FF现场总线范文

FF现场总线范文（精选3篇）

FF现场总线 第1篇

现场总线技术自推广发来, 已在全世界范围内应用于冶金、汽车制造、石油化工、电力能源等诸多领域。

本文主要是对拜耳世界各地TDI、MDI项目, 美国MPP项目和国内有些大型项目等设计和应用FF总线的一个技术总结。

1 FF现场总线系统设计导向

FF现场总线协议是一数字式串行双向通信协议。

现场总线系统设计过程类似于传统系统设计, 然而又有区别。传统系统设计中, 现场设备布置和电缆规格及电缆表只提供给控制室接线柜设计, 控制系统通过I/O清单和工艺流程及控制系统架构图等来完成设计, 与现场设备布置和电缆规格等无关。而现场总线系统设计却完全依赖于现场设备布置, 即网段的设计和电缆规格及电缆表等。

通常网段设计尽量简单化且基于缺省值, 尽量模仿基于HART协议的传统控制系统执行方式, 以减少工作量。

1.1 FF现场总线应用

FF现场总线应最大化地应用于各种工艺控制中, 主要包括监视回路、多点温度监视回路、简单及复杂控制回路、顺序控制回路等, 但不适宜用于安全仪表系统 (SIS) 和火气检测系统 (FGS) 等。

1.2 FF现场设备选择、管理

FF现场设备应与FF总线控制系统具有互操作性, 应具有先进的和连续诊断功能, 并能将诊断信息提交给设备管理系统。

FF变送器应提供AI功能块、自诊断和LAS功能, 且须通过ITK互操作性测试并应与FF控制系统软件版本一致。

FF阀门定位器应提供PID、AO、DI功能块、自诊断和LAS功能, 且须通过ITK互操作性测试, 并应与FF控制系统软件版本一致。

FF总线系统是通过仪表位号来查找FF现场设备, 因此设计过程中仪表位号相当重要, 不能出现重复位号, 在施工接线或开车前最好将各个设备位号设置好。

FF现场设备电源可以由总线提供, 也可外提供, 这依赖于现场设备设计。通常设计时尽量考虑现场设备电源由总线提供。总线供电设备通常要求电压为9~32V, 电流为12~20m A。外部供电的外部电源应与FF信号隔离开。

为了适应FF现场设备软件更新换代, FF现场设备最好带有闪存, 以能时时在线更新最新版本软件, 并能记录所应用的版本号。

1.3 H1网段带FF现场仪表数量

FF规定每个段最多可接32台现场设备, 但实际证明每个网段接16台FF总线仪表可行。根据拜耳世界各地TDI、MDI项目, 美国MPP项目和国内许多大型石化项目等经验, 按下列配置更加可靠, 且可不对网段负荷进行计算:在防爆分区为Zone 1/2和安全区域内, 每网段FF总线仪表数量为12台, 其中包括20%的备用;在防爆分区为Zone 0内, 每网段FF总线仪表数量为6台, 其中包括20%的备用。

1.4 关键回路定义和应用

通常在HAZOP分析时将回路划分为3个等级, 以作为网段设计依据, 并应在网段和回路图中将级别表示出来:

(1) 一级回路。如果此回路故障可能引起全厂性停车或损坏无备用的关键或必须设备, 定义为一级回路。一个H1网段只能接1个此级别回路的定位器及相关检测设备, 不允许再连接其它同级别或任何其它级别控制回路, 但可接仅监视的设备。

(2) 二级回路。此回路故障可能产生紧急状态, 引起停车, 但操作人员及时采取措施, 可让故障快速恢复, 防止停车, 定义为二级回路。1个H1网段可连接1个此级别回路的定位器和相关的检测设备, 也可接更低级别的定位器, 或接仅监视的设备。但定位器总数不能超过2台。

(3) 三级回路。当控制回路故障时, 不会造成危险或停车, 定义为三级回路。这时每个H1网段可接1个这样级别的控制回路和相关的检测设备, 并可接同级别的定位器2台, 但此级别定位器总数不能超过3台。

对于多点温度、多点压力测量设备 (如反应器) , 应将FF现场设备分配在不同H1网段。

1.5 冗余

为了增强全厂安全可靠性, 通常整个控制系统考虑由冗余UPS供电, 控制系统的控制器电源和控制器, 重要的H1网段及供电、通信网络均冗余配置。

1.6 网段执行时间要求

通常定义如下:周期时间1000ms;预定通信时间700ms, 对于多点温度变送器为40ms;非预定通信时间300ms, 对于多点温度变送器为300ms;非预定通信更新时间0, 对于多点温度变送器为660ms。

在上述时间不超出的情况下, 为了确保最大负荷网段要求, 每个功能块的最大允许执行、通信时间为:H1卡与功能块间通信时间最大40ms;AI功能块的执行时间最大100ms, 多点温度变送器MAI功能模块为最大40ms;AO功能块的执行时间最大130ms;PID功能块的执行时间最大160ms。

1.7 网段配线设计要求

1.7.1 总的配线设计原则

传统控制系统接线方式通常是通过分支电缆将多个现场设备接到现场接线箱, 再通过一根多芯电缆将现场接线箱与控制室的接线柜连接起来。为了简化设计, 现场总线也尽量与之类似, 只是总电缆和分支电缆均为一根双芯FF电缆, 并尽量也使用鸡爪式配线。

1.7.2 FF总线电缆规格

FF总线电缆推荐选用A类18#AWG 0.8mm2 (也有一些公司使用0.75mm2) 7股铜芯绞合, 聚乙烯绝缘, 聚氯乙烯护套, 铝脂膜屏蔽电缆。

根据IEC要求, 屏蔽:90%覆盖;最大衰减率:3d B/km at 39k Hz;最大电容:115p F/m;阻抗:100OΩ±20%at 31.25k Hz;最大电阻:23.3OΩ/km。

1.7.3 FF总线电缆长度

根据ISA S50.02, 一个网段允许总线电缆总长最长为A类1900m, 包括干线和支线电缆, 每条支线电缆最长为120m。而实际电缆总长需根据电压及信号质量 (即信号衰减和失真) 来确定。以拜耳漕泾TDI项目为例进行计算:

(1) 2区场所, 其接线方式如图1所示。计算步骤为:

1) 电源模块采用P+F的HDI-FBPS-15.00, 其输出电压UHD2-FBPS=28V。

2) 干线电流计算。设现场每台设备电流为Ifield=40m A, 每段有8台设备, 段保护器 (接线箱) 有8个输出通道, 短路电流为45m A, 段保护器自我电流消耗为9m A, 则干线电流为:Itrunk=40+7×45+9=364m A。

3) 浪涌保护器选用P+F的DB-LBF-11.34, 其每线电阻为1.8Ω。则其电压降为UDPtrunk=Itrunk×2×1.8=364×3.6=1.31V。

4) 干线电缆压降。设回路电缆电阻为Rcable=44Ω/km, 则干线电缆压降为Utrunk=Rcable·Itrunk。

5) 段保护器 (接线箱) 选用P+F的R-JBSC-8, 其本身压降UR-JBSC-8≤1.3V (干线与支线间) 。

6) 支线压降。

设回路电缆电阻为Rcable=44Ω/km, 每条支线最长为120m, 则支线压降:Uspur=Rcable·Ifield=0.12×44×0.04=0.21V。

7) 此项目设备每台设备最小操作电压为10V。

8) 计算干线电缆长度。

现场设备与电源模块间允许电压降为:UHD2-FBPS-Ufield=28-10=18V。

因此干线电缆允许压降为:Utrunk-max=18-UDPtrunk-UR-JBSC-8-Uspur=18-1.31-1.3-0.21=15.18V。

因此, 该项目在2区的干线电缆总长不应超过940m, 每段的电缆总长应小于940+120×8=1900m。

(2) 1区, 仪表接线方式如图2所示。根据上述计算步骤, 该项目在1区的干线电缆总长应不超过570m。

为了避免对每个网段进行计算和减少验证要求, 通常对干线长度和支线长度作如下限制:干线电缆长度在安全区域不超过500m, 在Zone 1/2区不超过300m;支线电缆长度在安全区域不超过60m, 在Zone 1/2区不超过30m。

1.7.4 接地

仪表信号电缆必须对地隔离, 否则可能导致相应网段通信信息丢失。屏蔽线宜连接到端子柜侧单点接地, 尽量不在现场接地。

1.8 FF现场总线的防爆

以本安防爆技术为核心的FISCO (现场总线本质安全概念) 技术因其产品重量轻、体积小和可在爆炸性气体的危险环境带电操作等特点, 已成为现场总线防爆技术的首选。但随着该技术应用规模持续扩大和准入场所相继拓展, 划分为2区 (Zone 2) 的危险场所远远多于划分为1区 (Zone 1) 和0区 (Zone 0) 的危险场所。这对于以应用于0区和1区危险场所为主要目的FISCO技术而言, 在设计、制造和认证方面成本明显过高。近几年, 随着“n”型防爆技术的规范和普及, 仅限于使用在2区的“n”型防爆产品进入了防爆总线技术领域, 使源自于FISCO的FNICO (现场总线非易燃性概念) 技术存在着极大发展空间。“n”型防爆产品仅考虑正常工作条件, 在对电压及电流等安全指标放宽的同时还意味着FNICO允许在危险区域连接更多种类的现场设备, 从可靠性、高精度、经济性等角方面可获取更大效益。因此, 越来越多的公司如拜耳、巴斯夫等将FNICO技术作为2区防爆技术的首选, 而仍将FISCO技术应用于爆炸危险程度较2区相对较高的0区和1区, 以避免资源浪费。

拜耳上海漕泾TDI项目是采用现场总线方案的特大型项目, 现已投产使用, 根据要求, 该项目的现场设备部分安装在2区, 部分安装在1区, DCS采用Delta V系统。采取的防爆技术:

(1) FNICO技术应用于2区, 现场设备使用非易燃、无火花或隔爆型。无火花或限能安全型接线箱采用具有IP65防护等级的强化聚酯防护箱, 连接8台仪表, 并带分支短路保护和集成终端器。干线电缆选用无火花安全型 (Exn A) , 对于需限流分支的电缆选用限能安全型 (Exn L) 。2区现场仪表连接如图3所示。

(2) FISCO技术应用于0区或1区, 现场设备采用本安型。安全栅安装于机柜室机柜内 (也可安装于现场接线箱内) 。每个接线箱连接4台设备。干线电缆可采用增安型, 也可为本安型, 但使用增安型不能带电维护、维修。基于具体情况, 该项目干线采用增安型, 分支电缆采用本安型。0区或1区现场仪表连接如图4所示。

1.9 现场接线箱的要求

现场总线接线箱尺寸应根据与所连接的现场设备数量等确定, 并应能满足FISCO或FNICO技术要求, 耐温-45~70℃, 另外, 应包括:两个独立的输入/输出干线接口;跟连接现场设备数量匹配的独立分支线接口;现场总线终端器;每根缆线 (包括干线和分支线电缆) 的独立屏蔽接线端子;信号端子;分支线的短路保护;分支线的最大限流保护;分支短路或过电流指示灯;总线电源指示灯。

1.1 0 网段设计验证工具

INtools能够提供现场总线系统的设计和维护功能, 网段设计验证工作可通过INtools Segment Validation Report来完成。

通常在INtools设计过程中, 网段的很多参数都可按缺省值或/和最大值输入。为了尽量减少工作量, 通常仅修改实际数值超出缺省值的设备参数。但干线电缆长度应跟传统方式一样进行规定。

2 注意事项

(1) 在工程设计阶段, 现场总线回路的设计应符合设计规范, 回路组态合理。

(2) 在现场总线设备采购时, 所选用的总线设备必须与DCS主机联合测试, 通过测试的总线设备才能使用。

(3) 重视施工质量, 防止总线电缆压坏, 屏蔽线接地正确, 电缆连接接触良好, 加强检查监督。

(4) 现场总线回路投用前, 应先使用网段监视器FBT-6和FBT-5来测试总线电缆。将网段两端的设备拆下, 分别连接FBT-3和FBT-5, 其中FBT-5起到总线网段LAS的作用, 通过测试可发现网段连接中的问题。

(5) 加强培训现场总线控制系统设计、施工及维护人员, 检查现场总线回路故障的测试设备和软件, 以及时发现现场总线设备的故障。

摘要：介绍基金会现场总线 (FF) 的特点, 及其设计导向、防爆要求、电缆规格及长度等。

关键词：FF现场总线,网段,FISCO和FNICO防爆技术

参考文献

[1]钟耀球, 张卫华.现场总线系统设计与应用丛书[M].北京:中国电力出版社2009

浅析FF总线仪表的调试 第2篇

调试前调试人员应熟悉仪表使用说明书及设计提供的仪表规格书, 准备调试用表格, 并完成仪表的单体调试方案的编制。调试工作要求:调试前对到货仪表进行检查, 仪表位号、规格型号、材质、量程、测量范围、刻度、分度号、计量单位、显示面板、使用电源等技术条件, 是否符合设计要求, 检查仪表本身有无变形、损伤、零件丢失等缺陷;尺寸外形、连接尺寸是否符合设计要求;仪表调试过程中应做好详细的调试记录, 有问题的逐一记录下来, 并做好特殊标示;仪表应整齐存放, 并保持清洁;根据AK的要求不具备校验条件的特殊仪表 (如:分析仪表、流量仪表等) 可不做精度试验;试验完毕后保存好原始记录, 送电前必须检查供电电源及各种接线的正确无误。

2 仪表单校

2.1 总线仪表 (以下简称FF仪表) 单校的步骤:

1) 首先按475通讯器及仪表说明书的要求, 连接好仪表调试的线路;2) 打开475通讯器, 在主菜单上, 双击Foundation Fieldbus Application;3) 在Foundation Fie ldbus Application主菜单上, 选择Online。如果检测到通信, 屏幕显示现场总线在线设备列表Live Device Lis t。4) 在线设备列表中, 双击你要单校的仪表位号, 将出现块的清单;5) 双击要操作的块, 显示块菜单, 不同的块有不同的菜单, 如在转换块transducerblock中有基本的设置、详细设置、显示、标定、仪表状态等。6) 根据不同仪表所要求的菜单树, 进行相应的调校。FOURDATION Fie ldbus Application总线通讯———One line在线———Ok进入———Live De vice Lis t在线设备列表———Tag No仪表位号——显示块菜单———选择块菜单———基本设置/详细设置/显示/标定/仪表状态———测试合格———pass通过 (N的话就Change to dealwith program转入处理程序)

2.2 温度变送器 (FF总线) 校验

温度变送器 (FF总线) 校验时按图完成电源与一体化温度变送器;接通电源, 操作475读取并核对一体化温度变送器内部参数, 做好调试记录;具体步骤如下:

1) 在块的清单中, 双击“De tail”项, 检查仪表位号与地址号, 是否与设计图纸相符, 不符时, 按图纸进行修改。

2) 在传感器转换模块Se ns or Trans duce r Block中, 检查传感器标签tag-desc、传感器范围sensor_range、阻尼sensorldaming等参数;可按照要求进行设置。

3) 将传感器转换模块Se ns or Trans duce r Block的目标模式 (MODE-BLKTARGET) 设置为OSS;

4) 选择传感器的连接SENSOR-CONNECTION方式, 有2线、3线、4线, 如“RTDPt100 3-w ire”, 根据实际情况设置;

5) 设置传感器的类型, 如“Pt100”“E”等;

6) 设置传感器转换模块Se ns or Trans duce r Block的目标模式 (MODE-BLKTARGET) 为AUTO;

7) 进入AI功能块, 并将其设定为OOS模式;

8) 设置CHANNEL参数1-Se ns or1;

9) 设置L-TYPE参数为DIRECT;

10) 按照数据表DS中的温度测量范围, 设置XD—SCALE参数:0%、100%、单位Unit、精确度Pre cis ion等;

11) 设置OUT-SCALE参数与XD-SCALE匹配;

12) 根据实际情况设置报警参数:HI_HI_LIM、HI_LIM、LO_LIM、LO_LO_LIM;

13) 将AI功能模块设定为AUTO模式。

2.3 物位仪表

1) 音叉式物位开关检查时, 将音叉股向上放置, 通电后用手指按压音叉端部强迫停振, 输出继电器应动作。

2) 超声波物位计校验时, 通电后液晶显示面板及状态指示灯工作正常, 参数设置开关应符合工艺测量要求。

3) 阻旋式物位开关检查时, 通电后用手指阻挡叶片旋转, 调整灵敏度弹簧, 输出继电器应动作。

4) 导波雷达液位计检查时, 通电后用挡板在测量范围内挡着进行模拟试验, 看显示是否正常。具体设定用手操器或专用模块进行组态设定, 具体组态如下:在块的清单中, 双击“Detail”项, 检查仪表的位号与地址号, 是否正确?在传感器块Sensor Block中检查测量值m e as ure d valve、测量距离m e as ure d dis t、阻尼参数output dam ping, 可按照要求进行设置。

3 FF调节阀开关阀

智能式调节阀进行试验前首先用通讯器组态:

1) 在块的清单中, 双击“De tail”项, 会显示设备标签号Tag Num be r与设备地址, 检查此参数, 标签是否正确?是否与现场总线分配图中的地址是否相符?如不是, 修改成一致。

2) 对照数据表, 在转换块trans duce r block菜单 (De tail Se tup—Act and Vavle—Vavle、Trim、Aactor) 中检查阀门的参数, 是否与数据表一致?参数如下:阀的大小Valve size、阀的等级Valve clas s、行程Rate Trave l、泄露等级Le ak clas s、流动方向Flow Dire ction、流动作用Flow Te nds To、调节器大小Actuator Size、调节器的故障位置Actuator Fail Action;

3) 在详细设置De taile d Se tup中的Re s pons e Control—Tvl Pre s s Control项检查压力范围的高低Pre s s Range Hi、Pre s s Range Lo是否与铭牌一致?若不是, 进行调整。

4) 将调节阀上接干净、清洁的空气气源, 一般压力范围为:0.3—0.6MPa, 可根据不同的调节阀进行调节。

5) 在转换块trans duce r block菜单中, 双击标定Calibrate, 进入自动标定Auto Tvl Calib, 按照相应的提示进行操作即可;

6) 在转换块trans duce r block菜单中, 双击Stroke Valve, 可对阀进行0~100%之间的任何数值的手动操作, 一般选择0%、25%、50%、75%、100%”五点进行操作, 观察实际行程, 并作好记录, 行程的允许偏差应符合说明书的规定, 带阀门定位器的调节阀行程允许偏差为±1%, 完成后将阀门停留在0%的位置。

4 结语

浅谈FF总线仪表在DCS中的应用 第3篇

随着科技不断发展, 新型技术产业发展迅速, 尤其近些年来, 我国越来越多的中小型企业一改以往的半自动化控制, 全面自动化程度越来越高。本文重点探讨了现代工业顺序逻辑控制的集散型控制系统DCS和FF协议的现场总线仪表阀门问题与应用。

2 分散控制系统

DCS, Distributed Control System, 由过程控制级和过程监控级组成, 综合了计算机, 通信、显示和控制等4C技术, 其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。

一般来讲, 现场仪表通过安全栅到机柜的I/O卡件, 传送至控制器以及服务器, DCS系统的操作员站和工程师站都与服务器联系, 用于组态和实时数据调用。系统与仪表组成的框架如图1 所示。

图1中, configuration System是指控制系统, controller是指系统控制器, H1 Lower Speed Field bus是一种特殊的总线, 用于连接控制系统与现场FF仪表阀门。

DCS系统的工程师站主要进行离线配置、组态以及在线系统监督、控制、维护的网络节点, 主要配置有工具软件 (即组态软件) , 并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况, 使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定, 使DCS随时处在最佳的工作状态之下。

3 FF仪表阀门

采用现场总线型仪表, 不同于以往的4~20m A的单向传输, 现场总线能做到仪表阀门之间直接相互访问与控制, 可降低传输过程中的噪声干扰, 能够提高仪表的精度, 真正实现现场控制。

FF通讯协议具备开放型数字通信能力, 使自动化系统具备了网络特征。它以OSI开放系统互连模型为基础, 取其物理层、数据链路层、应用层, 并在应用层上增加了用户层。FF现场总线仪表传输信号采用曼侧斯特编码, 每位发送数据的中心位置都产生跳变, 以保持收发双方的时间同步。

系统控制器的FIM卡件, 通过许多子链路连接到现场的仪表阀门, 连接线使用的是特殊H1 总线, 每一路都有终端器, 图2 所示为现场总线设备连接设计。当设备连接到总线上, 会随机分配到一个248~251之间的缺省地址 (default address) , 然后用户根据当前的网段, 分配一个未被实用的永久地址 (permanent address) 。

图2 中, HOST FIM是指系统卡件, D是指设备, PS是指供电电源, PC是指电源调节器, T是指终端。该类型的仪表具备故障自诊断以及预测性, 可以将底层的报警监视、控制、累计等功能移到现场仪表中, 简化DCS系统控制方案的复杂性, 从而提高系统稳定性。

4 FF仪表在DCS中的应用

FF仪表在DCS系统中, 可远程配置仪表参数信息, 如传输过来的上下限, 以及仪表的报警值。

值得注意的是, 在仪表的AI模块里, range这一项中包含了非常重要的参数, “Transducer Channel No.”, 这是一个选择通道的参数设置, 对于不同的仪表, 需要选择不同的通道, 如压力变送器, 就需要设置为“pressure”, 液位计, 就需要选择“Level Linear zed”。其中较为特殊的是流量计, 因为有些流量计带有温压补偿功能的, 即该仪表具备集成了测温测压功能于一体, 那么就必须要设定好正确通道, “flow”, 不然选择其他通道后, 该仪表在DCS上显示出的就变成温度信号或压力信号了。

在DCS系统里可以读到很多仪表的信息, 如在“Maintenance”中包含了“Block Errors”功能, 这里有很多种类型的错误信息, “Local override”、“Input Failure”、“Out-Of-Service”, 有了这样的信息, 检修人员可以迅速的判断出该仪表的故障原因, 迅速拿出解决方案。

5 总结

FF仪表更多的减少硬件投资成本, 降低了维护和操作方面难度, DCS系统是工厂系统控制的核心, 两者相互结合与应用, 进一步提高了工厂生产稳定性及安全性, 为工厂实现最大效益。值得注意的是, 在FF仪表的功能块中, 是可以加载控制程序, 也就是说能够将控制方案下装至现场仪表里, 从而使得在未来的发展过程中, 依然具有很大的空间值得探索与应用。

参考文献

[1]吴琪瑜, 黄从智.基于FF的现场总线实验系统开发[J].工业控制计算机, 2009 (01) .

[2]童刚, 张城, 申庆花.基于FF现场总线的先进PID功能块设计[J].微计算机信息, 2009 (10) .