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现场总线控制技术 在 3 万 NM3/H 空分装置上的应用

现场总线控制技术 在 3 万 NM3/H 空分装置上的应用. 江铜集团贵溪冶炼厂 张卫华. 2007 年 11 月 1 日. 1. 工程介绍.

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现场总线控制技术 在 3 万 NM3/H 空分装置上的应用

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Presentation Transcript

  1. 现场总线控制技术在3万NM3/H空分装置上的应用 江铜集团贵溪冶炼厂 张卫华 2007年11月1日

  2. 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爱默生公司的DeltavFF总线控制系统，主要的配套装置空分系统选用横河公司的CS3000FF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CS3000FF总线控制系统在贵冶3万NM3/H空分装置中的应用。

  3. 2.现场总线控制系统的网络结构及配置 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，分类如下： AI 148 AO 74 DI 151 DO 79 RTD 130 选用横河公司最新推出的CS3000R3控制系统，采用VNET/IP 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台设备管理站，1台冗余控制站（7个节点）。

  4. FF现场总线设备具体配置 • 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）。

  5. 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，配置最多的一条网段为8台FF设备。下图所示为网段连接结构示意图。

  6. 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。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。 • 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BJYC3Y2 –H11X2X0.8（18AGW）。

  7. 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。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。 • FF现场总线仪表配置161台件： 仪表类型 数量 厂商 EJA系列压力、差压变送器 82 横河 EJX系列压力、差压变送器 14 横河 3095多参量流量变送器 1 罗斯蒙特 AXF系列电磁流量计 4 横河 YTA系列双路温度变送器 2 横河 3787阀门定位器 56 萨姆森 3730-5阀门定位器 1 萨姆森 SIPART PS2FF阀门定位器 1 西门子

  8. 3.FF现场总线设计和安装以及组态应注意的问题3.FF现场总线设计和安装以及组态应注意的问题 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，在网段设计时,最好把现场FF仪表的位号 和分配的地址提供给设备供应商，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。此外，可以 借助于FF设备厂商提供的“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。 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。

  9. 下图所示为FF仪表标准的单回路PID功能块设计案例。下图所示为FF仪表标准的单回路PID功能块设计案例。 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。

  10. 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。 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。

  11. 图示为FF仪表复杂回路PID功能块设计案例

  12. 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。

  13. 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。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。

  14. 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。但也出现了一 些小问题，如某个网段通讯不正常，设备丢失等，通过FCS操作站或PRM设备资 源管理器可以发现故障网段上的故障标记，也可以使用MTL公司提供的FBT-3诊 断器检查网段上的信息。反映到FCS操作上，会出现过程CNF报警，过程数值不 变，PID面板块不能操作等等现象发生，具体遇到以下几方面的问题： • 故障设备干扰（网段中个别变送器质量不良出现软故障），造成网段通讯不正常，引起整条网段上设备丢失。 • 总线电缆敷设问题，由于进总线接线盒的分支电缆被压破，引起分支电缆屏蔽线有二端接地现象，而造成信号干扰，另外现场总线设备现场接线端子进水，引起总线电缆绝缘下降等问题，最终都会引起干扰，造成网段通讯不正常，引起网络设备丢失。 • 设备下载速度慢，与传统DCS的比较，FCS在修改组态参数时，下载速度要慢得多。 • FF现场仪表与FCS系统的兼容性问题，主要体现在可监视和修改的参数方面,如CS3000系统与西门子PS2FF定位器，PID功能块就不能设置在阀门定位器上，只能设置在FCS控制器内等。

  15. 5.结束语 通过本工程的实践,我们认为FF现场总线控制技术与FCS设备已趋于 成熟，是今后过程自动化的发展方向,并确实感受到了如下优点: • 节省电缆及安装材料，减少了I/O卡件，工程量减少。 • 可以降低设备维护费用,提高设备使用效率和装置的安全性。由于现场总线仪表的全数字、智能化以及PRM等设备管理软件的应用,使操作和维护人员能够及时获得设备的故障预测、报警等信息，大大的缩短了仪表标定、故障诊断和现场巡检乃至工艺故障准确判断时间，装置的非计划停车时间减少，且使设备全寿命周期预知管理成为可能 但是任何事物都有其两面性。FF设备费用高，对设备维护人员的知识 、技能水平要求也高，尤其是设备资源管理系统的应用比较复杂，需要专 业人员才能用好等等。 随着FF现场总线技术的飞速发展,相信上述缺憾会得到实质性改进， 更多的企业将会应用这门新技术，我们将更加体验到新技术带给的好处。

  16. 谢 谢！

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