大型石化装置全集成自动化系统和FF现场总线的应用ppt课件

1、 大型石化安装选集成自动化系统和FF现场总线技术的运用 上海赛科教授级高工 吴国良2019-12-6 目录选集成管理系统网络集成的可靠性要求90 万吨/年乙烯结合安装选集成自动化系统概略 1与DCS控制系统关联的网络 DCS 控制网络 远程访问效力网络 (RAS网络) 中央历史数据库网络 PI网络 WEB 效力器网络 先进控制和优化系统网络 (APC网络) 经过MODBUS串行数据链与DCS通讯的其它检测、控制系统 SIS的报警和事件历史SOE用OPC 总线 SIS系统的AMS HART总线 基金会现场总线 2 平安连锁SIS系统网络 1 平安连锁系统SIS控制 器与外部衔接的网 络 2 平安

2、连锁系统SIS内部衔接的网络 3 仪表局域网仪表局域网 1 仪表局域网插座仪表局域网插座RS485， 2 气相色谱分析仪系统气相色谱分析仪系统GC控制器控制器 3机械设备监视系统机械设备监视系统MMS 4 APC操作网络操作网络 4 闭路电视闭路电视CCTV局域网局域网 5 火灾和可燃气体系统网络火灾和可燃气体系统网络 F&G 6 电气局域网络电气局域网络 MCC 7 实验室信息管理系统实验室信息管理系统(LIMS) 8办公室局域网办公室局域网 OFFICE LAN4 FF现场总线技术运用现场总线技术运用 1 FF现场总线的优点现场总线的优点 1 FF现场总线具有开放性，现场总线具有开放性，

3、互操作性与互用性互操作性与互用性 2 FF现场设备的智能化与功能自治化现场设备的智能化与功能自治化 3 系统控制功能高度分散化系统控制功能高度分散化 4 数字信息技术开展迅速，今后数字技术的开展打下了根底数字信息技术开展迅速，今后数字技术的开展打下了根底 5 节省安装资料和调试任务量节省安装资料和调试任务量 6利用资产管理系统功能，降低设备生命周期本钱利用资产管理系统功能，降低设备生命周期本钱 7模型安装模型安装FF技术的运用投资分析技术的运用投资分析 2 FF总线物理层总线物理层 1 物理信号转换物理信号转换 2 H1现场总线网段现场总线网段Segment硬件的限制条件硬件的限制条件 3 数

4、据链路层数据链路层 1 链路活动调度器链路活动调度器LAS A 周期性时间的调度的通讯周期性时间的调度的通讯 B 非周期性时间的调度的通讯非周期性时间的调度的通讯 2 活动维护表活动维护表 3 现场总线访问子层现场总线访问子层FAS 4 用户运用层用户运用层 1 模块的运用模块的运用 2 现场总线段的功能块设置规定现场总线段的功能块设置规定 5 现场总线回路的测试现场总线回路的测试 1 总线电缆的电阻，电容和绝缘测试总线电缆的电阻，电容和绝缘测试 2 直流电压检查直流电压检查 3 波形测试波形测试 6 调试调试FF总线设备总线设备 7 FF现场总线运用中出现的问题分析现场总线运用中出现的问题分

5、析 1存在的主要问题存在的主要问题 2 现场总线的检查手段现场总线的检查手段1. 选集成管理系统 大型企业选集成管理系统分三个层次ERP: (Enterprise Resource Planning)企业资源方案： 财务 ，人事HR，采购，消费方案，维修SAP，销售MES: (Manufacturing Execution Systems)消费执行系统 是工厂层面系统，可以优化从发布命令到最终完成的整 个消费活动。典型的消费执行系统包括： 实时过程信息PI、质量信息LIMS、本钱，工厂消费事件信息的采集、历史存储、分析和报告的信息系统集成，培训，CAD，HSE，效评价绩。PCS: (Proce

6、ss Control System)过程控制系统： DCS控制系统， SIS平安连锁系统， 火灾和可燃气体报警连动系统F&G ， 转动机器检测维护系统MMS ， 在线色谱检测网络GC ， 电气设备检测控制系统MCC， CCTV网络监视系统，等 90 万吨/年乙烯结合安装包括有10套石油化工消费安装及公用工程设备。每个消费安装都有本人的各种控制系统。 将这些系统集成为一个大的系统是为以下部门效力：企业高层的运营决策，消费管理层的方案调度，平安部门的监视管理，设备管理部门的资产管理，制定维护、检修方案， 这些部门可以从自动化集成系统获取运营管理，消费调度，维护、检修所需求的各种工艺参数，平安形状，

7、设备运转形状参数，缺点检测信息等，以到达添加产量，提高产质量量，减低工厂设备运转周期本钱，提高管理程度，满足商业需求，实现最大利润。 我们不仅要将一个安装内各种控制系统信息集成起来，而且要将全厂一切安装的控制系统和信息集成起来，成为一个管、控一体化的选集成主控制系统，使工厂各部门可以共享信息资源。实现这种选集成的手段是网络通讯技术2. 网络集成的可靠性要求网络集成的可靠性要求1) 普通监视系统网络，可采用单路通讯网络 。2) 重要的控制、连锁系统网络，采用双冗余通讯网络 。3) 对于重要的网络要求有最高等级的平安性，一切互连的网络之间应配备防火墙。除了与消费安装现场的检测和控制设备外，DCS内

8、部的数据高速公路上不应与外部有直接的衔接。5) SIS平安连锁系统的DI、DO信号运用硬导线衔接。 数据库和运用软件的运用应经过密码维护的手段，使其限制在授权用户的范围内。7) 整个现场范围内的通讯光缆应至少有50%的冗余量。在需求双冗余信号的情况下，应运用二种光缆途径敷设，一路走地下埋设，另一路走架空电缆桥架。3 . 90 万吨万吨/年乙烯结合安装年乙烯结合安装 选集成自动化系统概略选集成自动化系统概略 被选集成的自动化系统和网络包括:1 与DCS控制系统关联的网络,2 平安连锁SIS系统网络,3 仪表局域网,4 闭路电视CCTV局域网,5 火灾和可燃气体系统网络F&G),6 电气局域网络

9、MCC ，7 实验室信息管理系统LIMS，8 办公室局域网 OFFICE LAN。 1与与DCS控制系统关联的网络控制系统关联的网络 控制网络(冗余）操作站服务器RAS/SOE工厂历史事件服务器连续历史服务器应用站AMS/RAS/We 服务器之间通信用控制器 工程师站 时间服务器操作站通过MODBUS与DCS通信的系统SIS安全连锁保护系统(冗余通信）B. 电气智能开关装置数据集中器 （INSUM- ICU）（冗余通信）C. 电气MCC的数据集中器，远方终端单元 （RTU560）系统D. 火灾和可燃气体报警连动系统（F&G）（冗余）E. 机械设备监视系统（MMS 3500）（冗余）F 在线气相

10、色谱分析仪系统（GC）（冗余）G 各装置DCS与设置在CCR内的数据交换用DCS 的连接，它直接连接在某一DCS的控制网络上， 但与其它DCS是用通信连接）中央控制室冗余控制器卫星控制站DCS控制网络 图 1辅助操作站DCS 控制网络控制网络 每套每套DCS控制系统均有一个平安的、双控制系统均有一个平安的、双冗余的冗余的DCS控制网络例如，控制网络例如，Delta V控制控制网络。网络。 它衔接：它衔接： DCS控制器控制器MD安装在消费安装卫星安装在消费安装卫星控制站内，控制站内， 操作员站操作员站OS) 安装在中央控制室内安装在中央控制室内,卫卫星控制站内也有一个，星控制站内也有一个， D

11、CS工程师站工程师站ES 安装在中央控制安装在中央控制室，室， 各种用途的运用站各种用途的运用站 (AS) 安装在中央控制安装在中央控制室，室， 这种这种DCS控制网络实践上是一个公用协议控制网络实践上是一个公用协议的以太网的以太网IEEE 802.3 10/100baseT/F。见。见图一。图一。防 火 墙中 央 历 史数 据 库 （ PI)图 （ 二 ) APC,WEB,PI,RAS 网 络 管 理 员 工 程 师 站NO1 NO8 工 程 师 站时 间 服 务 器 应 用 站NO1装 置 应 用 站应 用 站时 间 服 务 器 （ NTP)NO1 NO2中 央 控 制 室 历 史 事 件

12、 服 务 器 管 理 员 操 作 站NO1 NO8NO10 装 置 应 用 站 卫 星 APC服 务 器NO1 NO6网 络中 央 历 史 数 据 库（网 络网 络 （ 冗 余 ） 历 史 事 件 服 务 器应 用 站应 用 站 工 程 师 站时 间 服 务 器 应 用 站应 用 站 历 史 事 件 服 务 器 历 史 事 件 服 务 器应 用 站应 用 站 工 程 师 站时 间 服 务 器 连 续 历 史服 务 器连 续 历 史服 务 器仪 表 网 络仪 表 网 络图二中显示了图二中显示了7 7个网络，它们分别是：个网络，它们分别是：远程访问效力网络远程访问效力网络 (RAS (RAS网络网

13、络) ) 它衔接：它衔接： 每个每个DCSDCS系统有一个起远程访问效力作用的系统有一个起远程访问效力作用的运用任务站运用任务站ASAS，这些运用任务站是与各，这些运用任务站是与各自的自的DCSDCS的控制网络的控制网络Delta VDelta V相衔接的，相衔接的， 8 8个专业远程工程师站个专业远程工程师站ESES设置在设置在 CCR CCR内的，内的， 8 8个远程监视员操作站个远程监视员操作站OSOS设置在设置在 CCR CCR内的。内的。 这些专业远程工程师站和远程监视员操这些专业远程工程师站和远程监视员操作站每次可以为作站每次可以为1010套套DCSDCS中的任何一套中的任何一套D

14、CSDCS效效力。这个网络是双冗余网络。力。这个网络是双冗余网络。 DCS和SIS运用的时间效力器执行网络时间协议NTP， 它确保一切控制器和任务站的时钟都根据一个共同的时间基准源而相互坚持同步。该基准时间经过一个GPS卫星接纳器传送到NTP效力器中。 中央历史网络中央历史网络 PIPI网络网络 它衔接它衔接: : 各各DCSDCS担任记录和储存工艺数据的延续历史记担任记录和储存工艺数据的延续历史记录运用任务站录运用任务站AS-03AS-03，同时与本人的，同时与本人的DCSDCS控制控制网络衔接网络衔接 ， 此网络经过防火墙与设置在行政大楼办公室内此网络经过防火墙与设置在行政大楼办公室内的中

15、央历史数据库效力器中央的中央历史数据库效力器中央PIPI相衔接。相衔接。 他将各消费安装的工艺数据通讯到全厂范围的他将各消费安装的工艺数据通讯到全厂范围的中央历史数据库中，供企业各部门查阅。中央历史数据库中，供企业各部门查阅。 见图二。见图二。 WEB 效力器网络效力器网络 它衔接： 每套DCS系统的担任发送WEB图形的运用任务站AS-01， 经过防火墙与设置在行政大楼办公室内的办公室局域网 OFFICE LAN 相衔接。 他能提供制形成WEB方式的信息和图形，例如报警信息分析报告 (KPI) 供企业各部门查阅。 见图二。 先进控制和优化网络先进控制和优化网络 (APC (APC网络网络) )

16、 它衔接：它衔接：各安装的先进控制和优化系统的各安装的先进控制和优化系统的APCAPC效力器，效力器， 对应安装的对应安装的DCSDCS控制网上的公用控制网上的公用OPCOPC运用任务站运用任务站 AS-04AS-04 。 先进控制先进控制APCAPC效力器中的计算结果，控制数据和效力器中的计算结果，控制数据和DCSDCS的实时数据经过的实时数据经过APCAPC网络相互传送，可实时处网络相互传送，可实时处置各种设定点及其它控制参数。置各种设定点及其它控制参数。 OPC OPC运用任务站的主要功能是起运用任务站的主要功能是起OPCOPC通讯通讯作用和放置在作用和放置在DCSDCS中没有的中间计算

17、模块。中没有的中间计算模块。 与该先进控制相关的硬件放置在控制室中。与该先进控制相关的硬件放置在控制室中。APCAPC网络是冗余的。网络是冗余的。 APC APC效力器还与仪表网络衔接，在仪表网络一节效力器还与仪表网络衔接，在仪表网络一节中阐明。中阐明。 见图二。见图二。经过经过MODBUSMODBUS串行数据链与串行数据链与DCSDCS通讯的其它检测、通讯的其它检测、控制系统控制系统 有：有： A A SISSIS平安连锁维护系统，平安连锁维护系统， 使能在使能在DCSDCS的操作员站上显示的操作员站上显示SISSIS系统的系统的检检 测数据，也可以参与测数据，也可以参与DCSDCS的连锁逻

18、辑控制和的连锁逻辑控制和程序控制。程序控制。 B B 电气智能开关安装数据集中器，例如电气智能开关安装数据集中器，例如 INSUM- ICUINSUM- ICU， 使能在使能在DCSDCS的操作员站上经过电机操作的操作员站上经过电机操作面板显示和操作电机设备，控制电机启动、停面板显示和操作电机设备，控制电机启动、停顿、正、反运转和制止启动等操作。顿、正、反运转和制止启动等操作。 C 电气MCC数据集中器和远方终端单元， 使能在DCS的操作员站上监视供电系统分布， 大功率电机的电流、温度等参数等。D火灾和可燃气体报警连动系统F&G，E 转动机器轴振动，轴位移检测系统MMS ，F气相色谱分析仪系统

19、GC 。G 各DCS之间数据通讯衔接。SIS的报警和事件历史的报警和事件历史SOE用用OPC 总线总线 它衔接：它衔接： 各各DCS系统的用于搜集报警和事件历史系统的用于搜集报警和事件历史SOE 的运用任务站的运用任务站AS-02， 各消费安装卫星控制站各消费安装卫星控制站(outstation) 内内的的SIS控制器，控制器， 经过安装在报警和事件历史运用任务经过安装在报警和事件历史运用任务站站AS-02内的内的 OPC软件读取来自软件读取来自SIS系统的系统的SOE报警和事件历史报警和事件历史A&E信息。信息。 这是个冗余的网络。这是个冗余的网络。 见图四。见图四。 SIS系统的系统的AM

20、S HART总线总线 它衔接：它衔接： 各各DCS系统的系统的AMS运用任务站运用任务站AS-01， 各消费安装卫星控制站内的各消费安装卫星控制站内的SIS系统系统I/O点的点的 HART信号转换卡衔接，信号转换卡衔接， 搜集搜集SIS系统现场仪表的资产管理信息。系统现场仪表的资产管理信息。 见图四。见图四。 基金会现场总线基金会现场总线 它衔接：它衔接： DCS的总线通讯卡的总线通讯卡H1， 总线冗余电源，总线冗余电源， 现场仪表公用端子，现场仪表公用端子， 现场总线仪表设备，现场总线仪表设备， 根本会现场总线是执行根本会现场总线是执行H1协议，通讯频率协议，通讯频率是是31.25Kb/s

21、。 见图三。见图三。每块每块H1卡有两个通道卡有两个通道现场总线电源现场总线电源图三图三 现场总线图现场总线图现场总线电源现场总线电源H1卡卡总线干线总线干线总线干线总线干线总线支线总线支线总线支线总线支线总线支线总线支线现场总线公用端子现场总线公用端子现场总线公用端子现场总线公用端子现场总线设备现场总线设备现场总线设备现场总线设备 2 平安连锁SIS系统网络 DCS 卫 星 控 制 站 NO1OPC控 制 器 （ H51q-HRS)DCS 通 信 （ 冗 余 ）卫 星 控 制 站 NO10通 信 （ 冗 余 ）控 制 器 (H51q-HRS)OPC服 务 器 中 央 控 制 室（ RAS/S

22、O工 厂历 史 事 件 应 用 站AMS/RAS/Web 应 用 站网安 全 以 太 网（ HIPRO-S)（ 冗 余 ）服 务 器 RAS/SO工 厂历 史 事 件 应 用 站AMS/RAS/Web 应 用 站图 （ 四 ） 安 全 连 锁 ()系 统 网 络公 用 控 制 器（ H51q-HRS)工 程 师 站1 1 平安连锁系统平安连锁系统SISSIS控制控制 器与器与外部衔接的外部衔接的 网网 络有：络有： 经过冗余的经过冗余的MODBUSMODBUS串行链与串行链与DCSDCS接口。接口。 经过经过HARTHART串行数据链与串行数据链与DCSDCS系统的系统的AMSAMS运用任务站

23、运用任务站AS-01AS-01衔接。衔接。 经过经过OPCOPC总线与总线与DCSDCS系统的搜集报警系统的搜集报警和事件历史和事件历史SOESOE的运用任务站的运用任务站AS-AS-0202衔接。衔接。 2平安连锁系统SIS内部衔接的网络有： 冗余的平安以太网HPRO-S 每个卫星控制站内的平安连锁系统SIS控制器经过冗余的平安以太网HPRO-S与设置在中央控制室内的公用SIS控制器， 辅助操作台上的紧急按钮和开关，选择器， BYPASS开关等经过硬导线作为DI点输 入到中央控制室内的公用SIS控制器。这样连锁系统用的各种操作开关动作可以经过平安以太网HPRO-S进入到设置在卫星控制站内的S

24、IS控制器，参与连锁逻辑运算。 ELOPII总线 设置在中央控制室内的SIS系统工程师站 经过ELOPII总线与各卫星控制站内的SIS系统控制器衔接， 这样在中央控制室可以对全厂10个SIS系统分别进展工程组态。 另外在各卫星站内利用PC机也可以对本站内的SIS系统进展工程组态。 见图 六。 3 仪表局域网仪表局域网 仪表局域网由单工的10/100 baseT以太网组成，作为通用性的仪表通讯网络 。 机 器 状 态 监 视 工 程 师 站 (MMS) 机 器 状 态 监 视 采 集 器 (DAQ)装 置 卫 星 控 制 站 NO1 色 谱 仪 工 作 站 (GC)墙 上 插 座墙 上 插 座

25、色 谱 仪 工 作 站 (GC)装 置 卫 星 控 制 站 NO.10服 务 器墙 上 插 座 色 谱 仪 工 程 师 站 (GC)机 器 状 态 监 视 采 集 器 (DAQ)仪 表 网 络APC网 络中 央 控 制 室图 （ 五 ） 仪 表 局 域 网 络 它衔接：1 仪表局域网插座RS485， 分布在各消费安装卫星控制站内的，中央控制室CCR工程师室内的和机柜室内墙上的仪表局域网插座RS485， 使任何装有访问软件的笔记本电脑与此插座相衔接时就能访问仪表局域网上的信息。2气相色谱分析仪系统气相色谱分析仪系统GC控制器，控制器， 在线气相色谱分析仪系统在线气相色谱分析仪系统GC网络的控制网

26、络的控制器安放在有关消费安装的卫星控制站内经过仪器安放在有关消费安装的卫星控制站内经过仪表局域网络与设置在中央控制室表局域网络与设置在中央控制室CCR工程师工程师室内或维修大楼内的室内或维修大楼内的GC工程师站衔接。工程师站衔接。 从而可以对衔接在在线气相色谱分析仪系统从而可以对衔接在在线气相色谱分析仪系统GC网络上的一切气相色谱仪进展组态和工程网络上的一切气相色谱仪进展组态和工程修正，并用于数据的采集、诊断、校准等。修正，并用于数据的采集、诊断、校准等。3机械设备监视系统机械设备监视系统MMS：衔接到仪表局域网络上的设备有：衔接到仪表局域网络上的设备有：机械设备监视系统机械设备监视系统MMS

27、 3500，位于卫星控制站内的机器情况监视数据采集器位于卫星控制站内的机器情况监视数据采集器DAQ，设置在中央控制室设置在中央控制室CCR工程师室内和维修大楼内的工程师室内和维修大楼内的MMS工程师站，工程师站， 这样卫星控制站内的这样卫星控制站内的MMS 3500测得的振动数据可以测得的振动数据可以传送至传送至DAQ，而且仪表局域网上的用户也可以访问，而且仪表局域网上的用户也可以访问MMS 3500和和DAQ中的数据。中的数据。 机器情况监视效力器机器情况监视效力器DAQ能分析和显示转动机械能分析和显示转动机械动态特性图形，它所需求的过程实时数据是由中央历史动态特性图形，它所需求的过程实时数

28、据是由中央历史数据库数据库PI经过办公室局域网经过办公室局域网OFFICE LAN和仪和仪表局域网提供的。表局域网提供的。4 APC操作网络：操作网络： 先进控制和优化先进控制和优化 APC效力器经过效力器经过仪表局域网络与操作员台上的普通用仪表局域网络与操作员台上的普通用途途PC机衔接。机衔接。 这台这台PC机是操作员与先进控制和机是操作员与先进控制和优化优化APC控制的界面，可以进展控制的界面，可以进展投运投运APC操作，改动操作，改动APC控制设定参控制设定参数等。数等。 仪表局域网络见图五。仪表局域网络见图五。4 闭路电视闭路电视CCTV局域网局域网 中央控制室卫星控制站内 WEB 摄

29、象机装置卫星控制站 NO1装置现场摄象机装置卫星控制站 NO10装置现场摄象机卫星控制站内 WEB 摄象机数字视频记录(DVR) CCTV 监视器 NO1 数字视频记录(DVR) CCTV 监视器 NO10 CCTV 网络图六） CCTV系统网络在闭路电视局域网CCTV LAN上衔接的有： 闭路电视数字视频记录 / 效力器DVR。 闭路电视摄像头安装在工厂开阔区域和建筑物内经过公用电缆 与卫星控制站内的数字视频记录 / 效力器DVR相连。 每个卫星控制站内的WEB网络电视摄像头， CCR内的PC机监视器， 该PC机起到监视器作用，可以用于存储和记录录像数据。 经过防火墙与办公室局域网OFFIC

30、E LAN衔接， 办公室局域网上的用户可以访问CCTV效力器，监视闭路电视摄像 镜头。 见 图四 。5火灾和可燃气体系统网络火灾和可燃气体系统网络 F&G LAN 操 作 员 ， 工 厂 消 防 站 ， 地 区 消 防 站监 视 操 作 器卫 星 控 制 站 NO1火 灾 检 测 器通 信 火 灾 CCTV 摄 象 机硬 接 线声 光 报 警 器控 制 器通 信 (冗 余 ）图 （ 七 ) 可 燃 气 体 和 火 灾 系 统 网 络 图火 灾 检 测 器卫 星 控 制 站 NO10 (（ 可 寻 地 址 ）火 灾 监 视 盘 烟 雾 检 测 器通 信 硬 接 线声 光 报 警 器控 制 器通

31、信 (冗 余 ）火 灾 CCTV 摄 象 机中 央 控 制 室 (CCR) 9 F&G 网 络 （ 冗 余 ）火 灾 监 视 盘 (（ 可 寻 地 址 ）烟 雾检 测 器火 焰 监 视 器火 焰 监 视 器本网络衔接： 每个卫星控制站内的火灾和可燃气体控制器， 该控制器有三个作用： 接纳来自可燃气体检测器的信号，与 Minerva M80火灾报警盘通讯， 组态F&G连锁、报警逻辑，并驱动消防执行机构，报警灯，报警喇叭， 经过Modbus与DCS通讯，使能在DCS上显示F&G系统信息，同时经过硬接线与SIS衔接执行连锁义务。 Minerva M80火灾报警盘可以衔接各种可寻地址的火焰，烟雾，手动

32、报警按钮等检测器。 CCR中的三台F&G系统任务站， 这三台F&G任务站作为全厂火灾和可燃气体监视系统的备份，当DCS系统出现缺点时，此F&G系统任务站可以在中央控制室CCR内监视全厂的平安情况。 工厂和当地工业开发区的消防站， 消防站内的F&G任务站可以监视全厂平安情况，并发出指令经过F&G网络由各卫星控制站内的火灾和可燃气体控制器面板向全厂发出警报。 F&G系统的UPS备用电源是24小时的。 见图七。6 电气局域网络电气局域网络 MCC LAN 中央控制室 图 （八） 电气MCC网络电气供电分配系统电机变频器及通信 工程师站电机参数采集器远方终端单元 GPS 时间 服务器 SCADA 工程

33、师站 MODBUS 通信MODBUS通信冗余）LON总线数据集中器 SCADA服务器 低压电机工程师站 电气MCC 系统网络卫星电气站低压电机控制器NO 128NO 1系统硬线连接 电机控制总线电机控制总线 LON 运用智能开关安装，例如运用智能开关安装，例如INSUM- MCU对对电机和其它电气设备进展控制。电机和其它电气设备进展控制。 电机控制总线电机控制总线LON最多可以衔接最多可以衔接128台智台智能开关安装，并与各配电室内的数据集中器相衔接能开关安装，并与各配电室内的数据集中器相衔接例如例如INSUM- ICU。 数据集中器数据集中器 INSUM ICU 电气局域网络电气局域网络 M

34、CC LAN将卫星控制站内的将卫星控制站内的各数据集中器各数据集中器INSUM ICU衔接起来。衔接起来。 DCS所要求的一切低压电机运转数据和电机的功率，所要求的一切低压电机运转数据和电机的功率，温度等参数经过这个链接进展传送，由中央控制室温度等参数经过这个链接进展传送，由中央控制室CCR内的操作员担任对一切电机的监控。内的操作员担任对一切电机的监控。 数据集中器与数据集中器与DCS经过冗余的经过冗余的Modbus通讯衔接，通讯衔接， 操作员可以经过各安装操作员可以经过各安装DCS操作员站画面上的电操作员站画面上的电机操作画面访问一切的电机。当机操作画面访问一切的电机。当DCS联锁需求进展联

35、锁需求进展电机的启动、停顿或启动制止操作时，都应经过该电机的启动、停顿或启动制止操作时，都应经过该双冗余双冗余Modbus串行链完成。串行链完成。 但是但是SIS联锁系统需求进展电机的启动、停顿或联锁系统需求进展电机的启动、停顿或启动制止操作时，那么由智能开关安装采用硬衔接启动制止操作时，那么由智能开关安装采用硬衔接线方式与电机控制回路衔接。线方式与电机控制回路衔接。远方终端单元远方终端单元RTU560 各配电室内的远方终端单元各配电室内的远方终端单元RTU560可可以搜集大功率高压电机绕组温度等参数和电气供以搜集大功率高压电机绕组温度等参数和电气供电分布系统的形状数据，并衔接变频控制器。远电

36、分布系统的形状数据，并衔接变频控制器。远方终端单元方终端单元RTU560同时也经过同时也经过MODBUS串串行链与对应卫星控制站内的行链与对应卫星控制站内的DCS通讯衔接。通讯衔接。 电气局域网络电气局域网络 MCC LAN 电气局域网络是一个以太网电气局域网络是一个以太网TCP/IP，它将以，它将以下设备衔接起来：下设备衔接起来： 各配电室内的数据集中器各配电室内的数据集中器INSUM ICU 远方终端单元远方终端单元RTU560， 放置在各配电室内的放置在各配电室内的SCADA系统工程师站，系统工程师站， 它可以对整个配电分布系统的形状和一切电机运它可以对整个配电分布系统的形状和一切电机运

37、转情况进展监测，并可以对它们进展工程组态。转情况进展监测，并可以对它们进展工程组态。 在中央控制室在中央控制室CCR中安装有中安装有SCADA效力器，效力器，SCADA工程师站和低压电机工程师站。工程师站和低压电机工程师站。 它们同样可以对整个配电分布系统的形状和一它们同样可以对整个配电分布系统的形状和一切电机运转情况进展监测，并可以对它们进展工程切电机运转情况进展监测，并可以对它们进展工程组态。组态。 见图八。见图八。 7实验室信息管理系统实验室信息管理系统 (LIMS LAN) 它衔接： 各种实验室分析器， 手动分析数据输入设备， 分析仪数据库的效力器， 传送的数据包括各种分析器测得的数据

38、、手工输入的数据以及计算所得数据。 经过防火墙与办公室局域网相连。 见图九。实验室图 九） 系统网络各种分析仪表各种分析仪表服务器手工数据输入 工作站 数据库服务器 管理员工作站网络8办公室局域网办公室局域网 OFFICE LAN图 （ 十 ） 办 公 室 局 域 网网 络中 央 历 史 网 络 PI办 公 室 局 域 网 用 户 (200户 ） 实 验 室 信 息管 理 网 络 LIMS网 络装 置 维 护管 理 网 络 P MS冗 余 防 火 墙办 公 室 局 域 网 OFFICE LAN国 际 互 联 网 络防 火 墙仪 表 局 域 网 络电 气 局 域 网 络 工厂的网络分成二大部分：

39、 消费系统网络， 管理系统网络， 它们分别与工厂的办公室局域网 OFFICE LAN 相衔接， 消费系统网络经过冗余的防火墙隔离后与办公室局域网。 与办公室局域网 OFFICE LAN相衔接的消费系统网络有如下：WEB效力器网络 web server LAN， CCTV网络，仪表网络 INSTRUMENT LAN， 实验室信息管理系统 (LIMS LAN)， 电气局域网络MCC LAN 与办公室局域网 OFFICE LAN相衔接的管理系统网络有如下： 安装信息管理系统PIMS， 中央历史数据库网络 PI网络， 中央历史数据库网络的效力器与办公室局域网衔接，使办公室局域网上的用户可以访问PI历史

40、数据库。同时安装信息管理系统PIMS也从PI历史数据库中调用工艺数据。 国际互联网通讯网络 办公室局域网经过阅读器效力器和防火墙与国际互联网通讯网络衔接。 总共大约有200个用户衔接到办公室局域网上，可以经过它访问其它网络上的信息。 见 图十。4. FF现场总线技术的运用1 FF现场总线的优点 FF现场总线控制系统是一种工厂现场网络控制系统，它是信息技术，计算机网络和控制系统结合的新技术，它的优点是：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，FF现场总线控制功能高度分散化，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运用

41、奠定根底，FF现场总线系统安装资料与调试任务量减少，FF现场总线系统为降低设备的生命周期本钱提供工具，1 . FF现场总线具有开放性，现场总线具有开放性， 互操作性与互用性互操作性与互用性 现场总线设备的关键特性是可互操作性，为了实现互操作性，每个现场总线设备必需有一个设备描画文件DD，Device Description),为对象设备提供描画，使控制系统或主机可以了解设备中数据的意义，DD文件好比是一个设备驱动器，PC机上装了这个驱动程序，就能认识和操作这台设备，例如打印机。FF现场总线基金会曾经为一切规范的功能模块和转换器模块提供了DD文件，供应商可以拿来运用。同时供应商也可以附加本人的特

42、定特性，例如设备标定和缺点诊断功能的人机接口的数据意义。2FF现场设备的智能化与功能自现场设备的智能化与功能自治化治化 现场总线设备将微处置器置入现场丈量控制仪表中，具有数字计算和数字通讯才干，实现一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号。将传感丈量、补偿计算、工程量处置与控制等功能在现场总线设备中完成，FF现场设备还能完成控制的根本功能。 FF现场总线的压力和差压变送器假设丈量量程不超越该传感器的最大量程范围，那么在变送器的AI模块中经过设定XD-SCALE和OUT-SCALE参数就可以修正和设置该变送器的丈量量程，无需像4-20mA传统变送器那样用规范信号发生器来改动和校验变送器的量程。 现

43、场总线控制系统是全分散性控制系统的体系构造，控制功能可以分散在各个现场智能仪表中，例如串级控制回路的主回路PID模块可设置在主回路的变送器内，副回路的PID模块设置在阀门定位器中。这样减轻DCS与现场仪表之间的通讯负荷，简化系统构造，提高可靠性。3 系统控制功能高度分散化系统控制功能高度分散化4 数字信息技术开展迅速，数字信息技术开展迅速，为今后数字技术的运用打下了根底为今后数字技术的运用打下了根底 现场总线设备的智能化、数字化与模拟信号相比，数字信号传输抗干扰才干强，精度高，减少了传送误差，提高系统的可靠性。 随着数字技术的开展，各种功能更加强大现场仪表和功能模块不断产生，现场总线的全数字化

44、系统为它们的运用打下了根底。5 节省安装资料和调试任务量节省安装资料和调试任务量 现场总线系统的接线简单，设计规定一个现场总线网段Segment最多衔接9-12个现场总线设备，其中有添加3台现场总线设备的余量。仪表电缆、端子、电缆槽、桥架的用量减少，接线及查线的任务量减少。当需求添加现场总线设备时，可就近衔接在现有现场总线网段上，既节省投资，又减少设计、安装的任务量。据有关典型实验工程的测算资料阐明，可节约安装费用30以上。 由于FF总线现场设备的性能稳定，精度高，量程改动方便等优点，实际阐明FF总线现场变送器和阀门定位器在安装前无需进展单表的校验调试，在安装后，假设在DCS的资源管理器中可以

45、检查现场总线设备参数是正确的，那么这台总线现场设备就是正常的，阀门的行程在DCS中做回路调试时再进展检查。节省了调试时间和调试费用。但是，有些阀门供应商安装了Emerson的FF总线阀门定位器后没经过联调和测试就出厂了，所以在现场回路调试时调整任务量就比较大。6利用资产管理系统功能利用资产管理系统功能AMS， 降低设备运转生命周期本钱降低设备运转生命周期本钱 由于FF现场总线控制设备具有更多的自诊 断参数和缺点自诊断才干，并经过数字通讯方式将诊断维护信息送往DCS，管理人员经过DCS的资产管理系统AMS查询一切仪表设备的运转情况，诊断维护信息，寻觅缺点，以便早期分析缺点缘由并快速排除，仪表设备

46、情况一直处于维护人员的远程监控之中。与此同时，根据AMS系统提供的信息准确地制定大修或抢修的作业方案和备件预备，不用进展调理阀的周期性的轮番解体检修，缩短停工维修时间，节约维修费用，降低生命周期本钱。7模型安装模型安装FF总线技术的总线技术的运用投资分析运用投资分析 假定某一模拟安装的设备配置如下：假定某一模拟安装的设备配置如下：现场仪表设备数量：现场仪表设备数量：23672367FFFF总线总线SegmentSegment数量：数量：526526平均平均SegmentSegment运用率：运用率：4.54.5台台/Segment/Segment采用采用FFFF总线技术电缆与公用端子接线箱的数

47、量总线技术电缆与公用端子接线箱的数量设备与材料类型数量仪表接线箱（带10-port MagaBlock x 2）263 个分支电缆（每台设备按45米）106515 米总线电缆（2对对屏总屏电缆，长度按600米）157800 米采用常规技术电缆与接线箱的数量采用常规技术电缆与接线箱的数量设备与材料类型数量仪表接线箱（带36端子）296 个分支电缆（每台设备按45米）106515 米主电缆 （12对对屏总屏电缆， 长度按600米） 177600 米FF总线技术与常规技术的投资比较投资项目FF技术常规技术FF技术/常规技术投资1：DCS系统16401321.5+24.1%投资2：现场仪表313030

48、92.5+1.2%投资3：现场接线箱218.8148+47.8%投资4：仪表电缆1266.3760.1+66.6%合计6255.15322.1+17.5%现场总线电缆采用进口电缆，平均Segment运用率：4.5台/Segment单位：万元人民币投资项目FF技术常规技术FF技术/常规技术投资1：DCS系统1466.31321.5+11%投资2：现场仪表31303092.5+1.2%投资3：现场接线箱164.7148+11.3%投资4：仪表电缆1032.3760.1+35.8%合计5793.35322.1+8.85%现场总线电缆采用进口电缆，假设将Segment运用率提高到平均6台/Segmen

49、t, 单位：万元人民币投资项目FF技术常规技术FF技术/常规技术投资1：DCS系统1466.31321.5+11%投资2：现场仪表31303092.5+1.2%投资3：现场接线箱164.7148+11.3%投资4：仪表电缆322.8760.1-57.5%合计5083.85322.1-4.5%现场总线电缆采用国产电缆假设将Segment运用率提高到平均6台/Segment, 单位：万元人民币结论结论采用现场总线技术，降低建立投资的关键要素：采用现场总线技术，降低建立投资的关键要素：1. 1. 提高提高SegmentSegment的运用率。的运用率。2. 2. 采用国产总线电缆。采用国产总线电缆。

50、 以为现场总线的优越性就是节省电缆是片面的观以为现场总线的优越性就是节省电缆是片面的观念，它的精华在于全部信息化和智能化。现场总线是并念，它的精华在于全部信息化和智能化。现场总线是并不昂贵的高新技术，性能提高但总体节省包括设计，不昂贵的高新技术，性能提高但总体节省包括设计，设备，资料，施工，维护等贯穿了系统的全生命和全设备，资料，施工，维护等贯穿了系统的全生命和全周期，运用系统的规模越大，优越性将表达的越明显。周期，运用系统的规模越大，优越性将表达的越明显。2 FF总线物理层 开放式系统互联OSI的参考模型有7层，FF现场总线技术利用其中的物理层第一层，数据链路层第二层，运用层第七层。 物理层

51、： 信息的转换过程是： 有用的信息先转换成数据，在计算机系统中，一致以二进制代码表示数据的不同方式，然后再经过编码转换成可以在物理介质中传输的物理信号。 物理层是面对信号流传送的，它要处理传输介质，信号通道类型，数据与信号之间的转换等问题。另外物理层规范要给出物理接口的机械、电气功能和规程特性，使各厂家制造的设备可以相互兼容。 1 物理信号转换 现场总线信号是采用曼彻斯特码，在发送端将数据信号编码成 电流保送信号。它称为“同步串行信号，串行数据流中包含了时钟信息和数据信息。时钟信号曼彻斯特特码10101100在每个时钟位信号的中间T/2的地方发生一次中间跳变作为同步之用，当信号是“1时向下跳变

52、，当信号是“0时向上跳变。在接纳端再将“编码电流保送信号前往成“数据信号。T T/22 H1现场总线网段现场总线网段Segment硬件的硬件的限制条件限制条件 FF现场总线段的设计应思索网段总的电流负载、电缆型号、总线干线长度、总线支线长度、电压降和现场设备数量等。H1总线网段上可以挂的设备最大数量遭到设备之间的通讯量、电源的容量、总线可分配的地址、每段电缆的阻抗等要素的影响。 设计可以运用Emerson过程管理公司提供的“现场总线网段设计工具来检查。A 每个总线网段上每个总线网段上FF设备数量规定设备数量规定 每个总线网段上最多安装每个总线网段上最多安装12台台FF现场总线设备。现场总线设备

53、。工程设计时按每根总线网段上安装工程设计时按每根总线网段上安装9台台FF现场总线设现场总线设备思索每根总线网段未来可再安装备思索每根总线网段未来可再安装3台现场总线设台现场总线设备。根据统计，乙烯工程每个总线网段上平均安装备。根据统计，乙烯工程每个总线网段上平均安装5.8台现场总线设备。台现场总线设备。B 每根总线电缆长度规定每根总线电缆长度规定 现场总线允许的电缆长度：现场总线允许的电缆长度： A型型 单屏蔽双绞线，单屏蔽双绞线，0.8mm218#AWG,最大间隔最大间隔1900米。米。 B型型 总屏蔽多双绞线，总屏蔽多双绞线，0.32mm2 22#AWG,最大最大间隔间隔1200米。米。

54、实践运用中掌握每根总线电缆长度干线加各支线实践运用中掌握每根总线电缆长度干线加各支线总长度之和不应超越总长度之和不应超越1200米。总线上设备总数在米。总线上设备总数在1-12台时，单根支线长度不应超越台时，单根支线长度不应超越120m。支线电缆长。支线电缆长度应尽量短。度应尽量短。C 每个总线网段电源每个总线网段电源 a总线网段电源模块包括： FF电源调整器，冗余配置。电源调整器的作用 是阻止 总线上的频率信号31.25Kbps)不被电源短路。 主配电电源，冗余配置。该电源必需对地隔离。 终端器，每个网段有两个终端器，分别接在该网 段的两端，一个在FF电源模块中，另一个在现场公用 端子块箱内

55、。 电源模块输出电电28V，电流35mA压。能热插拔，不影响正常通讯，电源发出缺点信号接点，用硬接线连到DCS中报警。 b) 终端器有两个功能： 由于通讯信号是以电流信号发送，以电压信号接纳，终端器起到电流/电压转换的作用，将15-20mA转换成0.75-1V； 信号反射会干扰正常数字信号的传输，终端器可以消除信号反射，提高信息传输的可靠性。冗余电源系统模块隔离电源调制器隔离电源调制器25V, 350mA 输出输出冗余冗余24VDC电源输入电源输入互换电源模块无须互换电源模块无须重新衔接总线重新衔接总线冗余衔接线冗余衔接线报警回路报警回路b) 现场公用接线箱： 为了防止总线回路受潮，仪表和接线

56、箱与总线电缆衔接运用防爆电缆密封接头。规定采用MTL公司提供的增安型EEx e接线箱。 采用FF总线公用 端子块与各FF设备衔接。每个总线公用 端子块有短路维护作用，短路时指示灯亮，保证一个支路短路时不影响其它支路的FF总线设备。短路维护器将限制每支路的短路电流不超越60mA。现场总线公用接线箱短路维护短路维护缺点指示器缺点指示器电源指示灯亮电源指示灯亮 9V 导线衔接端子导线衔接端子2, 4, 8 and 10 drop versionsD 屏蔽电缆的衔接 关于屏蔽线的衔接，在FF现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线要剪断，并要用绝缘带包好。各段总线电缆的屏蔽线应在接线箱内经过接地端子衔接起来，

57、屏蔽线只能在机柜侧Marshalling的端子接地，中间任何地方对地绝缘要良好，起到防止静电感应和低频干扰的作用。 假设干线电缆是多芯电缆，那么不同总线网段的分屏蔽线不应在接线箱JB内被相互衔接在一同，也不能与总屏蔽线连在一同。 铠装钢丝要求在现场和机柜侧两端接地，起到防止雷电干扰的影响。这种两端接地的原理与金属电缆桥架要每隔一段间隔接地情况一样。铠装钢丝在两端接地起到防雷击作用多芯电缆的总屏蔽在两端接地，起到防雷击作用 多芯电缆的总屏蔽在两端接点，起到防雷击作用分屏蔽仅在机柜侧接地E 现场总线的拓扑构造每个总线网段上，采用“树型配线拓扑构造 不能运用双树岔拓朴构造,F 现场总线网段上重要设备

58、设置现场总线网段上重要设备设置原那么原那么 级控制阀：一个总线网段上只允许衔接一个级控制阀，该网段只衔接与该控制阀直接相关的丈量仪表。 级控制阀：一个总线网段上允许衔接一个级控制阀，该网段还可衔接一个级控制阀。不允许衔接其它级或级控制阀。 级控制阀：一个总线网段上允许衔接二个级控制阀，或者一个级控制阀和一个级控制阀。不允许衔接级控制阀。 对于一些特定的设备，例如精馏塔，与塔底再沸器有关的FF总线设备应与塔项冷却器有关的FF总线设备应放置在不同的总线网段上。 对于一些多参数丈量的设备，例如多点温度和压力丈量的反响器，那么FF总线设备应均匀地分布在一个以上的网段上。3 数据链路层 数据链路层的功能

59、是管理和控制信息在总线上的传送。1 链路活动调度器链路活动调度器LAS 链路活动调度器LAS有4个功能： 是管理现场总线上的通讯，确定时辰表， 发布强迫数据信息CD，允许数据在总线上发布， 网段上设备活动维护表管理， 发布通讯令牌PT，允许非周期通讯。 链接在总线上的主设备是可以成为链路活动调度器LAS，Link Active Scheduler),根本设备是不能成为LAS的。 一条现场总线上有二个LAS，其中一个主LAS放在H1卡内 ，另一个备用LAS放在现场主设备上，当主LAS失效时，它的调度功能自动转移到备用LAS上，现场总线设计成“部分缺点时仍可运转。 后备LAS链路活动调度器应优先放

60、在压力变送器中。在没有压力变送器时，可以放在温度变送器中。不要将LAS放在阀门定位器上，由于它任务非常忙。A 周期性时间表的调度的通讯；周期性时间表的调度的通讯； LAS担任总线上信号发送的调度。它包括周担任总线上信号发送的调度。它包括周期性的调度和非周期性的调度。期性的调度和非周期性的调度。 一切功能块的运算和信息发布是周期性的。一切功能块的运算和信息发布是周期性的。 以下图描画了链路调度时间表，包括绝对开以下图描画了链路调度时间表，包括绝对开场时间、链路活动调度循环周期、功能块调度场时间、链路活动调度循环周期、功能块调度与绝对开场时间偏离值之间的关系。与绝对开场时间偏离值之间的关系。 在偏