上海赛科90万吨/年乙烯FF总线技术的应用(下)
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三 FF现场总线技术的应用
上海赛科的FF现场总线设备有10631台，2473个FF现场总线网段，平均每个网段上挂5.8台FF现场设备。
上海赛科乙烯工程大规模全面使用FF现场总线控制技术，它的通信速度能满足石油化工过程控制的要求。除部分仪表出现通信故障外，FF总线仪表运行基本正常，FF总线的优越性正在逐渐发挥作用。上海赛科成功应用FF总线技术的经验是：
(1)FF现场总线控制技术的进一步成熟。
(2)严格的FF现场总线设计规定。
(3)较完善的安装调试方法。
(4)各工程承包公司和现场总线设备供应商的通力合作，严格执行FF现场总线设计规定。
(5)FF现场总线设备供应商的丰富经验和它的全球支持能力等各种因素所致。
该工程实践证明，FF现场总线控制技术在大型石油化工装置大规模的应用是可行的。
1. FF现场总线的优点
(1)FF现场总线具有开放性、互操作性与互用性，FF现场总线基金会已为所有标准的功能模块和转换器模块提供了DD文件，供应商可拿来使用。同时供应商也可附加自己的特定特性，例如设备标定和故障诊断功能的人机接口的数据意义。所以不同供应商的产品可以互用。
(2)FF现场设备的智能化与功能自治化。现场总线设备将微处理器置入现场测量控制仪表中，具有数字计算和数字通信能力，实现一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号。将传感测量、补偿计算、工程量处理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基本功能。
FF现场总线的压力和差压变送器如果测量量程不超过该传感器的最大量程范围，则在变送器的AI模块中通过设定XD-SCALE和OUT-SCALE参数就可以修改和设置该变送器的测量量程，无需像4～20mA传统变送器那样用标准信号发生器来改变和校验变送器的量程。
(3)FF现场总线控制功能高度分散化。
(4)数字信息技术发展迅速，为今后数字技术的应用打下了基础。FF现场总线系统为全数字化技术，准确性与可靠性高，各种功能更加强大，现场仪表和功能模块不断产生，为今后数字技术在控制系统中的进一步应用奠定基础。
(5)FF现场总线系统安装材料与调试工作量减少。现场总线系统的接线简单，设计规定一个现场总线网段最多连接9～12个现场总线设备，其中有增加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，接线及查线的工作量减少。当需要增加现场总线设备时，可就近连接在现有现场总线网段上，既节省投资，又减少设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装费用30％以上。
由于FF总线现场设备的性能稳定，精确度高，量程改变方便等优点，实践说明在出厂已经调试合格的基础上，FF总线现场变送器和阀门定位器在安装前无需进行单表的校验调试，在安装后，如果在DCS的资源管理器中能够检查现场总线设备参数是正确的，则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行检查，节省了调试时间和调试费用。
(6)FF现场总线系统为降低设备的生命周期成本提供工具。由于FF现场总线控制设备具有更多的故障自诊断能力，并通过数字通信方式将诊断维护信息送往DCS，管理人员通过DCS的资产管理系统(AMS)查询所有仪表设备的运行情况，诊断维护信息，寻找故障，以便早期分析故障原因并快速排除，仪表设备状况始终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计划和备件准备，不必进行调节阀的周期性的轮流解体检修，缩短停工维修时间，节约维修费用，降低生命周期成本。
目前上海赛科的AMS系统诊断数据对于FF现场总线设备来说是来自现场总线网段的故障诊断通信信息，需要进入FF网段在线查阅。对于非FF现场总线设备来说是来自HART信号的故障诊断通信信息，可在AMS应用站上查阅。因此管理人员需要在两个地方查阅它们诊断信息。现在上海赛科正在升级AMS的版本(7.0)，使来自两个地方的诊断信息合并在一起，管理人员可在AMS应用站上方便地查阅现场设备的故障诊断信息。
(7)模型装置FF总线技术的应用投资分析，对FF总线技术与常规技术的投资比较。
结论：采用现场总线技术，降低建设投资的关键要素：提高总线网段(Segment)的使用率；采用国产总线电缆。(详见表格情况1至情况3)
天津安琪尔生产的国产FF总线电缆已经在国内大型装置的FF现场总线回路中得到使用，情况良好，为FF总线电缆的国产化和降低FF现场总线的建设投资起到了促进作用。
那种认为现场总线的优越性就是节省电缆是片面的观点，它的精髓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、设备、材料、施工、维护等)贯穿了系统的全生命和全周期，使用系统的规模越大，优越性将体现得越明显。
2. FF现场总线设计考虑
要使FF现场总线回路能够正常运行，总线回路的正确设计和组态非常重要。根据FF基金会总线系统工程指南要求和赛科使用经验，需要考虑如下几方面：
(1)FF现场总线网段的设计应考虑网段总的电流负载、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总线网段上可挂的设备最大数量受到设备之间的通信量、电源的容量、总线可分配的地址、每段电缆的阻抗等因素的影响、总线的拓扑结构采用单鸡抓型。这些设计要求在FF基金会的有关文件中有明确规定。赛科项目设计中使用了Emerson过程管理公司提供的现场总线网段设计工具来设计和检查。
(2)为提高FF总线工作效率，在设计和组态时应该尽量减少FF设备在总线上的通信量。应尽量做到以下几点： 尽量将PID控制模块放在现场阀门定位器中，赛科项目中原则上将单回路和串级控制副回路的PID控制块放在智能阀门定位器中，这样就可减少DCS控制器与现场阀门定位器之间的通信量；写现场总线的静态参数时仅写有变化的参数，节约NVM(易挥发寄存器)资源，否则参数每秒种扫描一次很快就将NVM寄存器写满，使其失去寄存功能，必须调换了；在控制回路中应尽量减少该回路之外的参数引入到该回路的现场总线设备中，因为跨功能块、跨网段的引用数据会增加通信量。
3. FF现场总线安装和测试要点
赛科项目的现场总线使用经验表明现场总线回路故障的主要原因之一是来自网段上的干扰，而干扰的主要原因是现场总线网段和总线设备的不良安装。FF基金会总线系统工程指南(版本2.0)对安装提出了详细要求，赛科项目的经验是：
(1)现场总线网段对绝缘要求很高，为了防爆和防止总线回路受潮，规定采用增安型(EEx e)接线箱，电缆穿入接线箱时使用防爆电缆密封接头。
采用FF总线专用端子块与各总线现场设备连接。每个总线专用端子块具有短路保护作用，短路时指示灯亮，保证一个支路短路时不影响其他支路的正常工作，短路保护器将限制每个支路的短路电流不超过60mA。
(2)电缆屏蔽层的连接注意事项：
(a)在现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线要剪断，并要用绝缘带包好，不能与表壳接地螺丝连接。各段总线电缆的屏蔽线应在接线箱内通过接地端子连接起来，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，不能有多点接地情况，这样可以起到防止静电感应和低频(50Hz)干扰的作用。
(b)如果干线电缆是多芯电缆，则不同总线网段的分屏蔽线不应在接线箱(JB)内被互相连接在一起，也不能与总屏蔽线连在一起。
(c)电缆桥架要每隔一段距离接地情况一样。
(3)现场总线电缆和现场设备安装之后应该经过严格测试，电缆线间绝缘电阻、对地绝缘、线间和对地电容以及总线信号的波形测试等应符合FF基金会总线系统工程指南中的技术要求，各端子的连接必须紧固。
目前MTL公司能提供FBT3、FBT5、FBT6和FLUK公司的123示波器等FF总线网段测试设备，能检测现场总线网段上的各种故障情况，是目前有效的总线网段性能测试工具。
4. 现场总线故障检测和处理
根据赛科项目的经验，FF现场总线运行情况基本良好，但是有时也出现一些故障和问题。FF现场总线网段的主要故障现象表现为现场总线设备从网段上丢失，在DCS的事件记录中出现通信报警，丢失设备的指示值出现BAD(坏值)标记，PV值保持最后好值，阀门保持原来位置，控制模块出现报警(Module Alarm)，调节器从自动切换到手动模式等。