FF现场总线在SECCO项目中的应用

一、SECCO项目 SECCO(Shanghai Ethylene Cracker Complex Project)是指上海乙烯裂解联合装置，由英国BP公司、中国石化、上海石化共同组建，共包括以下五套工艺装置。 ①90万吨/年乙烯装置(采用ABB LUMMUS工艺技术)，20万吨/年芳烃提取装置和9万吨/年丁二烯提取装置。 ②50万吨/年苯乙烯装置(采用ABB LUMMUS工艺技术)和30万吨/年聚苯乙烯装置(使用BP技术)。 ③60万吨/年聚乙烯装置(采用BP工艺技术)和25万吨/年聚丙烯装置(使用BP技术)。 ④26万吨/年丙烯腈装置(采用BP工艺技术)。 ⑤公用工程和OSBL，包括蒸汽生产、发电以及罐区等。 整个联合装置由SECCO ICS(Integrated Con-trol System)来进行监视和控制，其中ICS又由DCS、SIS、F&G、AHP、GPC组成。DCS采用的是FisherRousment公司基于FF现场总线的DeltaV控制系统；SIS为仪表安全系统；F&G(Fire&Gas)系统通过冗余的Modbus串行线与DCS系统连接，由DCS对火灾报警、烟气检测以及其他与F&G相关的信息进行显示；AHP(Auxiliary Hardwired Panel)辅助硬连线盘上安放有SIS系统的紧急停车按钮、过载开关和信号类等部件；GPC(General Purpose PC)用来完成全厂CCTV和LAN的实现。 全部装置由一个中央控制室(Central Control Room CCR)和十四个外站(Outstation)构成，中央控制室用于监视管理所有的工艺装置和公用设施，是联合装置中最关键的部分。每个装置会有若干个外站，所有现场仪表信号都先传送到外站，再从外站送到中央控制室。DCS、SIS、F&G系统的控制器都放在外站里，每个外站都有一个操作员，平常不设人员值班，仅仅是用来方便现场操作人员就近使用的，如进行仪表调试(包括回路测试)等。 二、FF现场总线特点 基金会现场总线(Foundation Fieldbus)通常称为FF现场总线，它分为H1和H2两级总线。H1采用符合IEC 61158-2标准的现场总线物理层；H2则采用高速以太网为其物理层。 H1现场总线物理层的主要电气特性如下：采用位同步数字化传输方式；传输波特率为31.25kbit/s；驱动电压9～32V DC；信号电流±9mA；电缆型式屏蔽双绞线；接线拓扑结构可采用线形、树形、星形或者符合形；电缆长度小于等于1900m(无中继器时)；分支电缆的长度30～120m；挂界设备数量小于等于32台(无中继器时)；可用中继器小于等于4台；适用防爆方法有本质安全防爆方法等。 三、FF现场总线的网络构成 3.1 网络拓扑结构 现场采用鸡爪形(Chickens Foot)拓扑结构，每个段仅有一个鸡爪，在SECCO项目中不允许使用复式鸡爪形拓扑结构。 3.2 总线供电 H1现场总线在一根屏蔽双绞线电缆上完成对多台现场仪表的供电和双向数字通讯。控制系统所配备的H1网卡通常只负责与现场仪表的双向通讯。而总线的供电则需由专门的FF配电器完成。 H1总线以段为单位，每块H1网卡有两个端口，每个端口连接一个段，而每一段需配一台FF配电器。总线的两端还需各配一个终端电阻，以消除高频信号的回声。 现场总线网络有许多需要外置电源供电的二线制现场设备，一般工作电压为9～32V，典型为24V。每台设备吸收电流在10～25mA之间。为了确保足够的电压维持运行，就必须在现场总线区域配置时知道每台设备的功耗、位置、电缆的阻抗和电源电压等情况，分别计算出干线、支线上的电压降，最终得到现场设备上的电压。 3.3 电缆线 现场总线的物理信号、终端、电源、本质安全等与常规仪表不同，两者使用的电缆必须加以区别。可供的通讯速率为31.25kb/s的H1现场总线的电缆线类型、规格、最大长度等，应根据工程需要来选择电缆。一般首选A型用于新装置；B型可作为替代器；C型、D型仅用于改造的装置。 在工程中，必须注意电缆线的屏蔽与接地，首选A、B型屏蔽电缆。C、D型电缆也可将导线穿于金属管中进行屏蔽，使用屏蔽电缆后，需将各支线与干线的屏蔽连接起来，然后集中一起进行接地；必须注意电缆线与设备连接的极性问题，因此，现场总线使用的曼彻斯特信号是交替电压，每bit改变1次或两次极性。在非供电网络中只存在这种交流电压。在供电网络中交替电压是叠加在给设备供电的直流电压之上。无论那种情况，现场总线接受电路只注意交替电压。正、负电压的跳变表示不同的意义。因此，现场总线的信号是有极性的。总线的供电设备也是有极性的。必须相同的极性连接在一起。使用彩色标记的电缆线以方便施工。目前，还有一种网络供电的非极性设备，它能实现自动极性检测和校正，正确地接受不同极性的信号，使用时可以盲接。 3.4 短路保护 在FF现场总线的每一个段中挂有多台设备，如果在实际使用当中任何一台的连线短路，都会对整个段产生致命的损害，因此必须充分重视FF总线的短路问题。这是因为：首先，FF总线是在一对屏蔽双绞线上挂接了多台现场仪表，其中任何一台仪表的短路，都会导致整段总线的短路。当在线维护仪表外壳，从而造成短路。即使这种短路是短暂的，也会危害整段总线的正常工作；其次，由于一段总线上任何一点的短路，都造成整段的短路，使得查找和排除短路故障比较困难。比如，某段总线挂接了8台现场仪表，末尾还有一台网端。这8台仪表的安装位置可能相距30m或3层平台。当该段总线发生短路时，仪表维护人员无法直观地判断是那台表发生短路，也无法判断是只有一个短路点，还是不止一个。必须做好检查所有8台仪表的准备。也许要花一个小时、来回跑几百米、上下爬几层平台，才能找到问题所在。 解决短路保护问题，最直接有效的办法是采用具有总线各分支短路保护功能的现场接线盒。这种短路保护接线盒可以使得任何一台仪表的短路都不影响本总线段其他仪表的工作，而且使得仪表维护人员在控制室内便可以对短路故障点一目了然。 3.5 SECCO特定规则 SECCO项目在FF现场总线的使用当中，根据具体的实际情况制定了许多规定，简略如下： ①标准控制回路中的阀门和变送器应该位于同一个段中，例如在一个压力回路中，压力变送器和阀门应该位于同一个段中。 ②在现场每一个段中必须至少有一台仪表具备LAS备份功能。 ③每个段挂接的仪表数量不超过12台。一般情况下每个段设计负载为9台，另外3台留作将来增加使用。 ④每个段的负载中的阀门不超过2个。 ⑤一个段中功能块处理时间为0.25秒的仪表的数量不超过3个。 ⑥对于标准的控制回响，控制(PID块)设置在阀门定位器中。串级控制中，主控制回路在DCS中，副回路则由阀门定位器来实现。 ⑦对于采用多点测量的设备，例如采用多点温度和多点压力测量的反应器，应将仪表均匀地分布在多个段中。 ⑧主LAS位于H1控制器中，在现场设备中至少有一个备份LAS。 ⑨一个段的分支电缆长度不能超过120米，并尽可能将每个分支设计在10米之内。 ⑩在现场，所有FF现场总线仪表都通过在电缆标识的末端使用附加的桔红色镶边，来和传统的4～20mA仪表进行区分。 四、结束语 FF现场总线技术在SECCO项目中如此大规模的应用，在国内是不多见的。该套现场总线控制系统在工业自动化领域达到了世界先进水平。从安装、布线、仪表的使用到现场操作和维护都节约了大量的费用。在今后的应用中，应充分发挥其灵活的拓扑结构、真正的可互操作性及开放性等功能，尽快掌握现场总线控制系统在工程方面的应用技术，最大限度的发挥其功能，更好地为生产和管理服务。