Experion PKS Fieldbus總線技術在貴冶一系統(tǒng)的應用

廖小春

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

隨著貴溪冶煉廠(以下簡稱貴冶)的發(fā)展，貴冶一系統(tǒng)閃速爐在建廠初期建設的銅精礦氣流干燥系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足時下的銅冶煉技術及安全環(huán)保標準要求，為了適應銅冶煉需求及達到環(huán)境治理標準，貴冶進行了蒸汽干燥系統(tǒng)替代改造，在其DCS 系統(tǒng)改造項目中采用了Honeywell Experion PKS C300（過程知識系統(tǒng)）的基礎上，并引用了FOUNDATION Fieldbus 技 術。 目 前Experion PKS C300 與FOUNDATION Fieldbus 的相互開放式標準的集成是無縫的、透明的。Experion PKS Fieldbus總線技術是高性能的、先進的Fieldbus 解決方案，且具有獨特的優(yōu)勢并有著顯著的使用性能和較好的系統(tǒng)功能。

Experion PKS Fieldbus 技術的應用，成功吸收了貴冶二系統(tǒng)銅酸項目成功應用FF 現(xiàn)場總線技術的寶貴經(jīng)驗。它擴展了FF 現(xiàn)場總線技術在貴冶控制系統(tǒng)中的應用，同時為今后工廠其他自動化更新?lián)Q代，技術人才方面，以及工廠信息的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化、集成化建設方面都奠定了更加堅實的基礎［4］。

2 Experion PKS Fieldbus 結構介紹

HONEYWELL Experion PKS C300 控制系統(tǒng)集成了現(xiàn)場總線（Fieldbus）通訊協(xié)議，通過挖掘、發(fā)揮現(xiàn)場總線（Fieldbus）的優(yōu)勢，如開放性好、可靠性高等，來彌補早期版本的HONEYWELL DCS 系統(tǒng)接收模擬信號儀表通訊時布線復雜、開放性差的缺陷。

2.1 現(xiàn)場總線（Fieldbus）網(wǎng)絡結構

蒸汽干燥的總線儀表控制系統(tǒng)配置了2 塊非冗余的總線卡，每塊卡均可配置4 條網(wǎng)段，每條網(wǎng)段至少4 臺總線設備，總共只分布設置了5 條網(wǎng)段來就實現(xiàn)了本系統(tǒng)的控制方案。網(wǎng)段結構如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)段結構圖

2.2 所采用的現(xiàn)場總線（Fieldbus）技術配置方案

（1） 由Honeywell 的 總 線 卡（Fieldbus Interface）與上層控制器及服務器通訊通過冗余的冗錯以太網(wǎng)FTE 方式連接。

（2）與下層通訊，先通過鎧裝金屬絲屏蔽A類電纜，總線卡與總線電源（F801）的輸入連接[1]。

（3）再通過鎧裝金屬絲屏蔽A 類電纜輸出至現(xiàn)場總線分接盒［1］。

（4）然后通過非鎧裝金屬絲屏蔽A 類電纜與現(xiàn)場FF 總線儀表通訊［1］。

2.3 所采用的現(xiàn)場總線儀表類型及數(shù)量

主要選配了E+H、羅斯蒙特、橫河、METSO這四個廠家的現(xiàn)場總線儀表共27 臺。

現(xiàn)場總線儀表配置如表1 所示。

表1 現(xiàn)場總線儀表配置表

圖2 FF 總線儀表組態(tài)地址分配圖

3 FF 現(xiàn)場總線安裝以及組態(tài)應用

網(wǎng)段設計需要考慮DCS 系統(tǒng)的硬件結構和軟件授權，以及現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的拓撲結構，拓撲結構的設計應該根據(jù)現(xiàn)場設備的地理位置（設備安裝布置圖）來決定，將距離相近的FF 現(xiàn)場總線儀表盡可能設置在同一條網(wǎng)段上，根據(jù)貴冶二系統(tǒng)銅酸項目成功應用FF 現(xiàn)場總線技術經(jīng)驗，必須采用網(wǎng)段浪涌保護來保證DCS 系統(tǒng)中總線儀表信號的穩(wěn)定，至于設備浪涌保護視具體情況環(huán)境而定［2］。

3.1 安裝設計的前期工作

根據(jù)蒸汽干燥機整套設備的設計圖紙上所示的各個測點的位置，結合自身的實際情況，將各個FF 總線儀表逐一劃分區(qū)域，并且需要從FF 總線儀表設備供應商獲得相關設備ID 號及相對應的DD/CF 文件，使總線設備儀表與HONEYWELL Experion PKS C300 軟件的組態(tài)信息一致，保證組態(tài)調試工作的順利。FF 總線儀表組態(tài)地址分配如圖2 所示。

3.2 總線儀表組態(tài)工作

FF 總線模塊卡（Fieldbus Interface）含有自己的AI 功能塊、AO 功能塊和PID 功能塊，沒有其它的功能塊，所以只需要利用總線儀表自身的AI、AO 功能塊，直接利用自帶的功能和參數(shù)設定，而不需要任何其它的專用編程功能塊，從而達到來減少網(wǎng)絡的通訊量，降低FF 通訊網(wǎng)絡風暴，提高FF總線的工作效率。在Honeywell PKS C300 系統(tǒng)中需要組態(tài)標準的單回路PID 控制方案，其中模擬量輸入AI 塊和模擬量輸出AO 塊必須為FF 總線功能塊，而PID 功能塊可用FF 總線功能塊，也可以用PKS C300 的功能塊。如圖3 所示為FF 儀表標準的單回路PID 功能塊設計案例。

3.3 遇到的問題及解決方案

在裝置改造階段，總線的組態(tài)及應用過程中遇到了一些問題，將主要幾個問題及解決方案陳列如下：

（1） 網(wǎng)段上的設備無故丟失，失去通訊。這種現(xiàn)象正好是在工藝設備安裝施工過程中出現(xiàn)的，這時的現(xiàn)場作業(yè)面復雜，電焊、敲擊、切割等施工產生的干擾導致周邊的FF 總線儀表受到干擾，從而使整個網(wǎng)段通訊不正常。排查之后發(fā)現(xiàn)網(wǎng)段的主干屏蔽電纜不是鎧裝金屬絲屏蔽A 類電纜，全部更換鎧裝金屬絲屏蔽A 類電纜之后，通訊問題再也沒有出現(xiàn)過［5-6］。

圖3 單回路PID 功能塊設計圖

圖4 初始化設置圖

圖5 初始化調校圖

建議：網(wǎng)段安裝完后，最好借助于FF 設備廠商提供的工具——“現(xiàn)場總線網(wǎng)段設計工具”，來檢查網(wǎng)段設計是否滿足要求。

（2） 現(xiàn)場總線儀表在通訊過程中，可以讀取它的地址、位號，但是不能進行修改及寫入，原因是因為總線儀表的表頭上有跳線將其鎖死了，必須重新將跳線調至允許寫入位置，才能解決數(shù)據(jù)的修改及寫入問題。

建議：總線儀表安裝之前就檢查一下各個儀表，將這步工作完成。

（3） 針對FF 總線閥門定位器調試過程中出現(xiàn)的問題，例如，角行程定位的YVP 閥門定位器，轉角范圍在90°左右（-45°～45°），即0°在閥門開度的中間位置。但是在調試過程中，出現(xiàn)了調試時，行程超范圍的現(xiàn)象，甚至負幾百到正幾百的行程顯示。原因是必須確保閥門的初始化值，即AO 輸出初始值為50%的開度位置，對閥門進行初始化。初始化設置如圖4 及初始化調校如圖5。

經(jīng)過上面的方法調校之后還是不能解決問題的話，也許是定位器出廠時就有點小問題。

4 結束語

貴冶一系統(tǒng)閃速爐替代改造項目完成,使貴冶一系統(tǒng)的生產技術水平上了一個新臺階,同時，Experion PKS Fieldbus 總線技術的應用，提升了貴冶一系統(tǒng)閃速爐控制系統(tǒng)的整體性能,也在減輕維護人員的勞動強度、保護設備安全、保護環(huán)境方面將發(fā)揮重要的作用［3-4］。

但是，F(xiàn)F 總線設備各方面的費用高，對設備維護人員的知識、技能水平要求也高，尤其是設備資源管理系統(tǒng)的應用比較復雜，需要專業(yè)人員不斷的學習、探索。