1 概述

隨著公司級信息集成系統(tǒng)的建成，同時磷酸生產(chǎn)裝置能力的不斷擴大，需要更多的來自現(xiàn)場設(shè)備的生產(chǎn)過程信息來為公司決策和磷酸工藝生產(chǎn)服務(wù)。傳統(tǒng)的儀表由于功能、信息單一，越來越不能滿足日益增長的發(fā)展要求。在云南三環(huán)化工有限公司的“18改30萬噸磷酸”項目中，利用原ABB Freelance 2000 DCS控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線控制器支持FF、PROFIBUS等現(xiàn)場總線協(xié)議的優(yōu)勢，進行現(xiàn)場總線技術(shù)改造，可以用較少的投入來獲得所需要的性能無疑是最佳的選擇。

通過對FF和PROFIBUS現(xiàn)場總線的構(gòu)成、改造所需現(xiàn)場總線儀表的種類及當前的市場價格、現(xiàn)場總線控制器對兩種現(xiàn)場總線的支持情況等因素進行比較后，決定采用PROFIBUS現(xiàn)場總線。

PROFIBUS是德國國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線標準。由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROBUS-FMS組成了PROFIBUS系列。其中PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信協(xié)議，專為自動控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O之間通信設(shè)計，用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。PROBUS-FMS為現(xiàn)場信息規(guī)范，解決車間級通用通信任務(wù)。DPT和FMS采用同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議，傳輸速率9.6kbps~12Mbps，最大傳輸距離在12Mbps 時為100m，1.5 Mbps 時為400m，可用中繼器延長到10km。PROFIBUS-PA專為過程自動化設(shè)計，遵從IEC1158-2標準，滿足化工和石化工業(yè)的要求，可保持其本質(zhì)安全性并使現(xiàn)場設(shè)備通過總線供電，傳輸速率31.25kbps，每段最大可掛接32臺儀表設(shè)備，最大掛接總數(shù)126臺儀表設(shè)備。PROFIBUS分為主設(shè)備(主站)和從設(shè)備(從站)。主站決定總線上的數(shù)據(jù)通信。當主站得到總線控制權(quán)時,不用外界請求就可以主動發(fā)送信息。從站為外圍設(shè)備,典型的從站包括：輸入/輸出裝置、閥門、驅(qū)動器和測量變送器。它們沒有總線控制權(quán),僅對接收到的信息給予確認或當主站發(fā)出請求時向它發(fā)送信息。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲
　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)按功能分為二層：車間級監(jiān)控、現(xiàn)場級

I．   車間級監(jiān)控

     該層共有四臺操作員站，一臺工程師站，并且裝有OPC服務(wù)器和趨勢服務(wù)器，向下通過以太網(wǎng)與控制器相聯(lián)，通信協(xié)議為TCP/IP，組成工業(yè)以太網(wǎng)；向上通過OPC服務(wù)器將生產(chǎn)過程信息通過公司局域網(wǎng)發(fā)送至公司的實時數(shù)據(jù)庫INSQL保存，并向公司局域網(wǎng)發(fā)布實時生產(chǎn)過程信息，凡公司局域網(wǎng)上的電腦通過瀏覽器訪問綜合信息站服務(wù)器都能查看生產(chǎn)裝置的實時生產(chǎn)過程信息數(shù)據(jù)。工程師站運行DIGITOOL，對整個系統(tǒng)進行組態(tài)；操作站運行DIGIVIS,對裝置工藝過程進行監(jiān)控，包括過程的實時數(shù)據(jù)、報警、趨勢、控制閥門、啟停電機，并記錄整個系統(tǒng)發(fā)生的事件和操作記錄。       

II．現(xiàn)場級

利用原有的冗余現(xiàn)場總線控制器AC800F，每臺控制器增加兩塊冗余的PROFIBUS通信卡FI830，相同位置的FI830兩兩相聯(lián)，組成PROFIBUS冗余通信模式。其中一塊用于掛接具有DP接口的現(xiàn)場總線儀表設(shè)備，構(gòu)成PROFIBUS－DP總線；另外一塊掛接兩塊PROFIBUS-DP/PA轉(zhuǎn)換單元HS810，用于掛接具有PA接口的現(xiàn)場總線儀表設(shè)備，構(gòu)成PROFIBUS－PA總線。結(jié)構(gòu)見下圖

PROFIBUS-DP總線為線形總線結(jié)構(gòu)，下掛具有DP接口的電磁流量計，流量計與總線通過PROFIBUS-DP T型頭連接，總線末端裝有終端電阻，通信速率為1Mbps。

PROFIBUS-PA總線為線形－樹形混合型結(jié)構(gòu)。設(shè)有284mA一條和254mA一條共兩條PROFIBUS－PA總線，通過PROFIBUS-DP/PA轉(zhuǎn)換單元向上與DP總線連接，連接后的速率為12Mbps（DP側(cè)）和31.25kbps（PA側(cè)）。總線供電由供電單元向總線供24VDC。現(xiàn)場總線儀表設(shè)備的連接方式為T型頭（單節(jié)點）和MB204總線接線盒(四節(jié)點)，連接的從設(shè)備為具有PA總線接口的溫度和壓力變送器及電/氣閥門定位器。

2.2系統(tǒng)功能

ABB Freelance 2000 現(xiàn)場控制系統(tǒng)工程師站軟件為DIGITOOL V6.1 SP4，支持GSD、FDT現(xiàn)場總線儀表設(shè)備的編程方式。本項目采用GSD編程方式，在將現(xiàn)場總線儀表設(shè)備廠商提供的GSD文件導(dǎo)入后，通過組態(tài)定義設(shè)備的周期性輸入/輸出字節(jié)和非周期性參數(shù)，這樣就可在工程師站上方便的修改設(shè)備的參數(shù)，如儀表位號、量程、測量上/下限、電/氣閥門定位器的正反作用等。因此，本現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)除了具有DCS系統(tǒng)的一般功能外，還能直接對場儀表設(shè)備進行組態(tài)、監(jiān)視，對現(xiàn)場總線儀表設(shè)備的運行狀態(tài)、測量或控制信號失真、故障自診斷信號等進行監(jiān)視。

組態(tài)及定義參數(shù)界面如下：

3 總結(jié)

本現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)于2004年5月投運至今，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、測量控制精度高，極大地提高了勞動生產(chǎn)率，使生產(chǎn)管理上了一個新臺階。

本現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的成功使用，獲得如下體會：

1.成本低，施工工期短

 　采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線儀表設(shè)備后，節(jié)省了原DCS系統(tǒng)的I/O卡件采購費用、現(xiàn)場儀表電纜和橋架的采購及施工費用等，與原DCS系統(tǒng)相比節(jié)省投資約30%。同時，由于儀表電纜數(shù)量減少到只有3條總線和儀表橋架的完全取消，使現(xiàn)場儀表施工工期比原計劃縮短了50%以上。

2. 組態(tài)簡單

　 由于所有現(xiàn)場總線儀表設(shè)備都使用相同的現(xiàn)場總線功能模塊，組態(tài)變得非常相似或簡單，不需要因為現(xiàn)場總線儀表設(shè)備的種類不同或組態(tài)方法的不同而進行培訓(xùn)或?qū)W習(xí)編程語言。功能模塊是以用戶自定義的標識符和標準參數(shù)為基礎(chǔ)的，用戶可以根據(jù)標識符來指定某一設(shè)備，毋需考慮設(shè)備地址、存儲記憶地址和比特編號等。組態(tài)通過計算機編輯后下裝至現(xiàn)場總線儀表設(shè)備。

　 由于不同廠商、不同種類的現(xiàn)場總線儀表設(shè)備的校準、量程設(shè)定和診斷等的操作程序基本相同，使得操作培訓(xùn)和設(shè)備的更新簡單化。
3.查索更多的信息及診斷狀況

數(shù)字通信使用戶從控制室中查索所有設(shè)備的數(shù)據(jù)、組態(tài)、運行和診斷信息成為現(xiàn)實。而且現(xiàn)場總線的多變量特性為儀表及其它自動化設(shè)備的革新提供了更廣闊的天地。

現(xiàn)場總線儀表設(shè)備具有的自診斷功能使故障可以及時地被報告，硬件（如傳感器、執(zhí)行器和記憶單元）故障，軟件方面（如組態(tài)和校準）的問題都能夠被及時報告，使儀表維護檢修人員在事故發(fā)生之前可及時確定潛在事故地點并進行維修，從而徹底改變傳統(tǒng)的事后維修為事前維修，保證生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)性。

4.安裝、運行、維修簡便

由于現(xiàn)場儀表是并行連接，端子接頭核對的工作量大大減少了，所以接線簡單，一條電纜通常可連接20個設(shè)備。

現(xiàn)場總線儀表設(shè)備能夠模擬輸入值、輸出值或狀態(tài)。這使得操作員在控制室內(nèi)便能夠測試系統(tǒng)對故障及過程狀況的反應(yīng)。

現(xiàn)場總線儀表設(shè)備可以存儲有用的信息以便于維修，信息不會丟失。大量的有用信息也被存儲于自動化設(shè)備中，這些既可以從手持終端獲取，又可從操作站獲取。
5.自由選擇不同品牌設(shè)備

所有現(xiàn)場總線產(chǎn)品采用統(tǒng)一的標準，這使用戶可以自由選擇不同制造商所提供的現(xiàn)場總線儀表設(shè)備來構(gòu)建自己的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。
6.數(shù)據(jù)庫的一致性
　　現(xiàn)場總線采用完全分散的數(shù)據(jù)庫概念。任何同現(xiàn)場總線接口的人機界面都可顯示有關(guān)信息，這樣就不會有重復(fù)的、不一致的數(shù)據(jù)庫。現(xiàn)場總線只使用一個數(shù)據(jù)庫，即分散于現(xiàn)場儀表中的數(shù)據(jù)庫，人機界面就是從此數(shù)據(jù)庫中獲取"定標數(shù)據(jù)"的，手持終端所查索的也是同一個數(shù)據(jù)庫。

 

參考文獻

[1] 白焰，吳鴻，楊國田．分散控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)：基礎(chǔ)、評選、設(shè)計和應(yīng)用．北京：中國電力出版社，2000

[2] 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，1999