基金会现场总线控制技术 在上海赛科90万吨/年乙烯工程中的应用（一） 一. 上海赛科90万吨/年乙烯工程简介 上海赛科(SECCO)90万吨/年乙烯工程是由中国石油化工股份公司（SINOPEC）、上海石油化工股份公司（SPC）、英国石油公司（BP）合资建设。 该工程是目前世界范围内生产规模最大、工艺技术最新、自动化系统集成度最高的石油化工联合工厂。 该工程总投资预算约27.48亿美元，年产石化产品230万吨。 2005年3月18日，90万吨/年乙烯装置开车成功，标志着上海赛科90万吨/年乙烯工程所有的十套生产装置、公用工程及辅助设施进入正常生产试运行，赛科工程的投产，标志着大规模采用FF现场总线控制技术在现代化大型石油化工联合装置的应用获得了成功。 自动控制系统概况： 全厂设一个中央控制室，所有生产装置、公用工程及辅助设施等的操作控制和生产管理全部集中。 全厂设有十五个卫星控制外站(Outstation)，分别设在各个生产装置、公用工程及辅助设施内。各卫星控制外站内安装各种控制系统机柜，并设一台带工程师属性的操作站，面积大约50-300米2。全部按抗爆结构设计。最远的卫星控制外站到中央控制室的距离大约2.5公里，各卫星控制外站到中央控制室的各种信号全部采用双冗余光纤电缆通信方式传输。 仪表设备概况是: 现场仪表设备总共54025台，其中FF现场总线设备14375台,占26.6%；总回路数48200个，总位号168,000个；FF现场总线网段2473个,平均每个网段上挂5.8台FF现场设备，现场接线箱5300个。 二. 现场总线的优点 FF现场总线控制系统（FCS）是一种工厂现场网络控制系统，它是计算机网络和控制结合的新技术，它的优点是：FF现场总线具有开放性、互操作性与互用性；FF现场设备的智能化与功能自治化；FF现场总线功能高度分散化；FF系统采用全数字技术，准确性与可靠性高，为今后数字技术的发展打下了基础；FF系统安装材料与调试工作量减少；FF系统的故障诊断技术为降低设备生命周期成本提供了工具。 三. 对FF现场总线控制技术应用的要求 为了使现场总线的设计和安装符合工业控制系统现场总线标准(IEC 61158-2:1993)，上海赛科90万吨/年乙烯工程中对FF现场总线的设计、安装和调试作了规定。 1.关于FF现场总线物理层的考虑 FF总线网段和现场总线仪表构成现场控制层。它与DCS控制和管理层之间加入冗余智能接口网卡，Deltav系统是通过一块DCS机柜中的冗余H1接口卡，完成现场总线智能设备与DCS之间的数据通信转换。 1）链路活动调度器（Link Active Scheduler - LAS）的设置 FF现场总线采用的是令牌总线通信方式，收到令牌的现场总线设备可以在总线上发送数据，在某一时刻，只有一个现场总线设备能持有令牌。LAS的作用是提供给设备两种令牌：—种是按照预定的调度时间表发出通信命令，对所有的设备进行轮询，具有周期性，主要执行功能块调度，如数据转换和功能块运算等。另一种是在预定的调度时间表之外的特定时间段内，即在功能块执行运算的间隙，向所有的现场设备发送令牌信息，以便它们可以发送突发信息，如报警、改变设定值,操作指令等具有非周期性的信息。 在一个现场总线网段上应有二个LAS，主LAS设置在H1卡内；后备LAS设置在现场总线网段上的某一台设备中(一般是在通讯任务较轻的压力变送器内）。所有的FF总线仪表均有后备LAS功能，当主LAS不能工作时，其调度功能自动转移到后备LAS上 2） FF现场总线网段（Segment）硬件的限制条件 FF现场总线段的设计应考虑网段总的电流负载、电缆型号、干线长度、支线长度、电压降和现场设备数等。H1总线网段上可以挂的设备最大数量受到设备之间的通信量、电源的容量、总线可分配的地址、每段电缆的阻抗等因素的影响。设计可以使用Emerson过程管理公司提供的“现场总线网段设计工具”来检查。 （1）每个总线网段上FF设备数量规定 每个总线网段上最多安装12台FF现场总线设备。工程设计时按每根总线网段上安装9台FF现场总线设备考虑（每根总线网段将来可再安装3台现场总线设备）。根据统计，赛科乙烯工程每个总线网段上平均安装5.8台现场总线设备。 （2）每根总线电缆长度规定：每根总线电缆长度（干线加各支线总长度之和）不应超过1200米。单根支线长度不应超过120m。根据统计，实际上每根支线电缆长度平均20-40米。 （3）每个总线网段电源的规定：每个总线网段电源包括主配电电源和FF电源调整器，均为冗余配置。冗余的FF电源调整器应能热插拔，不影响正常通信，电源发出故障信号接点，用硬接线连到DCS中报警。该电源必须对地隔离。 （4）FF总线电缆连接的规定：根据IEC/ISA物理层标准中指定的电缆类型要求，统一规定全装置采用A型电缆（18AWS），屏蔽双绞线，并要求所有现场电缆是钢丝铠装型（SWA）电缆。 为了防止总线回路受潮，仪表和接线箱与总线电缆连接使用防爆电缆密封接头。规定采用MTL公司提供的增安型（EEx e）接线箱。 采用MTL的Megablock 端子块与各FF设备连接。每个Megablock端子块有短路保护作用，保证一个支路短路时不影响其它支路的FF总线设备，短路保护器将限制每支路的短路电流不超过60mA。能保护变送器上的电压不超过39V。其中终端器T具有过电压保护，当高于75V时对地放电。 关于屏蔽线的连接，在FF现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线要剪断，并要用绝缘带包好。各段总线电缆的屏蔽线应在接线箱内通过接地端子连接起来，屏蔽线只能在机柜侧（Marshalling）的端子接地，中间任何地方对地绝缘要良好。 如果干线电缆是多芯电缆，则不同总线网段的分屏蔽线不应在接线箱（JB）内被相互连接在一起，也不能与总屏蔽线连在一起。 （5）终端器的安装：终端器T安装在现场总线电缆的两个末端处。每个网段有两个终端器，分别接在该网段的两端，一个在FF电源调整器中，另一个在现场Megablock 端子块箱内。终端器有三个功能： （6）重要现场总线设备设置原则 Ⅰ级控制阀：一个总线网段上只允许连接一个Ⅰ级控制阀，该网段只连接与该控制阀直接相关的测量仪表。 Ⅱ级控制阀：一个总线网段上允许连接一个Ⅱ级控制阀，该网段还可连接一个Ⅲ级控制阀。不允许连接其它Ⅰ级或Ⅱ级控制阀。 Ⅲ级控制阀：一个总线网段上允许连接二个Ⅲ级控制阀，或者一个Ⅲ级控制阀和一个Ⅱ级控制阀。不允许连接Ⅰ级控制阀。 对于一些特定的设备，例如精馏塔，与塔底再沸器有关的FF总线设备应与塔项冷却器有关的FF总线设备应放置在不同的总线网段上。对于一些多参数测量的设备，例如多温度和压力测量的反应器，则FF总线设备应均匀地分布在一个以上的网段上。 3） 现场总线网段（Segment）应用软件限制条件 （1）为限制一个现场总线网段上的通信量，一个 总线网段设计不应超过2个控制回路。在一个现场总线网段上，功能块总运行周期时间0.25秒的现场总线设备不能超过3台。 （2）现场总线设备功能是由功能块的软件来执行的，这些功能块是嵌装在现场总线设备中的。功能块的组态是从现场总线控制系统上下卸载到现场总线设备中的。可以指定这些功能块是在现场总线设备中执行或在DCS控制器中执行。 现场总线段的功能块设置规定如下： • 模拟输入块（AI）始终在变送器上。 • 模拟输出块（AO）始终在调节阀定位器上。 • PID控制功能块：标准的单PID控制回路，PID功能块设置在调节阀定位器上。操作员仍然可以通过面板手动操作调节阀。 • 对于串级控制回路，主回路控制PID功能块在DCS控制器执行，副回路控制PID功能块在调节阀定位器上执行。 • 复杂回路控制PID功能块在DCS控制器中执行。 • 计算和逻辑的功能块在DCS控制器中执行， • 后备LAS（链路活动调度器）应优先放在压力变送器中。在没有压力变送器时，可以放在温度变送器中。在现场总线段上没有压力和温度变送器时，应确保该总线段上的所有设备仅用于监视。 • 对于任一个回路，要将控制功能块指派到现场设备中，应将变送器和控制阀设置在同一现场总线网段中。 四．现场总线回路的测试（略） 五．调试FF总线设备 1. 总线网段地址，以便DCS （DeltaV）系统能访问它。可以采用DeltaV 资源管理器（Explorer）来调试设备。在调试过程中，必须使现场FF设备中的参数和DCS中组态的相同位号FF设备的参数一致。设备调试后再将该参数下装到现场设备中。 2. 链接步骤如下： 1.将FF总线现场设备连接到总线电缆上 2.检查新安装的总线设备的参数 依次点击DCS中的Start / DeltaV / Engineering / DeltaV Explorer，从而打开DeltaV 资源管理器（Explorer）， 此时通过网络通讯在DCS的“未调试现场总线设备目录”下方就可以看到这台新安装的设备的参数， 3 确认总线设备处于备用状态 在调试总线设备前，将此总线设备处于备用状态。要确定总线设备是否处于备用状态，可选择未调试现场总线设备目录，从菜单栏中点击View / Details，确定右边的“