繼器。現場總線網段的最大允許長度不超過1500 m。（4）一條總線按照9塊儀表考慮，個別的純監視儀表可接10塊儀表。根據現場儀表的位置情況，根據危險分散和閥門劃分等級等因素綜合考慮劃分網段，將同一區域的相關參數盡量分在不同的網段上，結合國內總線閥門設置情況，一條總線上的3級閥門不應超過兩個（見圖2）。

圖2是現場總線一個網段的網絡連接圖。網絡采用組合型樹形拓撲，總線上共有七個設備，其中有兩個3級閥門。網段的總長度為230 m。

3 結語

從90年代FCS引入我國以來，以其全數字化、高控制分散、高開放性、現場儀表高可維護性等特點贏得了大家的共識，但是其推廣應用一直較少。在大型系統中一般只是作為DCS的補充實現部分非核心的功能。在實際工程應用中暴露出在系統實時性、可靠性、安全性、經濟性等方面相較于成熟的DCS還有不足。主要表現在以下幾個方面。

3.1 故障率較高

FCS基于網絡技術和智能儀表技術。一個網段一旦發生故障將會導致整個網段的全部儀表不可用。現場屏蔽一旦有問題將直接導致網絡錯誤而不是模擬儀表的精度變差。DCS將控制功能放在機柜室，通常環境比較溫和，不易出現故障。而智能儀表控制功能在現場實現，環境比較差，容易出現故障。

3.2 工程初期投資高，技術經濟性有待提高

在FCS節省費用的宣傳中，基本都是節省了I/O模塊、電纜和橋架材料、敷設、安裝等費用，但都淡化了智能儀表和網絡附件等的費用增加。實際綜合費用FCS比DCS還要高。

3.3 缺乏統一的標準

目前FCS還沒有形成統一的標準，這是制約現場總線技術應用的一個重要原因。雖然1999年通過了IEC61158現場總線國際標準，但是這個標準并沒有統一到一個標準而是8個標準的合集。

3.4 市場保障薄弱，用戶缺少維護經驗

目前由于FCS工程實例較少，用戶缺少應用、維護經驗，而FCS技術要求高，相應對使用維護人員的要求也比較高，組建設備維護技術隊伍面臨諸多困難，后續人才培養也面臨問題，這點在對國內業主的影響尤其明顯。

FCS代表了控制系統未來發展的方向，但相比成熟的DCS，現階段在可靠性、安全性方面還存在比較大的問題，隨著技術的發展成熟FCS應用范圍正在逐步擴大。但同時DCS技術也在不斷的發展，開放性和可擴展性越來越強，筆者認為兩者將逐漸走向融合，而不是FCS完全取代DCS。

參考文獻

[1]陽憲惠.現場總線技術及其應用[M].北京：清華大學出版社，1999.

[2]FF中國市場委員會.AG-181 2.0版基金會現場總線系統工程指南（中文版）[G].FF中國市場委員會，2004.

[3]趙晉紅.淺析現場總線應用現狀及其技術經濟學[J].工業儀表與自動化裝置，2012（4）：61-69.

[4]龍蔚泓.談基金會現場總線系統工程指南3.X版與2.0版的差異[J].石油化工自動化，2011（5）：14-19.

[5]歐陽勁松，梅恪.現場總線國際標準化概況[J].自動化儀表，1999（3）：1-6.