FF現場總線技術特點、網絡結構及在SECCO項目中的應用

2020-11-22 電子發燒友

一、SECCO項目

SECCO(Shanghai Ethylene Cracker Complex Project)是指上海乙烯裂解聯合裝置,由英國BP公司、中國石化、上海石化共同組建,共包括以下五套工藝裝置。

①90萬噸/年乙烯裝置(採用ABB LUMMUS工藝技術),20萬噸/年芳烴提取裝置和9萬噸/年丁二烯提取裝置。

②50萬噸/年苯乙烯裝置(採用ABB LUMMUS工藝技術)和30萬噸/年聚苯乙烯裝置(使用BP技術)。

③60萬噸/年聚乙烯裝置(採用BP工藝技術)和25萬噸/年聚丙烯裝置(使用BP技術)。

④26萬噸/年丙烯腈裝置(採用BP工藝技術)。

⑤公用工程和OSBL,包括蒸汽生產、發電以及罐區等。

整個聯合裝置由SECCO ICS(Integrated Con-trol System)來進行監視和控制,其中ICS又由DCS、SIS、 F&G、AHP、GPC組成。DCS採用的是FisherRousment公司基於FF現場總線的DeltaV控制系統;SIS為儀表安全系統;F&G(Fire&Gas)系統通過冗餘的Modbus串行線與DCS系統連接,由DCS對火災報警、煙氣檢測以及其他與 F&G相關的信息進行顯示;AHP(Auxiliary Hardwired Panel)輔助硬連線盤上安放有SIS系統的緊急停車按鈕、過載開關和信號類等部件;GPC(General Purpose PC)用來完成全廠CCTV和LAN的實現。

全部裝置由一個中央控制室(Central Control Room CCR)和十四個外站(Outstation)構成,中央控制室用於監視管理所有的工藝裝置和公用設施,是聯合裝置中最關鍵的部分。每個裝置會有若干個外站,所有現場儀表信號都先傳送到外站,再從外站送到中央控制室。DCS、SIS、 F&G系統的控制器都放在外站裡,每個外站都有一個操作員,平常不設人員值班,僅僅是用來方便現場操作人員就近使用的,如進行儀表調試(包括迴路測試)等。

二、FF現場總線特點

基金會現場總線(Foundation Fieldbus)通常稱為FF現場總線,它分為H1和H2兩級總線。H1採用符合IEC 61158-2標準的現場總線物理層;H2則採用高速乙太網為其物理層。

H1現場總線物理層的主要電氣特性如下:採用位同步數位化傳輸方式;傳輸波特率為31.25kbit/s;驅動電壓9~32V DC;信號電流±9mA;電纜型式屏蔽雙絞線;接線拓撲結構可採用線形、樹形、星形或者符合形;電纜長度小於等於1900m(無中繼器時);分支電纜的長度30~120m;掛界設備數量小於等於32臺(無中繼器時);可用中繼器小於等於4臺;適用防爆方法有本質安全防爆方法等。

三、FF現場總線的網絡構成

1、網絡拓撲結構

現場採用雞爪形(Chickens Foot)拓撲結構,每個段僅有一個雞爪,在SECCO項目中不允許使用複式雞爪形拓撲結構。

2、總線供電

H1現場總線在一根屏蔽雙絞線電纜上完成對多臺現場儀表的供電和雙向數字通訊。控制系統所配備的H1網卡通常只負責與現場儀表的雙向通訊。而總線的供電則需由專門的FF配電器完成。

H1總線以段為單位,每塊H1網卡有兩個埠,每個埠連接一個段,而每一段需配一臺FF配電器。總線的兩端還需各配一個終端電阻,以消除高頻信號的回聲。

現場總線網絡有許多需要外置電源供電的二線制現場設備,一般工作電壓為9~32V,典型為24V。每臺設備吸收電流在10~25mA之間。為了確保足夠的電壓維持運行,就必須在現場總線區域配置時知道每臺設備的功耗、位置、電纜的阻抗和電源電壓等情況,分別計算出幹線、支線上的電壓降,最終得到現場設備上的電壓。

3、電纜線

現場總線的物理信號、終端、電源、本質安全等與常規儀表不同,兩者使用的電纜必須加以區別。可供的通訊速率為31.25kb/s的H1現場總線的電纜線類型、規格、最大長度等,應根據工程需要來選擇電纜。一般首選A型用於新裝置;B型可作為替代器;C型、D型僅用於改造的裝置。

在工程中,必須注意電纜線的屏蔽與接地,首選A、B型屏蔽電纜。C、D型電纜也可將導線穿於金屬管中進行屏蔽,使用屏蔽電纜後,需將各支線與幹線的屏蔽連接起來,然後集中一起進行接地;必須注意電纜線與設備連接的極性問題,因此,現場總線使用的曼徹斯特信號是交替電壓,每bit改變1次或兩次極性。在非供電網絡中只存在這種交流電壓。在供電網絡中交替電壓是疊加在給設備供電的直流電壓之上。無論那種情況,現場總線接受電路只注意交替電壓。正、負電壓的跳變表示不同的意義。因此,現場總線的信號是有極性的。總線的供電設備也是有極性的。必須相同的極性連接在一起。使用彩色標記的電纜線以方便施工。目前,還有一種網絡供電的非極性設備,它能實現自動極性檢測和校正,正確地接受不同極性的信號,使用時可以盲接。

4、短路保護

在FF現場總線的每一個段中掛有多臺設備,如果在實際使用當中任何一臺的連線短路,都會對整個段產生致命的損害,因此必須充分重視FF總線的短路問題。這是因為:首先,FF總線是在一對屏蔽雙絞線上掛接了多臺現場儀表,其中任何一臺儀表的短路,都會導致整段總線的短路。當在線維護儀表外殼,從而造成短路。即使這種短路是短暫的,也會危害整段總線的正常工作;其次,由於一段總線上任何一點的短路,都造成整段的短路,使得查找和排除短路故障比較困難。比如,某段總線掛接了8臺現場儀表,末尾還有一臺網端。這8臺儀表的安裝位置可能相距30m或3層平臺。當該段總線發生短路時,儀表維護人員無法直觀地判斷是那臺表發生短路,也無法判斷是只有一個短路點,還是不止一個。必須做好檢查所有8臺儀表的準備。也許要花一個小時、來回跑幾百米、上下爬幾層平臺,才能找到問題所在。

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