國產(chǎn)化FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在輕型動力裝置上的應(yīng)用

　　1.引言
　　
　　現(xiàn)場總線（Fieldbus）是20世紀(jì)末期出現(xiàn)并發(fā)展起來的，用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。基金會現(xiàn)場總線（FF）以其技術(shù)*而成為一種競爭力的總線技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個成熟的、開放的、全數(shù)字化的工業(yè)通信系統(tǒng)。現(xiàn)場總線基金會中國市場委員會（FFCMC）在報告中提到：“在中國，據(jù)不*統(tǒng)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(guī)模之大讓世人震驚，標(biāo)志著FF技術(shù)在中國已經(jīng)進入了大規(guī)模應(yīng)用的新階段。”
　　
　　國內(nèi)相關(guān)單位較早對FF現(xiàn)場總線技術(shù)進行了攻關(guān)，技術(shù)水平已經(jīng)處于世界前沿，包括芯片的研發(fā)、協(xié)議棧軟件的研發(fā)等等，產(chǎn)品化應(yīng)用也不斷取得進展。沈陽中科博微自動化技術(shù)有限公司已經(jīng)完成FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在輕型動力裝置上的規(guī)模化應(yīng)用。整個系統(tǒng)設(shè)計了36個FFH1網(wǎng)段，133臺FF現(xiàn)場總線儀表，其中，21臺總線電流轉(zhuǎn)換儀表解決了傳統(tǒng)4-20mA設(shè)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(jié)省了儀表設(shè)備費用。系統(tǒng)*采用國內(nèi)自主產(chǎn)品，工程設(shè)計、實施、調(diào)試都是由自行完成。目前，系統(tǒng)已成功投運，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，同時在系統(tǒng)的維護和診斷管理方面方便了用戶，節(jié)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(dǎo)向器、空氣系統(tǒng)、油路系統(tǒng)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)等構(gòu)成，共計有8路流量、88路溫度、55路壓力測點，通過數(shù)據(jù)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(tǒng)、增速箱系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等構(gòu)成，共計有2路流量、26路溫度、9路壓力測點，通過數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的測量，完成發(fā)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(zhǔn)確性要求高，非常適合采用FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。
　　
　　輕型動力裝置FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)全部采用沈陽中科博微自動化技術(shù)有限公司的FF總線認(rèn)證產(chǎn)品，包括支持FF總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)NCS4000，F(xiàn)F壓力變送儀表、FF溫度儀表、4通道FF電流轉(zhuǎn)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(nèi)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(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　圖1FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　
　　現(xiàn)場設(shè)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(nèi)設(shè)有主工程師站和工程師站，2套裝配有NCS4000的控制柜，負責(zé)采集壓氣機、燃燒室試驗臺測量數(shù)據(jù)，同時測量輔助管道的溫度、壓力、流量等參數(shù)，并對閥門、變頻器等設(shè)備進行控制；北測控室內(nèi)設(shè)有主工程師站和程師站，1套裝配有NCS4000的控制柜，負責(zé)采集整機試車臺測量數(shù)據(jù)。
　　
　　（1）控制站：整個系統(tǒng)應(yīng)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(tǒng)安全可靠。傳統(tǒng)IO模塊通過電纜連接電磁流量計、變頻設(shè)備、電機、油泵等信號；FFH1現(xiàn)場總線通訊模塊下帶有2個端口，即兩個網(wǎng)段，通過現(xiàn)場總線電纜（主干網(wǎng)絡(luò)）連接到現(xiàn)場總線接線盒，現(xiàn)場總線電纜（分支網(wǎng)絡(luò)）連接現(xiàn)場總線儀表，每個現(xiàn)場總線接線盒zui多帶6臺FFH1智能儀表。在現(xiàn)場分布安裝多個現(xiàn)場總線接線盒。
　　
　　（2）控制網(wǎng)絡(luò)：主工程師站、工程師站、控制系統(tǒng)之間以高速以太網(wǎng)為通訊介質(zhì)，應(yīng)用FFHSE協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互。控制網(wǎng)絡(luò)為冗余配置，為通信提供了安全性和可靠性。
　　
　　（3）FF現(xiàn)場總線智能儀表：采用的儀表有沈陽中科博微自動化技術(shù)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(xiàn)場總線電流輸出變送儀表，NCS-IF105現(xiàn)場總線電流輸入變送儀表。調(diào)節(jié)閥采用傳統(tǒng)的4-20mA信號閥門，應(yīng)用NCS-FI105現(xiàn)場總線電流輸出變送儀表，NCS-IF105現(xiàn)場總線電流輸入變送儀表可以將傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥接入FF現(xiàn)場總線網(wǎng)段中，大大降低了成本，有利于FF現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用與推廣；同時將所有的控制回路PID功能下放到FF現(xiàn)場總線儀表中執(zhí)行，提高控制安全性和準(zhǔn)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(zhí)行*控制功能。
　　
　　3.2.FF總線網(wǎng)段設(shè)計
　　
　　FF現(xiàn)場總線網(wǎng)段段的設(shè)計主要考慮了網(wǎng)段總的電流負載、電纜型號干線長度、支線長度、電壓降和現(xiàn)場總線zui大掛接設(shè)備數(shù)量等，同時，還受網(wǎng)段危險性與可操作性的影響。具體設(shè)計如表1所示。
　　
　　表1網(wǎng)段設(shè)計表
　　

工藝位置	網(wǎng)段數(shù)量	FF智能總線儀表
渦輪導(dǎo)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(tǒng)	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(zhuǎn)換儀表5臺
循環(huán)水系統(tǒng)	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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)備設(shè)計在同一網(wǎng)段中，每個網(wǎng)段zui多設(shè)計一個控制回路；由于輕型動力裝置測量數(shù)據(jù)比較集中，網(wǎng)段設(shè)計為星型拓撲結(jié)構(gòu)。
　　
　　整個系統(tǒng)共計設(shè)計36個網(wǎng)段，目前，實際使用30個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段zui多掛接6臺現(xiàn)場總線儀表，共計133臺FFH1現(xiàn)場總線儀表，平均每個網(wǎng)段掛接3.7臺現(xiàn)場總線儀表,留有2.3臺現(xiàn)場總線儀表的余量。
　　
　　4.總結(jié)
　　
　　沈陽中科博微自動化技術(shù)有限公司的FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)已經(jīng)在元寶山污水處理廠、氣化爐小試裝置等多處現(xiàn)場進行了工程應(yīng)用，均取得了預(yù)期的效果。在輕型動力裝置上規(guī)模化的應(yīng)用自主研發(fā)的FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、FF智能設(shè)備等硬件和軟件產(chǎn)品，完成FF現(xiàn)場總線工程的實踐應(yīng)用，確實體會了FF現(xiàn)場總線技術(shù)的一些優(yōu)勢：節(jié)省電纜和安裝材料，減少了工程量；可通過儀表進行標(biāo)定；功能更好地分散，實現(xiàn)現(xiàn)場控制；提高了測量的精度；全部采用國產(chǎn)化的產(chǎn)品，為用戶節(jié)省了費用。同時，從網(wǎng)段設(shè)計、FAT測試、工程實施、現(xiàn)場調(diào)試過程中，積累了FF現(xiàn)場總線技術(shù)工程化的經(jīng)驗，在FF現(xiàn)場總線技術(shù)探索路上邁出重要的一步。