ff现场总线系统工程设计

1、FF现场总线系统工程设计应用黄步余副总工程师中国工程建设公司概 述现场总线是一种实用技术，智能、开放、数字、多节点通信技术。现场设备信息，控制与双向全数字化通信，监视和管理现场设备，降低生命周期成本。现场总线技术是计算机、通信、控制技术向现场扩展。在流程工业、制造业及市政工程等已成功地应用，并取得一定经验。现场总线技术还需要不断完善本身的功能，提高工程设计和应用水平，特别是系统、应用、通信策略等。FF用业绩。现场总线、Profibus现场总线适用于流程工业，已有相当规模应现场总线技术目前处于多种总线技术共存，各自拓展其应用领域、强化I/O及无线仪表将成新的热点。竞争力。以太网FF现场总线系统工

2、作流程EPC承包商制造厂确定FF典型回路图DC AB审核FF仪表选型审核EPC文件装置平面图PFD/安全仪表系统说明工艺控制说明程序H1网段设计表仪表数据表/数据库FF现场总线系统设计规定初步现场总线技术研究最大电缆长度电源要求功能块执行时间本安或非本安系统规模工作开始DACB并返回EPC审核检验（11）工作结束/FF组态生成调试、功能测试、FAT、SATFAT后数据库调整及项目文件组态/FF组态FAT前数据库H1网段设计FF参数输入数据库FF现场总线系统功能设计规格书FF典型回路功能制造厂审核FF仪表选型返回FF仪表规格书审核FF现场总线系统设计规定FF现场总线系统执行程序EPC制造厂仪表数

3、据表I/O点FF系统设计原则审核设计工作会议硬件设计规格系统组成图外形尺寸图典型回路图供电/ 接地图子系统/辅助设备规格设计规格控制功能扫描时间及CPU负荷功能存取/ 保护功能画面/规格子系统接口规格供应范围确认工作分工确认进度工程条件FF设计原则制造厂文件执行计划组成进度控制质量控制设计条件会议计划进度要求规格书系统组成FF设计要求合同FF现场总线系统执行程序EPC制造厂FF现场总线系统执行程序EPC制造厂（100%）FF现场总线实施原则采用FF H1通信协议。现场安装的变送器和阀门FF现场总线的变送器和阀门，应由控制制造厂提供。FF现场总线的阀门应由控制阀厂装配成套并提供全部测试数据。安全

4、仪表系统（SIS）选用4-20mA带HART的模拟信号。FF变送器提供AI功能块，自和LAS功能，必须通过ITK互操作性测试，应与FF阀门版本一致。、AO、DI功能块，自和LAS功能，必须通过提供ITK互操作性测试，应与版本一致。复杂控制功能或复杂计算功能，应由完成。的规定。FF现场总线系统应遵循IEC61158FF现场总线系统仪表信号电缆必须对地FF现场总线H1网段供电电源及电源调整器必须冗余配置。FF现场总线电缆采用钢丝铠装电缆，仪表和接线箱接线必须采用防爆电缆密封接头。每个H1网段应采用“Chicken Foot”鸡爪型配线方式。每个H1网段应有二个终端器，一个在FF电源调整器，一个在F

5、F接线箱。所有FF现场总线电缆应连接到端子柜侧接地。不允许在现场接线。FF接线箱到现场FF仪表必须有独立的短路保护器（过压、过流），安装在接线箱内。保护器的短路电流为60mA。单回路控制的FF变送器和FF阀门多个H1网段带FF总线仪表不超过9台应分配在同一个H1网段。每个H1网段带FF阀门（控制阀）不超过2台一级控制阀：当控制阀故障时，会造成整个装置的故障、停车或严重经济损失。H1网段只能连接1台一级控制阀。二级控制阀：当控制阀故障时，操作车。及时采取措施，可防止装置停H1网段可连接1台二级控制阀和1台三级控制阀，不能连接其它一级或二级控制阀。三级控制阀：当控制阀故障时，不会造成短时间内装置发

6、生或停车，不需要操作进行操作。H1网段可连接 1台三级控制阀和1台二级控制阀，可连接2个三级控制阀。不能连接一级控制阀。对于精馏塔，塔底再沸器加热管与塔顶冷却器撒热管线上安装的仪表应分配在不同的H1网段。对于多点温度、多点压力测量的设备（如反应器），应将仪表分配在不同的H1网段。每个H1网段的主LAS应在冗余配置H1（R）卡中，后援LAS应在某个现场总线仪表中。备用工艺设备测量用现场总线仪表应分配在不同的H1网段。FF现场总线接线箱的支线长度尽可能短。FF现场总线仪表在制造厂必须进行互操作性测试。制造厂必须进行100%功能测试，每个H1网段应进行至少一台FF在现场总线仪表FAT测试。最多负载H

7、1网段应进行12台FF现场总线仪表测试。H1网段的主后援LAS功能应在的FAT时进试。FF现场总线电缆总长度为主电缆与分支电缆长度之和，通常小于1200米。分支电缆长度尽量短。FF现场总线电缆选用18#AWG 0.8m2 7股铜芯绞合，聚乙烯绝缘，聚氯乙烯护套，铝聚酯膜，钢丝铠装电缆。FF现场总线H1网段电源FF现场总线电源包括冗余主配电电源系统和冗余FF电源调整器。 主配电电源系统的输入电源来自冗余的UPS电源，稳压电源输出20-35V.DC，不能直接为H1网段设备供电，由于24V.DC稳压电源的输出电压负反馈功能将破坏FF现场总线H1网段通讯信号的波形。冗余FF电源调整器设在主配电电源和F

8、F现场总线H1网段之间，向H1网段提供24V.DC电源，阻断FF现场总线H1网段通讯信号与主配电电源联系，避免和抑制H1网段和。冗余FF电源调整器能“热插拔”不影响正常通信。带电源故障输出在中。FF现场总线H1网段的现场设备操作电压为14V.DC。链路活动调度器(Link Active Scheduler LAS)设置链路活动调度器（LAS）作用：按照预定的调度时间表发出通信命令，对 H1网段上的所有设备进行轮询，具有周期性，执行功能块调度（如功能块运算、数据转换等）；在预定的调度时间表之外特定时间段内，向H1网段上的所有设备发送令牌信息，让其发送突发信息，如定值等非周期性信息；还监视H1网段

9、的设备。、改变设H1网段上必须有两个LAS，主LAS设置在H1冗余卡内，后备LAS设置在H1网段现场某个设备中。FF现场总线阀门）带标准控制功能（带FF现场总线带阀门特性曲线功能（离线、功能）带安装连接件、附件带AMS VALVELINK包带PC现场总线通信卡、驱动电缆带带电源应用培训FF现场总线门FF现场总线门/FCS版本必须与版本一致必须由控制阀成套并完成组装后的性能测试ValveTransmitterFIELDVUEBKCAL_OUTBKCAL_INCAS_INOUTINOUTAOAI现场总线接线方式-1最多8个H1的段无支线Up to 8 H1 segmentsNo spurs1个H1

10、的段1 H1 segmentsHomerun cable主电缆Homerun cable主电缆Up to 9 devi最多9个仪表/H1/ H1Multi-pair cable up to 8 pairs最多8对的多对电缆Single pair cable单对电缆Spurs分支阀门变送器其它现场总线接线方式-21个H1的段1 H1 segmentsHomerun cable主电缆Up to 9 devi最多9个仪表/H1/ H1Single pair cable单对电缆Spurs分支阀门变送器其它FF现场总线仪表与常规仪表的主要区别FF总线仪表双向数字信号通信，FF现场总线接口卡H1（R）常规

11、仪表4-20mA DC模拟信号，单向；AI/AO卡控制功能块在控制器器、控制功能块可在变送器、阀门定位不能传输多路信息点对点连接电缆控制器可传输多路信息H1网段上设备必须用FF电源调整器供电H1网段两端必须加终端器H1网段电缆总长度应小于1200米FF总线电缆必须符合IEC61158-2标准规定FF总线电缆传输导体双绞线不允许接地应采用带过流过压保护接线模块与FF现场总线设备连接EPC向制造厂提交文件机柜室布置图仪表数据库辅助操作台布置图工艺流程画面草图主回路工艺控制复杂回路图联锁工艺说明操作联锁时序控制电缆连接表Segment分配表子系统地址变送器（FF）规格书变送器（HART）规格书FFH

12、ART控制阀控制阀FF H1网段( Segment)设计Segment设计研究Segment执行时间（循环时间,调度）装置冗余Segment负载备用原则配线拓扑结构现场总线电缆规格现场总线电缆长度电力消耗最小操作电压区域划分控制功能块（控制阀故障状态控制回路风险估计Segment组态）设置原则H1网段(Segment)执行时间Segment 执行时间宏周期执行时间调度通讯时间非调度通讯时间1000 ms700 ms300 ms功能块执行时间AI功能块AO功能块100ms(max) 130ms(max)160ms(max)30ms 60ms120ms-功能块H1与功能块通信时间40ms(max)

13、FF总线电缆规格(IEC61158-2)0m.8m218AWG(A)导线截面积特性阻抗直流电阻(max)电容(max)衰减(max)100 20%22K/m150pF/mat31.25 kHz3db90%at39kHz覆盖率导线(+)黑色 (-)白色钢丝铠装电缆外壳桔红色导线(+) (-)必须对地,线应在控制机柜侧接地,不允许在现场接地FF总线电压降计算举例（8台仪表（FF）/Segment）FF总线长度 = 干线（Trunk）长+ 分支长度（和）（Spur）假定干线长度为 500m分支长度（和）为 8 x 40m = 320m总线长度为 500m + 320m = 820mFF总线电缆电阻为

14、44 /kmFF总线仪表工作电压为FF总线仪表工作电流为14V.DC30mAFF总线仪表为8台/Segment* FF总线仪表电力消耗计算-工作电流 30mA x 8 = 240mA (max)-短路电流 60mA-合计 240mA + 60mA = 300mA* FF总线电压降计算-FF总线干线电压降0.3A x 44/km x 0.5 = 6.6V- FF总线支线电压降0.03A x 44 /km x 0.04 = 0.0528VH1(R)25V-6.6V=18.4V DCFJBPSC干线（Trunk）500m 300 m A18.4V-0.0528V=18.3472V40m30m A24

15、V.DC350mA25V DC1*2*8* 假定有一支线长度为120m 该台仪表工作电压为：18.4V - (120/40) X 0.0528V = 18.2416VFF的虚拟通信关系（VCR-Virtual Communication Relationships ）FF现场设备有三种VCR-发布方/接受方（ Publisher/Subscriber ）VCR-分发（Report Distribution） VCR-客户/服务器（Cnt/Server） VCR每个Segment可支持20-25 VCR（VCR计算例）*变送器（AI）/）/阀门（AO控制器（控制器*变送器（AI）/阀门变送器、A

16、O）（阀门VCR/VCRVCR /AI/AOVCR/变送器阀门AO）阀门VCR/（*变送器（AI、）/变送器AIAO/ VCR阀门AOFF现场总线回路测试FF现场总线电缆的电阻、电容和绝缘测试* 绝缘电阻测试“+” “-”信号线间的电阻 50k “+” “-”信号线与 200M* 电容测试线、信号线与接地线、线与接地极间的电阻 “+” “-”信号线间的电容 1F（0.8-1.2 F ）“+” “-”信号线与* 电压测试线、信号线与接地线、线与接地极间的电容 300F测量电源输出的“+”与“-”间直流输出电压应大于28V.DC* 波形测试使用波形测试仪123或124测量AC波形（AC200mV/

17、格 10 s/格）FF总线设备调试将总线设备连到总线电缆上；检查已安装的总线设备的参数；确认总线设备处于备用状态；* 将总线设备内的参数上载到中；* 组态并到总线设备；FF现场总线系统应用中应注意FF现场总线设备DD文件版本必须与常，导致在H1网段上信息丢失或时好时坏。FF总线电缆外皮在接线盒密封接头处被破坏，造成总线电缆网段数字信号受干扰引起通信不正常。总线版本匹配，否则会造成通信不正线在现场接地，FF现场设备发生供电断路（或短路）、端子松动、调换现场设备没有重新调试，造成现场设备在网段上丢失。FF现场设备或接线箱进水受潮等，FF总线对地绝缘不好或短路，造成该台现场设备在H1网段上丢失，还影

18、响本H1网段上其他现场设备丢失。由于组态及组态修改过程中在磁盘和数据库内形成许多“碎片”，寻找分散数据花费“碎片”时间，导致组态或组态修改速度慢。每天工作结束前应做数据库和磁盘清洁工作。许多人同时在打开组态环境（control studio）, 同时对服务器数据库进行扫描，资源浪费大导致组态速度慢。组态环境用完应及时关闭，节省资源。S组态在组态时往往搭建许多模块做实验，没有及时删除，占用磁盘空间和扫描时间。应及时删除不用的模块。S进行 管理员操作（down load）占用很多时间，组态应减少操作次数。安排组态操作时间。简化模块功能和通信量，DSC控制器空闲时间（idle time）50%，严格控制进入信息量。SECCO 现场总线仪表（EMERSON）压力/差压变送器温度变送器液位计科力奥利质量流量计电磁流量计 VORTEX流量计 阀门分析仪（PH计、电导仪）合计294027286423913548