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基金会积极推进总线技术 第五届FIA现场总线产品荟萃 基金会现场总线在中国十年获得巨大发展 现场总线控制技术在30000Nm3/h空分装置上的应用 基金会现场总线阀门定位器的应用实践 FF呈现全球活动趋势 基金会技术备受欢迎 FF总线国际应用三例 先进技术带来显著效益 FF成员厂家新产品层出不穷 方便用户选择 2007年7月17日至19日在北京中国国际展览 中心举办的“第五届中国国际现场总线与工业自 动化仪表展览会暨技术交流会”（FIA CHINA 2007），对于FF、Profibus、EPA、CC-Link等现 场总线，进行一次较深入的技术和产品展示巡礼。 现场总线技术依然是当今工业自动化技术革新中的 基金会积极推进总线技术 第五届F I A 现场总线产品荟萃 FF产品吸引着年轻的工作者和年长的专家注意 重要卖点。 此次展览会上，现场总线基金会展现出强大的 阵容，一共有14家国际著名公司参加了展出，他 们是ABB、E+H、Emerson、Honeywell、Mettler- Toledo、Metso、Moore、MTL、NI、P+F、Smar、 Turck、Yamatake、Yokogawa 。展出的产品有主 控系统五套，分别由Smar、ABB、EMERSON、NI、 Honeywell公司提供；现场仪表60台，包括有各 种温度变送器、压力变送器、执行器、网络设 备和辅件等，展出的设备共用两条橙色的电缆 线连接，在现场形成了可互操作的网络系统。 另外，由现场总线EDDL合作组织ECT提供互 操作性展台非常醒目，约有25台设备（包括西 门子PLC等）及其兼容软件，形成一个供操作的 演示系统。设备上赫然张贴着FF、HART、PNO （Profibus Nutzer）、OPC四个组织领导人的 头像，显示了总线系统具有广泛的技术合作基 础。 FF现场总线在全世界获得了极大的发展和和广 泛的应用，“FF在中国”杂志第12期的统计数字说 明了问题，目前现场总线基金会共注册了20个主控 系统、44种压力变送器、31种温度变送器、37种流 量变送器、31种物位仪表、53种执行机构、47种 现场分析仪器、17种链路设备、17种总线转换器、 42种电源和连接器、38种中继器和安全栅、以 及25种用户使用的解决方案和其它技术产品41 个，如此骄人的业绩引起了观众用户的重视。 现场总线基金会在FIA上进行了深入的技术 交流活动，会议由国际FF主席Rich Timoney， 中国市场委员会主席林永春主持并报告、曾硕 巍博士、姚永斌等应用开发工程师及用户单位 武汉有机实业股份有限公司吴伯沛高级工程师 主讲，与会者200多人。会上宣布了国际咨询公 司ARC的报告，表述了“2006年现场总线市场达 8.317亿美元,而基金会现场总线覆盖2/3的市场 份额”和“基金会现场总线为运营卓越提供自 动化结构”白皮书的信息。 会上吴工程师的用户实际经验证明，FF技术不 仅是大型过程控制工程的首选，而且也是中小化工 企业的明智选择。他亲自参加该厂自1997年以来 10套小型系统的工程，其中有非本安系统，也有本 安系统；有单回络，也有复杂的多回路控制的冗余 2 FIA展览会上，FF强大的产品阵容和连接成网的展览形式吸引 了众多的用户驻足观看 系统；其中最大的系统为4个操作站、4个冗余控制 器、20多个控制回路，80多台FF-HI现场仪表和200 多个测点。该厂由DDZ-电动单元组合仪表逐步改 造成FF为主的控制系统，从实际经验中体会到基金 会现场总线的易用性、灵活性、强壮性、迁移 性和扩展性等。工厂年销额从不足2亿元发展到 7亿多元，职工人数从1800多人下降到1000人左 右。会后许多用户和工程公司、科技开发公司 的听讲者与吴伯沛及制造商交谈，久久不愿离 去。 现场总线基金会参加第五届展览会正值基 金会现场总线进入中国10周年，会上举办了向 媒体发布成就的新闻活动，中国仪器仪表行业 协会现场总线专业委员会的秘书长陈铁君，语 重心长的说：“10年前我们坚定的选择基金会 现场总线，就是看到了她具有的技术先进性、开放 性和互可操作性。仅仅是10年的时间，FF就已经在 国际特别是在中国的市场上取得如此巨大的成果， FF技术讲座，使得200人的讲座大厅座无虚席 国际EDDL组织的可相互操作的演示系统成为展会一大亮点 不能不为此发出由衷赞叹和祝贺。我们坚信FF 会更加强大和获得更广泛的应用。” 在FIA技术交流会上，新加坡现场总线基 金会主席Jonas Berge代表国际ECT合作小组 作了一场题为“采用EDDL技术实时更新您的系 统和通讯设备”的讲演。当前，EDDL已经成为 IEC61804-3标准了，提供了一个互操作环境， 用于组态、设备标定、诊断、提供显示在用户 界面上的数据和报警，目前已经有2000万台现 场设备使用EDD技术，连接各厂商的主机。EDDL 在如下4方面得到了增强：增强了可视化和显 示能力、标准化的方法读取历史测量信息和设 备性能信息、使用增强工具用于显示和使用高 级信息、改进了用户界面菜单（窗口、标签、 组）；支持图像化信息图表和刻度盘指示。 EDDL设备可以使用OPC UA（统一架构）整合在 DCS、MES中。讲演中还对EDDL的创建、语言结 构和关键字、用户界面描述、EDD的开发过程、 EDDL对于操作系统的独立性（EDD为文本文件） 等进行了阐述，并阐明了如何保护最终用户和 供应商的利益，即互操作性、易于使用、快速 安装、全功能、最小化风险、可扩展。EDDL技 术还符合NAMUR NE105的要求。 现场总线基金会以强大的实力整体出现在FIA 展览会和技术交流会上，给观众和用户留下了深刻 的印象。大家对从FF展台和技术交流活动中的获益 感到欣慰。 国际现场总线基金会主席Rich Timoney先生在作报告 3 形成的，1999年国际电工委员会认定通过了8种现场 总线标准。根据国际著名咨询公司ARC的报告显示， 2006年过程现场总线市场达到了8.317亿美元，而基 金会技术覆盖了2/3的过程现场总线市场。据分析， 亚太将成为现场总线发展的引擎，估计年均增长率 为 32%，而中国又是亚太市场的主要增长点。 3. 经过在中国的十年发展，从实际应用中能 否总结出基金会现场总线技术给用户带来 哪些好处？ 现场总线技术的出现对分布式控制系统的结构 有着重要的影响，由于现场总线技术解决了控制系 统下层的数字通讯问题，因而也被视为控制系统下 层的一个计算机局域网或工厂过程的底层网。现场 总线技术解决了现场仪表、控制器、执行机构、分 散I/O、电气装置等现场设备间的数字通信，以及这 些现场设备与高级控制系统间的信息传递问题，使 得仪表及测量装置真正意义上成为了控制系统的整 体部分，也使得对现场设备的参数设置、调整组态 和动态管理等更为便利。 Ff现场总线是一种全数字、串行、双向通信网 络，同时也是一种专门针对过程自动化领域的应用 而设计的现场总线，它可以将各种现场设备, 如： 传感器, 执行器与控制器等连接在一起。现场总 线基金会的技术真正实现了一体化的自动化结构， 这是目前最先进和灵活的技术之一。随着中国经济 的继续高速增长，无论是新工厂的建立还是老企业 的改造，企业对新技术的需求越来越高，应用新技 术追求更高的效率和减少运营成本是企业共同的目 标。基金会总线技术是可以帮助企业提高效益和减 少运营成本的重要技术。许多实际的应用都证明了 这一点。通过对用户的使用回访，可总结出以下几 个特点： 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可获得更多 的操作与维护信息 Ff现场总线具有高度分散化的控制功能 系统调试便捷，便于组态、校准、维护和支持 Ff现场总线系统为全数字化技术，准确性与可 靠性高，为今后数字技术在控制系统中的进一步应 用奠定基础 系统扩展更灵活方便 降低了系统的运行成本 FFCMC执行主席林永春先生在技术交流会上答记者问 2007年7 月17 日，在北京召开的“第五届中国 国际现场总线与工业自动化仪表展览会暨技术交流 会”上，国际现场总线基金会中国市场委员会为庆 祝FF在中国发展十周年，举办了媒体发布会暨畅饮 香槟酒庆祝活动，会上现场总线基金会中国市场委 员会执行主席林永春做了报告并在会后回答了记者 的提问。现将采访焦点问题整理于后，以飨读者。 1. 基金会现场总线在中国的发展状况如何？ 基金会现场总线技术是从1997年进入中国市场 的，并在中国成立了现场总线基金会中国市场委员 会，市场委员会在中国举办了各种活动，每年都会 在不同的城市，针对最终用户、设计院及工程公司 举办基金会现场总线的技术交流会，同时也参加一 些自动化展会，展示各成员公司提供的基金会现场 总线技术。2005年在北京燕山石化仿真培训中心成 立了基金会现场总线技术的培训中心。编辑发行季 度刊物FF在中国，向各用户单位免费配送，与 用户分享有关基金会技术的发展和应用经验。在过 去的10年当中，现场总线基金会中国市场委员会获 得了许多具有重要意义的成就，成功推动了基金会 现场总线技术在中国的发展，目前这一技术已在石 油天然气、石化、冶金、电力、造纸、制药等工业 中得到应用，而且采用基金会现场总线技术的用户 数量每年都在递增。值得关注的是在中国还诞生了 几个世界级的现场总线项目，它们是上海赛科石 化、南海壳牌，以及正在进行的福建炼油项目。 2. 目前各种现场总线技术林立，基金会现场 总线的优势如何？ 现场总线技术是从20世纪80年代以来逐步发展 基金会现场总线在中国十年获得巨大发展 FFCMC执行主席林永春答记者问 4 4. 在整个推广过程有没有遇到过什么难题和 挑战？你们又是如何解决的？ 基金会技术所带来的好处有时不是在一开始就 能看到的，举个例子说吧，有些用户在采用基金会 现场总线技术的初期会发现在电缆的总成本上并没 有节省，事实上对项目的成本，我们做过这样一个 统计： 材料/现场设备：增加25% 安装劳动力：减少50% 调试：减少75% 工程：减少50% 只要按现场总线项目进行设计和规划，就能实 现25%-30%的费用节省。而基金会技术所带来的真正 的实惠是在系统整个运行生命周期中体现出来的。 主要表现在运行和维护成本的节省。 所以我们在推广基金会技术的过程中很重要的 一点就是把这种整体收益的概念带给用户。 5. 对于基金会技术今后的发展有何规划？ 基金会技术已经掀起了自动化技术的深刻变 革，而基金会组织对于基金会技术的开发和研究从 来没有停止过。现在基金会组织正在进行Ff安全仪 表系统设备的测试工作，预计在2008年将产生首台 经FF认证的SIS设备，并完成现场测试。 2007年3月6日FDT组织与 ECT达成一致，共同致 力于开发统一的设备集成方案。ECT组织由现场总线 基金会、HART基金会、Profibus基金会和OPC基金会 组成。这一合作的最终目标是将双方的优势相结合 成为一个国际标准。双方将成立专门的技术小组以 根据用户的应用案例来编写应用规范，并在2008年 前完成初稿。 另外随着无线技术的发展，基金会也开始编写 有关功能块和EDDL在监测、控制和安全应用上进行 设备无线通讯并实现互操作性的使用案例和要求， 同时还将编写例如手持组态和维护设备等主机无线 应用的使用案例和要求。 总之，我们所要做的还有很多，而技术发展的 最终受益者就是我们的用户。 FF在中国发展10周年庆祝会上，宾主举杯祝贺 （上接第19页） 5 它们可以由375现场通信器用 户从互联网上下载。升级容易 的特点有助于使用户很容易在 他们所在的工厂内继续通过他 们的375现场通信器支持所有 的仪表和阀门。通过Emerson Process Management网站了解 更多信息。 a MooreHawke容错系统保持通信畅通 MooreHawke ( Moore Industries- International公司旗下的一家公司)推出的 Trunksafe容错式现场总线系统是一种在DCS与现场 设备之间保持基金会现场总线通信畅通，万一出现 单点故障（诸如开路或短路）也不会中断通信的解 决方案，它的性价比高，而且还非常可靠。 Trunksafe是为整个容错的现场总线物理层服 务的，由两个冗余的现场总线直流电源调理器和一 个专门设计的设备耦合器组成，它们共同打造一个 安全的现场总线物理 层。Trunksafe解决方 案使所有的过程和诊 断通信保持畅通，不 会出现通信中断现象，即使网络电缆损坏或出现短 路也能保持通信畅通。它在硬件和软件都不变的情 况下，能与基金会现场总线H1网络和设备兼容。高 级物理层诊断对开路和短路，直流供电状态和网络 噪声进行检测与报告。 Trunksafe是MooreHawke推出的现场总线接口系 列解决方案中的最新一款产品，其它产品包括通用 的，非易燃（1类、1区）、1区和2区场合用的现场 总线设备耦合器和本安应用场合用的Route-Master 现场总线系统。 MooreHawke产品的技术支持是由Moore Industries的现场总线接口解决方案中心全球网络 负责的。 除了所有的电气运行状态指示、逻辑控制以及 几乎所有的温度指示采用传统的DCS控制实现外，其 它则采用FF现场总线控制方式实现。 图1所示为贵冶空分装置现场总线控制系统配置 结构图。 本系统选用的是横河公司最新推出的CS3000R3 控制系统，采用VNET/IP 1千兆以太网控制网络结 构，配置2台操作员站，1台工程师站，1台设备管理 现场总线控制技术在30000Nm3/h空分装置上的应用 江西铜业集团公司贵溪冶炼厂计控车间 钟耀球 张卫华 I/O类别AIAODIDORTD 点 数1487415179130 1. 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（以 下文中简称贵冶）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艾默生公司的DeltaV FF 总线控制系统，主要的配套装置空分系统选用横河 公司的CS3000 FF总线控制系统。整个工程于2005年 12月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建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 CS3000 FF总线控制系统在贵冶3万Nm3/h空分装置中 的应用，艾默生公司的DeltaV FF总线控制系统在贵 冶闪速炉、硫酸主工艺流程中的应用另文介绍。 2. 现场总线控制系统的配置及网络结构 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、分子筛系统、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，分类见下表： 图1 现场总线控制系统配置结构图 站，1台冗余控制站。 FF现场总线设备具体配置为： a）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）， 参看图2。 b）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 6 横河罗斯蒙特萨姆森西门子 EJA系列压力、差压变送器82 EJX系列压力、差压变送器14 3095多参量流量变送器1 AXF系列电磁流量计4 YTA系列双路温度变送器2 3787阀门定位器56 3730-5阀门定位器1 SIPART PS2FF1 多的一条网段为8台FF设备。网段连接结构示意图见 图3。 图2 FCS机柜 FF接点配置图 图3 网段连接结构示意图 c）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， 参看图4。 d）总线电缆采用国产电缆（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 BJYC3Y32 H1 1X2X0.8（18AGW）；分支线电缆为非 铠装金属丝屏蔽电缆，型号为BJYC3Y2H11X2X0.8 （18AGW）。 图4 FCS机柜 FF卡件电源(MTL电源)配置图 e）FF现场总线仪表配置161台件，详见下表： 厂商数量 仪表类型 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。 3. FF现场总线设计和安装以及组态应注意 的问题 此次空分装置使用的横河公司的CS3000 FCS总线 控制系统和FF仪表，尽管是FF现场总线技术在贵冶 的首次应用，但从系统设计到安装、调试、投运， 主要是依靠贵冶自己的技术力量完成的，因而积累 了一些工程经验，现就FF现场总线设计、安装、组 态应注意的问题罗列如下，供参考： （1）网段设计 网段设计应充分参考FF现场总线设计安装指 南，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，在网段设计完成时,最好把 现场FF仪表的位号和分配的地址提供给现场仪表设 备供应商，以便在设备出厂时将有关数据装入，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。 7 此外，可以借助于FF设备供应厂商提供的“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LAS 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H1卡，故本工程把后备的LAS设置在冗 余的H1卡上，这样做可以减少FF仪表费用。 （2）总线仪表功能块设计 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0.25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。 图5所示为FF仪表标准的单回路PID功能块设计 案例。 图5 单回路PID功能块设计图 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(5FCV1101)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。 图6所示为FF仪表复杂回路PID功能块设计案 例。 图6 复杂回路PID功能块设计图 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、分程控制块等,均设计在FCS系统控制器中处理。 （3） FF电缆施工要求 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。 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 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 （下转第15页） 8 基金会现场总线（FF）技术自推出第一批注册产品至今 的9年来，在流程性行业中受到越来越明显的关注。据有关方 面的统计，在国内已经有上百套中小系统在运行，其大规模 的应用也有了示范性的项目开始运行。 虽说FF现场总线基金会十多年来一直高举的大旗是“致 力于单一的国际现场总线”，但由于该组织的发起厂商大多 是在过程控制领域中“拼杀”多年的“高手”，因此所创建 的协议和总线设备的运行机制都更适合于流程工业。笔者在 多年的应用中对这一点有较深的感受。 FF基金会现场总线的最大特点是控制策略直接在现场设 备中运行，这一指导思想直接体现在其用户层独特的“功能 块”和“功能块连接”上。在通过一致性测试和互可操作性 测试的基础上，许多独具特色的现场仪表除了在测量、转换 等硬件方面有自己专有的技术之外，往往在功能块技术上还 有许多独到之处。FY302现场总线阀门定位器（以下简称为 “FY302”）就是一台很有特点的阀门定位器。 1. 性能特点 控制阀是调节回路的最终环节，在调节回路 中具有举足轻重的地位。一台性能欠佳的控制阀 不仅会影响过程发挥其全部的潜能，更有甚者， 它可能使过程控制性能恶化。有人通过实际调查 和统计，3067的先进控制应用没有达到预期 的性能，实际上许多已经停用。其中执行环节的 影响尤为重要。 众所周知，摩擦阻力是造成控制阀动作死区 的主要原因。阀门定位器可以看作是整个执行机 构机构的一部分，它的主要作用就是减小控制阀 的动作死区，提高控制阀动作的精度，因此其性 能就直接影响着调节回路的控制特性。大多数定 位器与阀门之间是通过机械连接传递阀门动作位 置的。因此，该连接处的间隙以及位置转换部件 的弹性变形又造成位置传递死区。而FY302最大 的特点之一就是它与执行机构的运动部件之间没 有机械连接，而是依靠霍尔元件对磁场的感应来 确认执行机构动作的实际位置。这就从根本上消 除了位置转换过程中机械连接所产生的误差，在 很大程度上减少了执行机构的死区。 基金会现场总线阀门定位器的应用实践 图1 FY302定位器在控制阀上的安装 FY302在气动薄膜调节阀上的安装如 图1，其主要性能指标如下： 分辨率：0.1% F.S. 重复性：0.1% F.S. 迟 滞：0.2% F.S. 环 境 温 度 影 响 ： 对 于 行 程 0.8%/20。 耗气量： 0.25 Nm3/h（1.4bar 气源压力下)； 0.70 Nm3/h（5.6bar 气源压力下)； 我们从它的性能指标中可看出，其对 控制阀的定位精度在同类产品中是较高 的。 （1） 结构 与大多数定位器不同该定位器的转换 武汉有机实业股份有限公司 吴伯沛 杨味苏 罗建军 9 部分，电气转换部分采用压电挡板喷嘴加滑阀的二级放 大电气转换结构，位置反馈采用无机械连接的磁场霍尔 传感的检测方法。其简化的原理框图如图2所示。 它的信号是由FF H1数字信号处理的主电路板给出的一个 阀位期望值模拟信号和一个控制信号组成。该阀位的期望值 与霍尔传感器测量到的实际阀位值经控制单元计算后，给出 一个使压电挡板产生形变的电压。压电挡板喷嘴组件将这 个动作信号转换成气压信号，然后通过滑阀放大后输出给执 行机构（膜片或气缸）。执行机构在定位器输出气压的变化 下，通过阀杆的动作产生一个新的阀位。阀杆动作的同时， 通过固定在阀杆上磁钢的动作使霍尔传感器感受到磁场的变 化。霍尔传感器所感受的新阀位同时反馈到模拟电路板和主 电路板。如此反复，直至满足预期的阀位为止。 图2 FY302电气转换原理框图 能。这个功能不仅提供了一种特殊情况下 通过定位器上液晶显示器进行设置的可能 性，同时还能避免随意的现场改动和保持 主电路板腔室与外部恶劣环境的隔离。 （3）软件特性 从现场总线的角度看，其现场设备并 不只是由传感器、电子元件和外壳组合而 成的一台仪表，而是在其网络中的一个可 相互识别和协同工作、并包含多个功能块 的现场节点。 现场总线基金会定义了应用层的三类 “模块”：资源块、传送块（也称为“转 换块”）和功能块。每台现场设备所能利 用的“模块”由生产商作为该设备的可用 资源，写入其固件中。阀门定位器的主 要特点由“阀门定位器传送块”决定。 FY302中的传送块有许多特点： 基金会为标准的阀门定位器传送 块定义了一个十分有用的功能“伺服 PID”。并同样设置了增益、积分时间和 微分时间三个用户可设置参数，为减小阀 门的密封摩擦造成的死区和执行机构动作 的时滞提供了有力的工具。另外，这三个 参数整定得好还可以用来减弱或消除阀门 的谐振现象（见下文）。 基金会为标准的阀门定位器传送 块定义的另一个十分有用的功能是通过 ACT_FAIL_ACTION参数实现的，它用于指 定当出现故障（除气源之外）时执行机构 的动作保持原位、全开还是全关。它 为操作人员维持生产和维修人员排除可恢 复故障提供了一种可能性。 制造商为FY302定制了阀门流量特 性改变的功能。它能够用来改变控制阀原 有的流量特性，以最好地适应工艺过程的 实际需要。它可以通过选择与控制阀固有 流量特性不同的流量特性代号来实现，也 可以通过用户设定一个最多20点坐标的曲 线来实现所需的特殊流量特性。 制造商还为FY302特制了一个自动 标定执行机构行程的参数SETUP。激 活该参数即可自动找到阀门全关和全开的 （2）硬件特性 FY302既能用于直行程执行机构，也能用于角行程执行机 构，定位器本体上无需作任何改动，只需改变位置反馈磁钢 的形式（组态中也改变一个选项）；角行程执行机构采用一 种磁钢即可实现30120转角的行程；直行程执行机构在 3100mm之间也只需在4种（最近增加了30 mm行程规格，之前 为3种）不同的磁钢中选配即可，使用非常方便。 FY302的能耗较低，静态电流为12mA。也就是说，在提供 100mA电流的FISCO本质安全栅的网段中能挂接8台与其相同功 耗的现场仪表。这对需要较多仪表组成复杂控制回路的本安 应用来说，优势是明显的。 近期FY302推出其远传阀位传感器的分体结构形式，通过 电缆可使定位器安装于距离控制阀最远达20m的地方。这样能 使定位器远离高温、潮湿、粉尘、油污或剧烈振动等恶劣环 境，也能为安装在特殊地点的阀门提供一个较好的现场观察 点。 FY302的另一个特点是以专用磁性工具进行的现场调整功 控制 隔离 控制信号 阀位信号 阀位反馈 主板电板 霍尔传感器电路 压电挡板 喷嘴 滑阀 气阻 霍尔传感器 执行器 磁 钢 阀 杆 阀 气 源 模拟电路板 转换器组件 阀门 10 位置。这个自动标定的过程既可在控制室 中进行，也可在现场采用磁性工具通过自 身的LCD显示来实现，整个过程只需25分 钟，大大减少了人工标定行程的工作量。 FF H1现场设备有两种：一种是 主设备，能作为后备LAS（链路活动调度 器）；另一种是基本设备，不能作为后备 LAS。FY302内置了主设备功能，可设置为 后备LAS（一般情况下，只要同一网段中 另有主设备，建议不在阀门定位器中设置 这一功能）。 如前所述，FF的最大特点就是基本上 不依赖控制室设备，而直接在现场设备中 实现控制策略。也就是说，其现场设备具 有很强的自主性。这就需要现场设备能提 供尽可能多的备选功能，以适应不同应用 环境的复杂控制的需要。 一个复杂的控制回路往往需要采用较 多的功能块来“搭建”。有的FF H1现场 设备中只有很少几种功能块，且同类型功 能块（如PID）往往只有一个。这样，组 态一个串级控制就需要调用其它现场设备 或主站中的功能块（见图3），而低速的 总线传输速率（31.25 kbps）在周期性信 息传输量较大时会导致宏周期增大，使回 路的响应时间随之增大。 FY302具有功能块“示例化”的功 能。这就是说，它具有一个较大的“功能 块库”，其中有较多种类的功能块可供用 户调用。即使是同类型功能块，也能够多 次调用。这就使用户在组态复杂控制回路 时有更多的灵活性，可以最大限度地压缩 设备间的周期性通信，以缩短宏周期，加 快网段中回路的响应速度。例如图3所示 的串级控制回路，如果在FY302中调用两 个PID功能块，就减少了两个需在网段上 传送的周期性通信（见图4所示），相比 图3所示的组态能使宏周期缩短70150ms 左右。 2. 应用实例和体会 用户与“现场总线”开发商看问题的 图3 三台设备搭建的串级控制回路 图4 两台设备搭建的串级控制回路 角度不同，他们看重的不是“全数字信号”、“双向、多点 通信”、“功能块”等“技术的先进性”，而是这些“先进 技术”对实际应用所带来的效益。 （1）实例 笔者使用的均是国产控制阀，采用FY302能否带来效益 呢？限于篇幅，仅在多套FF控制系统的许多案例中选取了以 下三个经多次印证的实例。 采用FY302，配合适合工艺的控制策略达到提高调节 品质目的。2001年4月苯甲酸提纯新工艺试验装置试车，一直 未获得预期效果。鉴于之前其它装置上的成功经验，公司决 定采用FF技术。笔者在系统中采用了FY302，其中一个温度 温度串级控制回路的功能块连接如图4所示。7月下旬再次试 车，由FY302定位的控制阀灵敏度达到了行程（25 mm）的 0.1%以上。总线设备到货安装一周内就生产出含量达99.97 以上的产品。从此，该系列产品的质量达到了国际上的最高 品质。 通过FY302中“先进定位器传送块”的伺服PID解决 阀门谐振问题。2003年笔者在公司一扩产项目中采用FY302等 11 FF H1现场设备组织了一套三种物料的质 量流量配比调节回路，且该工艺对三种物 料之间的配比要求十分苛刻。在运行一段 时间后，发现在某些工况下其中一种物料 调节品质变差。历史趋势曲线上可见明显 锯齿状波动。反馈阀位曲线也呈锯齿状， 明显是阀门谐振现象。这时即使切换到手 动，阀位也仍然跳动。在FY302的先进定 位器传送块中，有很多参数只要不组态即 为默认值状态（FF功能块特征之一）。笔 者对其中的SERVO_GAIN（伺服增益）参数 和SERVO_RESET（伺服积分）参数重新整 定，使其错开谐振频率，反馈阀位明显稳 定，实时趋势基本平稳。长期运行中该物 料的质量流量均能控制在6506 kg/h之 内。 通过FY302输出的目标阀位和反馈 阀位历史趋势分析，参考其它工艺参数诊 断出工艺装置故障。2005年2月5日上午， 某装置操作人员反映FRC-501回路控制阀 阀位偏大，且流量偏低。仪表维修人员检 查目标阀位与反馈阀位一致性很好，参考 其它检测和控制参数后确认为阀内及下游 工艺管道局部堵塞。停车清除阀门和管道 内污垢后开车，该回路阀位即恢复正常开 度，介质流量也恢复正常。 （二）笔者应用FY302阀门定位器 多年的体会是 阀门定位精度高。其技术指标为 0.1% F.S，在实际使用中只要安装正确 都能达到。安装固定较好的控制阀在回路 调节过程中，所达到的最佳实际阀位在万 分位上都很稳定。这时，定位器输出阀位 与执行机构反馈阀位的动态偏差平均仅为 0.05左右。FY302的应用能较大程度 地提高控制回路的调节品质。 在小开度下工作。由于FY302的伺 服PID能提高阀位的稳定性，这就使控制 阀能够稳定地工作在小开度下。笔者的实 际使用中，安装FY302的控制阀能在0.3 的开度下使回路保持平稳。 增大了可调范围。由于装配FY302的控制阀在小开度 下能具有很好的稳定性，因此使原设计可调范围为501的控 制阀的实际可调范围能提高到2001以上。 缩短工程周期。FY302实现了阀位行程的的自动标 定，只需正确地安装即可很快投入使用。 减少日常维护量。由于FY302中的“先进定位器传送 块”有较多用于设备维护和诊断的参数，通过对这些参数的 状态、记录的观察和分析可以了解定位器、控制阀乃至工艺 装置的工作状态（见实例），得出是否需要进行维护和修 理，甚至大约什么时候之前必须进行的结论，减少了大量盲 目的定期检修。 延长控制阀的使用寿命。由于定位精度的提高，减少 了阀门大量的无效行程，使控制阀运动部件的磨损减小，阀 门及其密封件可长期保持良好工作状态。 3. 注意事项 FY302自身的故障率很低，但再好的东西也需应用得当才 能发挥出其特点和优势。在实际的应用中，除了常规定位器 的使用条件以及上述组态、调整上的一些技巧之外，还应着 重注意以下几点： 环境温度。从FY302的性能指标中可知，其环境的温 度对于行程的影响是 0.8%/20。这个影响对于普通定位精 度低于1的定位器来说并不高，而对于FY302来说则是相当 大的。因此在安装时应重视其环境温度。在高温或环境温度 变化较大的场合应考虑采取保温隔热措施或直接选用远传位 置传感器形式。另外，其LCD显示器在10以下和60以上 也将不能正常显示。 潮湿、粉尘和油污。对于定位器来说，其排气口的 通畅直接关系其是否能正常工作。普通定位器排气口较小， 排气时流速较高不易堵塞。而FY302共有6个排气口，并采用 了大面积微孔的降噪结构，排气流速很低，极易堵塞。实际 运行中，大多数FY302的故障是潮湿和粉尘堵塞其排气口造成 的。因此应予以充分的重视。 现场巡查和日常维护。虽说现场总线的一大优势就是 “在控制室内即可看到一个透明的现场”，但还是不可 能“一览无余”到不需要现场巡查；其所具备的诊断功能也 不能做到无须日常维护。虽然FY302这样的现场总线设备故障 率确实很低，但切实的现场巡查和认真的日常维护仍然是现 场设备“长治久安”的一大法宝。 12 F F 呈现全球活动趋势 1. 在挪威 2007年3月21日至22日在挪 威桑讷菲尤尔的Park酒店,由 挪威电技术与自动化行业协会 （IFEA）主办的为期两天的会 议使最终用户、承包商、供应商 有机会聆听技术交流和最终用户 经验。此次研讨会上发言的有15 位代表，他们来自现场总线系统 与技术供应商和基金会技术的最 终用户。会议发言交流的内容涉 及现场总线应用通用经验以及诸 如现场总线安全系统，远程I/O和 无线解决方案等特定话题。 Roger Highton代表现场总 线基金会EMEA组织发言，发言 的题目是“基金会现场总线技术 应用遍及全球。”从发言中了解 到若干家跨国公司是如何应用以 潜在节约CAPEX（设备投资）和 节省OPEX（运行成本）为基础 的基金会技术的。 四十位与会代表也参观了 Pronova Biocare（一家位于 桑讷菲尤尔的生物技术工厂）。 Pronova Biocare几年前就用上了 基金会技术，最初用的是一套不大 的系统，在它之后还有两个大型系 统项目。工厂内的工程师发现，来 自现场总线系统的附加诊断信息是 非常有用的，特别是适合于演示操 作人员遇到过程问题的情况。遇到 问题时经常想当然地以为是仪表出 了问题，实际上它是一个需要不相 同作用的过程问题。 2. 在荷兰 4月18日在施泰因van der V a l k 酒 店 ， 4 月 2 4 日 在 阿 森 van der Valk酒店和4月25日在 Spijkenisse的Carlton Oasis 酒店举行了基金会研讨会。 荷 兰现场总线基金会和现场总线基 金会荷兰全国市场委员会为了使 对与会代表繁忙的日常安排的影 响降低到最低限度，荷兰市场委 员会决定会议举办地点要方便代 表出行，会议时间安排在工作日 接近结束时举行。研讨会计划安 排包括：会议第二部分内容涉及 基金会现场总线的技术领域以 及基金会技术如何满足和适应 仪表型安全功能（SIF）、OPC 应用、高速以太网（HSE）、 现 场 设 备 工 具 / 设 备 型 管 理 （FDT/DTM）电子设备描述语言 （EDDL）、HART和现场仪表的 诊断的需要。会议第三部分内容 是进一步推广基金会技术。会议 交流的内容表明，工程项目通过 实施现场总线，能够节约投资和 运行成本，而且效果更好的诊断 和与工厂企业的更好整合能够带 来效益。现场总线基金会负责 欧洲、中东、非洲事务的副总 裁Marc Van Pelt对此这样说， “我们欣喜地看到，代表反映都 很热烈。荷兰市场委员会下决心 在研讨会上既要尽可能通过一些 重要的议题来满足许多感兴趣群 体的要求，又要顾及个体关心的 问题，使他们通过讨论与提问也 能得到特有和定制的信息。” 3. 在中东 现场总线基金会中东最终用 户委员会第二届年会于2006年 12月12日至13日在巴林皇冠广 场酒店举行。为期两天会议使最 终用户、系统集成商和工程师能 深入了解基金会发展的信息。由 会议的20多家主办单位提供的基 金会产品和设备组成的桌面展示 活动使与会代表有机会与许多供 应商探讨各自关心的应用问题。 今年的Multaqa会议以维护 和诊断互可操作性为特色，用户 从中对分散控制系统与仪表之间 的维护和诊断互可操作性进行评 估。Multaqa年会前，基金会还 开展了为掌握新的“动手实践” 经验的仪表与控制专业技术人员 开设的为期三天的基金会技术培 训课程。 4. 在独联体和波罗的海国家 2007年8 月3日消息，现场 总线基金会成立了一个独联体和 波罗的海(CIS&B)地区的营销委 员会。该组织的成立是为回应独 联体和波罗的海地区对新技术的 加速增长需求，由领先的过程自 动化公司代表组成，将促进整个 独联体和波罗的海市场采用基金 会现场总线技术。 现场总线基金会独联体和 波罗的海营销委员会(FF-CIS&B MC)是在6月26日至29日的莫斯 科国际石油和天然气展览会( MIOGE )期间举行的一个会议上 正式成立的。该委员会将举办一 系列现场总线的相关活动,包括 培训研讨会、交易会展览以及终 端用户展示。 基金会技术备受欢迎 13 参与该委员会的公司包括： 艾默生过程管理、霍尼韦尔、 MTL/VSP、倍加福、R. Stahl以 及横河，而且得到了现场总线基 金会EMEA筹划指导委员会两家 代表以及现场总线基金会EMEA 执行咨询委员会（EAC)的直接 支持。EMEA EAC承诺保证提供 可用的资源和材料以支持在独联 体和波罗的海地区采纳基金会技 术。 在成立会议上，现场总线基 金会独联体和波罗的海营销委 员会任命了艾默生过程管理的 Dmitri Volkov为主席，VSP/ MTL公司的Vladimir Frolov 为 副 主 席 ， 而 S t a h l 公 司 的 Alexander Makhmudov 为秘书 长。 委员会已经计划在该地区为 终端用户、EPC和咨询人员举办 一系列教育研讨会，让他们学习 更多关于基金会技术的执行。这 些研讨会将讲述实施基金会现场 总线技术的经济意义，特别是 关于CAPEX 和OPEX可完成的节 省、标准和互用性、物理层设计 过程、项目执行、资产优化、可 升级的开放式集成、过程完整性 以及商业智能。第一个研讨会将 在2007年的10月份在俄罗斯的 莫斯科举行，第二个将在2007 年11月份在乌克兰的基辅举办， 而第三个将在2008年的二月份 在俄罗斯的圣彼得斯堡举办。 委员会还计划在2008年举办 更多的研讨会，而且在该地区建 立一个终端用户理事会(EUC)， 以使基金会技术的使用者可以分 享他们的经验，开发最优的方 法。独联体和波罗的海营销委员 会主席Dmitri Volkov希望这一 系列的研讨会取得进步，“人们 有极大的热情学习如何利用数字 技术产生最大的价值。我们致力 于与咨询人员、工程承包商以及 终端用户共同努力合作，应用基 金会现场总线技术以创造更好的 商业效益。” 独联体和波罗的海地区独立 国家联合体（独联体）由以下一 些在1991年苏维埃社会主义共 和国(苏联)解体之后分裂出来的 独立国家组成：亚美尼亚,阿塞 拜疆,白俄罗斯,格鲁吉亚,哈萨 克斯坦,吉尔吉斯斯坦,摩尔多 瓦,俄罗斯,塔吉克斯坦 土库曼 斯坦,乌克兰,乌兹别克斯坦；波 罗的海国家包括爱沙尼亚,拉脱 维亚和立陶宛。 5. 在南美 现场总线基金会宣布组建巴 西市场委员会。该组织由过程 自动化大公司的代表组成。他将 通过巴西工业领域推广基金会现 场总线。委员会将组织各种各样 与现场总线有关的活动，包括培 训、研讨会、专业展览会和最终 用户演示。 现场总线基金会市场经理 Bill Tatum对建立新的市场委 员会表示欢迎。“基金会现场 总线在巴西广受欢迎，它是新建 项目和技改项目都使用且技术领 先的工厂自动化技术，”他说。 “我们认识到将现场总线解决方 案推广到巴西工业的各个领域时 市场委员会成员的支持的重要 性。” 巴 西 市 场 委 员 会 已 于 2 0 0 7 年 6 月 1 2 日 在 圣 保 罗 的 Renaissance酒店举办现场总线 教育研讨会，该研讨会是巴西国 内举行的同类型的首次教育会 议，它将提供大量信息，集中介 绍基金会技术正如何“变革工业 自动化的应用领域。” 为期一天的研讨会面向最终 用户和工程师，内容涉及基金 会自动化基础设施管理的方方面 面。研讨会发言使用当地语言， 与会代表也将获得一张内有会议 发言资料，技术指南和工作坊宣 传资料的光盘。 圣保罗研讨会除了技术交流 外，还将安排最新推出的基金会 现场总线产品与解决方案的桌面 展示活动，参展的厂商和教育机 构包括ABB、Emorson等13家。 6. 在印度 新建立的现场总线基金会印 度市场委员会（FF-IMC）由主 要的过程自动化公司的代表组 成，旨在全印度市场推广基金会 现场总线技术，主办现场总线相 关的活动，包括培训、研讨会、 专业展览会和最终用户演示活 动。 现场总线基金会市场经理 Bill Tatum宣布，“印度市场 委员会的建立将证明，基金会 现场总线在全球增长最快的工业 地区之中有很大的需求。我们新 组建