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1、现场总线控制技术现场总线控制技术在在3万万NM3/H空分装置上的应用空分装置上的应用 2007年11月1日江铜集团贵溪冶炼厂张卫华1.1.工程介绍工程介绍 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、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。2.2.现场总线控制系统的网络结构及配置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
3、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）。FFFF现场总线设备具体配置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。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
4、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（18AGW）;分支线电缆为非铠装金属丝屏蔽电缆，型号为（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 西门子现场总线
5、设计和安装以及组态应注意的问题现场总线设计和安装以及组态应注意的问题网段网段设计设计 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L
6、AS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H1H1卡，故本工程把后备的LAS设置在冗余的H1H1卡上，这样做可以减少FF仪表费用。总线仪总线仪表功能表功能块设计块设计 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(5F
7、CV1101)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
8、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FFFF电缆电缆施工要求施工要求 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
9、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。
10、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。4.4.应用中遇到的问题应用中遇到的问题 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）
11、，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
12、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 谢！谢！