過程自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線在化工過程中的應(yīng)用

（1．北方重工集團(tuán)電控液壓設(shè)備分公司，遼寧 沈陽 110141；2．北方重工集團(tuán)有限公司煤礦機(jī)械分公司，遼寧 沈陽 110141）

過程自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線在化工過程中的應(yīng)用

陳 欣1李 博2

（1．北方重工集團(tuán)電控液壓設(shè)備分公司，遼寧 沈陽 110141；2．北方重工集團(tuán)有限公司煤礦機(jī)械分公司，遼寧 沈陽 110141）

本文主要描述現(xiàn)場(chǎng)總線在化學(xué)工業(yè)過程中的應(yīng)用，闡述了系統(tǒng)背景、項(xiàng)目需求、解決方案構(gòu)成等并給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,最后通過工程實(shí)例證明其優(yōu)越性。

現(xiàn)場(chǎng)總線；冗余控制系統(tǒng)；FF總線

1 系統(tǒng)概述

化學(xué)工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，它的發(fā)展關(guān)系到國計(jì)民生，而且與國民經(jīng)濟(jì)的其他部門有密切的聯(lián)系，是農(nóng)業(yè)、國防、輕紡和交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門發(fā)展中不可缺少的基礎(chǔ)工業(yè)之一。由于現(xiàn)代化工生產(chǎn)向復(fù)雜化、大型化、高速化和自動(dòng)化發(fā)展，而且具有高溫、高壓、易燃、易爆及有毒的特點(diǎn)，為保證生產(chǎn)穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行，相應(yīng)地對(duì)化工過程的參數(shù)檢測(cè)和自動(dòng)控制提出了更嚴(yán)格、更準(zhǔn)確的要求。一個(gè)化工廠中，檢測(cè)點(diǎn)多達(dá)幾千甚至幾萬個(gè)，控制回路也有幾百個(gè)，為了能夠正確地把生產(chǎn)過程控制在最佳的工況下運(yùn)行，減少原料和動(dòng)力的消耗，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，又能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生和擴(kuò)大，達(dá)到延長設(shè)備使用壽命；提高設(shè)備利用率，同時(shí)還要減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)力，本控制系統(tǒng)中采用了基于FF總線和ASI現(xiàn)場(chǎng)總線的過程自動(dòng)化冗余控制系統(tǒng)。FF總線功能強(qiáng)大,支持本安裝系統(tǒng),實(shí)時(shí)性好,總線供電,但如果主設(shè)備失效將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓,總線雖然性能突出,成本卻較高,協(xié)議也復(fù)雜,主要應(yīng)用于流程控制領(lǐng)域。打破了常規(guī)的一次儀表配常規(guī)顯示儀表、一次儀表與DCS或PLC配套傳統(tǒng)應(yīng)用，大量節(jié)省人力物力。與傳統(tǒng)的DCS或PLC系統(tǒng)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)更具有開放性、互連性、互操作性、擴(kuò)展性以及豐富的軟、硬件資源。

2 基于過程自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

（1）操作員及工程師站：主要完成過程參數(shù)的監(jiān)視、報(bào)警、趨勢(shì)分析以及操作等功能。

（2）網(wǎng)絡(luò)電纜：用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與HMI的信息交換介質(zhì),采用雙絞線。

（3）現(xiàn)場(chǎng)總線接口：用于連接過程自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線和HMI，一種PCI卡，插在HMI的PCI插槽內(nèi)。

（4）終端器：用在網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)末端的阻抗匹配器,每條總線段需要2個(gè)終端器,終端器用于防止信號(hào)失真和衰減。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（5）中繼器：用于擴(kuò)展過程自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)上的任意2臺(tái)設(shè)備間最多可使用4臺(tái)中繼器。它是一臺(tái)有源的總線或非總線供電設(shè)備，工作在物理層。

（6）總線電源：為現(xiàn)場(chǎng)總線供電。

（7）現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備：現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備主要指現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，它們?nèi)坎⒙?lián)到過程自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線上，作為該網(wǎng)的智能節(jié)點(diǎn)，每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表均是以微處理器為基礎(chǔ)的智能化儀表，內(nèi)置了許多軟件功能模塊。每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表內(nèi)置的功能模塊包括：模擬量輸入、模擬量輸出、PID運(yùn)算、輸入選擇、算術(shù)運(yùn)算、累計(jì)、特征化和輸出選擇等功能。用戶可以通過組態(tài)軟件對(duì)這些功能模塊進(jìn)行靈活連接來實(shí)現(xiàn)自己的控制策略。

現(xiàn)場(chǎng)總線除具有一對(duì)N結(jié)構(gòu)、互換性、互操作性、控制功能分散、互連網(wǎng)絡(luò)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)外，還具有如下特點(diǎn)：

（1）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡單其結(jié)構(gòu)模型一般僅有4層，這種簡化的體系結(jié)構(gòu)具有設(shè)計(jì)靈活，執(zhí)行直觀，價(jià)格低廉，性能良好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還保證了通信的速度。

（2）綜合自動(dòng)化功能把現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備分別作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線來實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間、節(jié)點(diǎn)與管理層之間的信息傳遞與溝通，易于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的綜合自動(dòng)化功能。

（3）容錯(cuò)能力強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)總線通過使用檢錯(cuò)、自校驗(yàn)、監(jiān)督定時(shí)、屏蔽邏輯等故障檢測(cè)方法，大大提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。

（4）提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和測(cè)控精度現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備可以就近處理信號(hào)并采用數(shù)字通信方式與主控系統(tǒng)交換信息，不僅具有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且其精度和可靠性也得到了很大的提高。

由此可見，和傳統(tǒng)的DCS和PLC控制系統(tǒng)不同，所有現(xiàn)場(chǎng)儀表都是網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)智能設(shè)備。在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，以微處理器為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)儀表已不再是傳統(tǒng)意義上的變送或執(zhí)行單元，而是同時(shí)起著數(shù)據(jù)采集、控制、計(jì)算、報(bào)警、診斷、執(zhí)行和通信的作用，每臺(tái)儀表均有自己的地址與網(wǎng)絡(luò)上的其它儀表進(jìn)行區(qū)分。所有現(xiàn)場(chǎng)儀表均可采用總線供電方式。在危險(xiǎn)場(chǎng)所還可使用現(xiàn)場(chǎng)總線安全柵。

結(jié)語

過程自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線是一種用于智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、多節(jié)點(diǎn)的通信技術(shù)。它用數(shù)字信號(hào)完全取代了傳統(tǒng)的4～20mA信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)的管理與控制的統(tǒng)一；使一些基本過程控制，報(bào)警和計(jì)算功能分布在現(xiàn)場(chǎng)完成；可使設(shè)備增加非控制信息，如：診斷信息等.實(shí)現(xiàn)了開放性與互操作性，它不僅僅是一種通信技術(shù)，實(shí)際是智能化儀表，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等技術(shù)的集成。連接在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都具有數(shù)字通信能力，各種智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備共享信道，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換，協(xié)調(diào)工作，組成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)以成功用于某化工廠，實(shí)踐表明運(yùn)行良好。

[1]動(dòng)力傳動(dòng)與控制技術(shù)產(chǎn)業(yè)[Z]．

[2]石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[M]．

[3]現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[Z]．

TB49 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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