《现场总线技术》PPT课件

现 场 总 线 控 制 技 术在 3万 NM3/H空 分 装 置 上 的 应 用 2007年 11月 1日江 铜 集 团 贵 溪 冶 炼 厂张 卫 华 1. 工 程 介 绍 为 了 应 对 国 内 外 铜 市 场 的 需 求 和 竞 争 ， 江 西 铜 业 股 份 有限 公 司 决 定 提 升 其 旗 下 的 贵 溪 冶 炼 厂 铜 冶 炼 产 能 ， 新 建 一 座30万 吨 级 铜 冶 炼 厂 ， 采 用 世 界 上 最 先 进 的 闪 速 炼 铜 工 艺 技 术 。与 其 配 套 的 过 程 自 动 化 仪 表 控 制 技 术 和 设 备 经 综 合 考 察 、 了解 设 备 厂 商 和 用 户 ， 决 定 采 用 以 FF总 线 仪 表 为 主 ， 传 统 仪 表为 辅 的 混 合 式 控 制 方 案 。 闪 速 炉 、 硫 酸 主 工 艺 流 程 选 用 爱 默生 公 司 的 DeltavFF总 线 控 制 系 统 ， 主 要 的 配 套 装 置 空 分 系 统选 用 横 河 公 司 的 CS3000FF总 线 控 制 系 统 。 整 个 工 程 于 2005年12月 2日 开 工 建 设 ， 2007年 8月 1日 建 成 投 产 ， 自 动 化 仪 表 控 制系 统 投 运 至 今 ， 运 行 稳 定 、 可 靠 ， 这 也 标 志 着 FF现 场 总 线 控制 技 术 在 江 铜 新 30万 吨 级 铜 冶 炼 厂 应 用 获 得 了 成 功 。 这 里 主要 介 绍 横 河 公 司 的 CS3000FF总 线 控 制 系 统 在 贵 冶 3万 NM3/H空分 装 置 中 的 应 用 。 2.现 场 总 线 控 制 系 统 的 网 络 结 构 及 配 置 贵 冶 3万 NM3/H空 分 装 置 主 要 由 空 气 压 缩 系 统 、 空 气 预 冷系 统 、 分 子 筛 统 、 冷 端 和 热 端 增 压 膨 胀 机 系 统 、 氧 和 氩 精 馏系 统 、 高 纯 氧 系 统 、 液 体 储 存 系 统 、 冷 却 水 循 环 系 统 等 构 成 。I/O点 数 总 计 为 582点 ， 分 类 如 下 ： AI 148 AO 74 DI 151 DO 79 RTD 130选 用 横 河 公 司 最 新 推 出 的 CS3000R3控 制 系 统 ， 采 用 VNET/IP千 兆 以 太 网 控 制 网 络 结 构 ， 配 置 2台 操 作 员 站 ， 1台 工 程 师 站， 1台 设 备 管 理 站 ， 1台 冗 余 控 制 站 （ 7个 节 点 ） 。 FF现 场 总 线 设 备 具 体 配 置 现 场 总 线 控 制 卡 ALF111 16块 ， 采 用 8对 冗 余 方 式 ， 占 整 个 控 制 系 统 2个 节 点 （ NODE2和 NODE3） 。 设 置 32条 网 段 ， 实 际 使 用 28条 网 段 ， 4条 网 段 备 用 ， 网 段 结 构 为 鸡 爪 型 结 构 ， 平 均 每 条 网 段 6台 FF设 备 ， 配 置 最 少 的 一 条 网 段 为 4台 FF设 备 ， 配 置 最 多 的 一 条 网 段 为 8台 FF设 备 。 下 图 所 示 为 网 段 连 接 结构 示 意 图 。 触 点 去冗 余 专 用 电 缆 至 卡 屏 蔽 接 地 自 电 源 开 关 来仪 表 地保 护 地 机 柜 室现 场现 场 接 线 箱 网 段 辅 助 设 备 全 部 采 用 MTL公 司 的 产 品 ， 每 条 网 段 设 置 了 总 线 电 源F600A和 防 浪 涌 保 护 器 FP32。 总 线 电 缆 采 用 国 产 电 缆 （ 八 益 电 缆 厂 生 产 ） 。 主 干 线 电 缆 为 铠 装 金 属丝 屏 蔽 电 缆 ， 型 号 为 BJYC3Y32 H1 1X2X0.8（ 18AGW） ;分 支 线 电 缆 为非 铠 装 金 属 丝 屏 蔽 电 缆 ， 型 号 为 BJYC3Y2 H11X2X0.8（ 18AGW） 。 为 了 实 现 对 FF现 场 总 线 设 备 的 在 线 监 测 和 动 态 维 护 管 理 ， 本 工 程 引入 了 工 厂 资 源 管 理 （ PRM） 系 统 。 FF现 场 总 线 仪 表 配 置 161台 件 ： 仪表类型 数量 厂商 EJA系列压力、差压变送器 82 横河 EJX系列压力、差压变送器 14 横河 3095多参量流量变送器 1 罗斯蒙特 AXF系列电磁流量计 4 横河 YTA系列双路温度变送器 2 横河 3787阀门定位器 56 萨姆森 3730-5阀门定位器 1 萨姆森 SIPART PS2FF阀门定位器 1 西门子 3.FF现 场 总 线 设 计 和 安 装 以 及 组 态 应 注 意 的 问 题网 段 设 计 网 段 设 计 应 充 分 参 考 ， 相 互 关 联 的 FF现 场 总 线仪 表 尽 可 能 设 置 在 同 一 条 网 段 上 ， 特 别 要 注 意 宏 周 期 和 控 制 模 块 执 行 时 间 的 确定 ， 至 于 是 否 需 要 采 用 网 段 浪 涌 保 护 还 是 设 备 浪 涌 保 护 应 视 具 体 环 境 定 ， 应 尽 可能 选 用 大 容 量 的 网 段 供 电 设 备 。 另 外 ， 在 网 段 设 计 时 ,最 好 把 现 场 FF仪 表 的 位 号和 分 配 的 地 址 提 供 给 设 备 供 应 商 ， 否 则 ， 在 实 施 时 FCS系 统 读 上 来 的 FF设 备 全 都是 设 备 出 厂 时 的 缺 省 值 ， 只 能 一 台 一 台 确 认 ， 给 组 态 带 来 诸 多 麻 烦 。 此 外 ， 可 以借 助 于 FF设 备 厂 商 提 供 的 “ 现 场 总 线 网 段 设 计 工 具 ” 来 检 查 网 段 设 计 是 否 满 足 要求 。 对 于 链 路 调 度 器 （ LAS） 的 考 虑 ， 一 般 把 主 LAS设 计 在 H1卡 上 ， 后 备 LAS设 计在 网 段 上 的 某 一 台 通 讯 任 务 较 轻 的 设 备 中 。 然 而 ， 在 设 计 FCS系 统 时 一 般 都 是 采用 冗 余 的 H1卡 ， 故 本 工 程 把 后 备 的 LAS设 置 在 冗 余 的 H1卡 上 ， 这 样 做 可 以 减 少 FF仪 表 费 用 。总 线 仪 表 功 能 块 设 计 受 网 段 通 讯 速 率 的 限 制 ,一 般 在 一 条 网 段 上 设 计 的 PID调 节 功 能 块 不 应 超 过 2个 ； 功 能 块 总 运 行 周 期 时 间 达 到 0.25秒 的 总 线 设 备 最 好 设 计 为 1台 ， 最 多 不 能 超过 3台 。 另 外 ， 在 设 计 FF仪 表 时 不 要 选 用 工 程 应 用 中 不 需 要 的 功 能 块 ,这 样 可 减 少设 备 费 用 。 下 图 所 示 为 FF仪 表 标 准 的 单 回 路 PID功 能 块 设 计 案 例 。 在 本 工 程 中 ， 模 拟 量 输 入 AI块 (5FI1101)始 终 设 计 在 变 送 器 上 ,模 拟 量 输 出 AO块 (5FCV1101)始终 设 计 在 阀 门 定 位 器 上 ， 标 准 的 单 回 路 PID功 能 块 (5FICA1101)一 般 设 置 在 阀 门 定 位 器 上 。 对 于 串级 控 制 回 路 ,主 回 路 控 制 PID功 能 块 在 FCS控 制 器 里 执 行 ,而 副 PID功 能 块 在 阀 门 定 位 器 里 执 行 。 在 CS3000FCS控 制 系 统 中 ,所 有 放 置 在 现 场 总 线 仪表 装 置 中 的 功 能 块 ,操 作 人 员 都 可 以 通 过 FCS系 统 转 换成 FF仪 表 面 板 块 来 进 行 操 作 和 监 视 ,但 要 注 意 的 是 AO块 必 须 置 于 串 级 , FF-PID功 能 块 才 能 进 行 手 自 动 切 换操 作 ,否 则 只 能 通 过 AO块 进 行 手 动 控 制 阀 门 。 复 杂 回 路 的 PID功 能 块 一 般 设 计 在 FCS控 制 器 里 执行 ， 如 带 有 温 压 补 正 运 算 (5FCL102)等 。 在 本 工 程 中 ,所 有 带 温 压 补 正 运 算 的 PID调 节 功 能 块 、 分 程 控 制 块等 ,均 设 计 在 FCS系 统 控 制 器 中 处 理 。 图 示 为 FF仪 表 复 杂 回 路 PID功 能 块 设 计 案 例 FF电 缆 施 工 要 求 在 现 场 施 工 中 ， 对 FF电 缆 和 管 缆 的 敷 设 以 及 FF仪 表 设 备 的 安 装 做 以 下 规 定 ： 敷 设 的 电 缆 两 端 必 须 印 有 电 缆 标 识 ， 主 干 和 分 支 电 缆 的 接 线 遵 循橙 色 线 接 正 极 、 浅 兰 色 线 接 负 极 。 电 缆 /管 缆 尽 量 通 过 专 用 桥 架 敷 设 ， 最 小 弯 曲 半 径 应 大 于 FF电 缆 外径 的 12倍 ， 敷 设 的 距 离 应 尽 量 的 短 、 尽 量 避 免 高 温 和 高 粉 尘 场 所 、尽 量 避 免 大 功 率 电 器 设 备 ， 如 果 不 能 避 开 以 上 场 所 ， 则 电 缆 应 当穿 保 护 管 敷 设 。 所 敷 设 的 FF电 缆 不 允 许 有 破 损 以 免 造 成 多 点 屏 蔽接 地 。 主 干 电 缆 屏 蔽 接 地 要 求 ： 外 层 屏 蔽 铠 装 钢 丝 接 电 气 保 护 地 ； 在 仪表 室 端 ， 内 层 屏 蔽 通 过 泄 漏 线 连 接 到 网 段 供 电 电 源 设 备 （ F600A）的 网 段 接 线 S端 子 上 后 再 连 接 到 仪 表 系 统 地 上 ， 在 现 场 端 ， 内 层 屏 蔽 通 过 泄 漏 线 连 接 到 Megablock分 接 盒 上 的 TRUNK-IN主 网 段 中 的 S端 子 上 ； 中 间 任 何 地 方 对 地 要 求 绝 缘 良 好 。 分 支 电 缆 屏 蔽 接 地 要 求 ： 外 层 屏 蔽 金 属 丝 连 接 到 现 场 分 接 箱 的 保 护 地 ；内 层 屏 蔽 通 过 泄 漏 线 连 接 到 Megablock分 接 盒 上 的 各 分 支 网 段 中 的 S端子 上 ， 注 意 单 端 接 地 ， 接 到 现 场 设 备 上 的 支 线 电 缆 的 屏 蔽 线 必 须 剪 断 ，并 用 热 缩 套 管 封 装 好 ， 不 得 与 机 壳 和 仪 表 地 连 接 。 主 干 和 分 支 FF电 缆 接 线 两 端 必 须 套 热 缩 套 管 以 免 屏 蔽 线 接 触 外 壳 形 成多 点 接 地 。 特 别 要 注 意 的 是 室 外 设 备 的 接 线 端 必 须 要 有 防 水 措 施 ， 以确 保 电 缆 信 号 线 之 间 以 及 对 地 的 绝 缘 良 好 。 必 须 按 照 FF总 线 系 统 工 程 指 南 中 现 场 总 线 电 缆 检 验 标 准 ， 验 收 主干 和 分 支 电 缆 的 施 工 。 4.应 用 中 遇 到 的 问 题 在回路调试和装置开车过程中，FF现场总线回路使用情况正常。FF总线的通讯速度完全满足工艺生产需要，FF总线设备工作稳定，性能良好。但也出现了一些小问题，如某个网段通讯不正常，设备丢失等，通过FCS操作站或PRM设备资源管理器可以发现故障网段上的故障标记，也可以使用MTL公司提供的FBT-3诊断器检查网段上的信息。反映到FCS操作上，会出现过程CNF报警，过程数值不变，PID面板块不能操作等等现象发生，具体遇到以下几方面的问题：故障设备干扰（网段中个别变送器质量不良出现软故障），造成网段通讯不正常，引起整条网段上设备丢失。总线电缆敷设问题，由于进总线接线盒的分支电缆被压破，引起分支电缆屏蔽线有二端接地现象，而造成信号干扰，另外现场总线设备现场接线端子进水，引起总线电缆绝缘下降等问题，最终都会引起干扰，造成网段通讯不正常，引起网络设备丢失。设备下载速度慢，与传统DCS的比较，FCS在修改组态参数时，下载速度要慢得多。 FF现场仪表与FCS系统的兼容性问题，主要体现在可监视和修改的参数方面,如CS3000系统与西门子PS2FF定位器，PID功能块就不能设置在阀门定位器上，只能设置在FCS控制器内等。 5.结 束 语 通 过 本 工 程 的 实 践 ,我 们 认 为 FF现 场 总 线 控 制 技 术 与 FCS设 备 已 趋 于成 熟 ， 是 今 后 过 程 自 动 化 的 发 展 方 向 ,并 确 实 感 受 到 了 如 下 优 点 : 节 省 电 缆 及 安 装 材 料 ， 减 少 了 I/O卡 件 ， 工 程 量 减 少 。 可 以 降 低 设 备 维 护 费 用 ,提 高 设 备 使 用 效 率 和 装 置 的 安 全 性 。 由 于 现 场 总 线仪 表 的 全 数 字 、 智 能 化 以 及 PRM等 设 备 管 理 软 件 的 应 用 ,使 操 作 和 维 护 人 员能 够 及 时 获 得 设 备 的 故 障 预 测 、 报 警 等 信 息 ， 大 大 的 缩 短 了 仪 表 标 定 、 故障 诊 断 和 现 场 巡 检 乃 至 工 艺 故 障 准 确 判 断 时 间 ， 装 置 的 非 计 划 停 车 时 间 减少 ， 且 使 设 备 全 寿 命 周 期 预 知 管 理 成 为 可 能 但 是 任 何 事 物 都 有 其 两 面 性 。 FF设 备 费 用 高 ， 对 设 备 维 护 人 员 的 知 识、 技 能 水 平 要 求 也 高 ， 尤 其 是 设 备 资 源 管 理 系 统 的 应 用 比 较 复 杂 ， 需 要 专业 人 员 才 能 用 好 等 等 。 随 着 FF现 场 总 线 技 术 的 飞 速 发 展 ,相 信 上 述 缺 憾 会 得 到 实 质 性 改 进 ，更 多 的 企 业 将 会 应 用 这 门 新 技 术 ， 我 们 将 更 加 体 验 到 新 技 术 带 给 的 好 处 。 谢 谢 ！