國產化FF現場總線控制系統在輕型動力裝置上的應用

　　1.引言
　　
　　現場總線（Fieldbus）是20世紀末期出現并發展起來的，用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現場智能設備互連通訊網絡。基金會現場總線（FF）以其技術*而成為一種競爭力的總線技術，經過多年的發展，已經形成了一個成熟的、開放的、全數字化的工業通信系統。現場總線基金會中國市場委員會（FFCMC）在報告中提到：“在中國，據不*統計，幾百個大中項目遍及大江南北，其中不乏*大項目，如上海賽科石化、廣東惠州中海殼牌石化工程和福建煉油乙烯工程，其規模之大讓世人震驚，標志著FF技術在中國已經進入了大規模應用的新階段。”
　　
　　國內相關單位較早對FF現場總線技術進行了攻關，技術水平已經處于世界前沿，包括芯片的研發、協議棧軟件的研發等等，產品化應用也不斷取得進展。沈陽中科博微自動化技術有限公司已經完成FF現場總線控制系統在輕型動力裝置上的規模化應用。整個系統設計了36個FFH1網段，133臺FF現場總線儀表，其中，21臺總線電流轉換儀表解決了傳統4-20mA設備的總線接入問題；多通道溫度采集儀表可以采集8個溫度測點，節省了儀表設備費用。系統*采用國內自主產品，工程設計、實施、調試都是由自行完成。目前，系統已成功投運，系統運行穩定、可靠，同時在系統的維護和診斷管理方面方便了用戶，節省了費用。
　　
　　2．工藝流程簡介
　　
　　輕型動力裝置包括燃燒室試驗臺、壓氣機試驗臺、整機試車臺。燃燒室試驗臺由試驗件、渦輪導向器、空氣系統、油路系統、循環水冷卻系統等構成，共計有8路流量、88路溫度、55路壓力測點，通過數據的測量，完成燃燒室的性能研究；壓氣機試驗臺由試驗件、空氣系統、增速箱系統、滑油系統等構成，共計有2路流量、26路溫度、9路壓力測點，通過數據的測量，完成壓氣機性能研究；整機試車臺共計有3路流量、33路溫度、16路壓力測點，通過數據的測量，完成發動機性能研究。輕型動力裝置的測點分布集中，控制回路的安全性和準確性要求高，非常適合采用FF現場總線控制系統。
　　
　　輕型動力裝置FF現場總線控制系統全部采用沈陽中科博微自動化技術有限公司的FF總線認證產品，包括支持FF總線技術的網絡化控制系統NCS4000，FF壓力變送儀表、FF溫度儀表、4通道FF電流轉換儀表、8通道FF溫度采集儀表，以及總線接線盒、電源和終端匹配器；總線電纜也由國內廠商提供，采用常州八益A型電纜。
　　
　　3.控制方案
　　
　　3.1.控制系統結構
　　
　　圖1FF現場總線控制系統結構圖
　　
　　現場設有2個控制室，分別為東測控室和北測控室，測控室間通過光纖連接。東測控室內設有主工程師站和工程師站，2套裝配有NCS4000的控制柜，負責采集壓氣機、燃燒室試驗臺測量數據，同時測量輔助管道的溫度、壓力、流量等參數，并對閥門、變頻器等設備進行控制；北測控室內設有主工程師站和程師站，1套裝配有NCS4000的控制柜，負責采集整機試車臺測量數據。
　　
　　（1）控制站：整個系統應用3套支持FFH1接入功能的NCS4000控制站，每套控制站中采用控制器冗余、IO冗余，保障系統安全可靠。傳統IO模塊通過電纜連接電磁流量計、變頻設備、電機、油泵等信號；FFH1現場總線通訊模塊下帶有2個端口，即兩個網段，通過現場總線電纜（主干網絡）連接到現場總線接線盒，現場總線電纜（分支網絡）連接現場總線儀表，每個現場總線接線盒zui多帶6臺FFH1智能儀表。在現場分布安裝多個現場總線接線盒。
　　
　　（2）控制網絡：主工程師站、工程師站、控制系統之間以高速以太網為通訊介質，應用FFHSE協議進行數據交互。控制網絡為冗余配置，為通信提供了安全性和可靠性。
　　
　　（3）FF現場總線智能儀表：采用的儀表有沈陽中科博微自動化技術有限公司NCS-PT105IIS系列擴散硅智能壓力變送儀表，NCS-PT105II系列智能差壓變送儀表，NCS-TT108智能溫度變送儀表，NCS-FI105現場總線電流輸出變送儀表，NCS-IF105現場總線電流輸入變送儀表。調節閥采用傳統的4-20mA信號閥門，應用NCS-FI105現場總線電流輸出變送儀表，NCS-IF105現場總線電流輸入變送儀表可以將傳統調節閥接入FF現場總線網段中，大大降低了成本，有利于FF現場總線技術的應用與推廣；同時將所有的控制回路PID功能下放到FF現場總線儀表中執行，提高控制安全性和準確性，縮短了控制周期，降低了控制器的運行負荷，使得控制器有更多資源可以用于執行*控制功能。
　　
　　3.2.FF總線網段設計
　　
　　FF現場總線網段段的設計主要考慮了網段總的電流負載、電纜型號干線長度、支線長度、電壓降和現場總線zui大掛接設備數量等，同時，還受網段危險性與可操作性的影響。具體設計如表1所示。
　　
　　表1網段設計表
　　

工藝位置	網段數量	FF智能總線儀表
渦輪導向器	1	8通道智能溫度儀表3臺，共計18個溫度測點
空氣系統	3	8通道智能溫度儀表1臺，共計7個溫度測點；智能差壓儀表3臺；智能壓力儀表6臺；智能總線電流轉換儀表5臺
循環水系統	3	8通道智能溫度儀表4臺，共計27個溫度測點；智能壓力儀表7臺，智能差壓儀表3臺
1段燃燒室	4	8通道智能溫度儀表2臺，共計12個溫度測點；智能壓力儀表14臺；智能總線電流轉換儀表4臺
2段燃燒室	4	8通道智能溫度儀表2臺，共計12個溫度測點；智能壓力儀表14臺；智能總線電流轉換儀表4臺
3段燃燒室	4	8通道智能溫度儀表2臺，共計12個溫度測點；智能壓力儀表14臺；智能總線電流轉換儀表4臺
壓氣機	4	8通道智能溫度儀表4臺，共計26個溫度測點；智能壓力儀表9臺；智能總線電流轉換儀表4臺
整機	6	8通道智能溫度儀表5臺，共計33個溫度測點；智能壓力儀表16臺
其它	1	8通道智能溫度儀表2臺，共計11個溫度測點；智能差壓儀表1臺
總計	30	133

　　總線電源采用24VDC、1A電源；主干線長度不超過100米，分支長度不超過30米；通訊速度為0.5秒；將控制回路中的智能儀表設備設計在同一網段中，每個網段zui多設計一個控制回路；由于輕型動力裝置測量數據比較集中，網段設計為星型拓撲結構。
　　
　　整個系統共計設計36個網段，目前，實際使用30個網段，每個網段zui多掛接6臺現場總線儀表，共計133臺FFH1現場總線儀表，平均每個網段掛接3.7臺現場總線儀表,留有2.3臺現場總線儀表的余量。
　　
　　4.總結
　　
　　沈陽中科博微自動化技術有限公司的FF現場總線控制系統已經在元寶山污水處理廠、氣化爐小試裝置等多處現場進行了工程應用，均取得了預期的效果。在輕型動力裝置上規模化的應用自主研發的FF現場總線控制系統、FF智能設備等硬件和軟件產品，完成FF現場總線工程的實踐應用，確實體會了FF現場總線技術的一些優勢：節省電纜和安裝材料，減少了工程量；可通過儀表進行標定；功能更好地分散，實現現場控制；提高了測量的精度；全部采用國產化的產品，為用戶節省了費用。同時，從網段設計、FAT測試、工程實施、現場調試過程中，積累了FF現場總線技術工程化的經驗，在FF現場總線技術探索路上邁出重要的一步。