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1  前言

    上海賽科石油化工有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱為SECCO）是由英國(guó)BP、中國(guó)石化SINOPEC和上海石化SPC組建的大型合資公司，SECCO投資27億美元興建的世界一流的上下游產(chǎn)品一體化的石油化工裝置采用艾默生過(guò)程管理方案，實(shí)現(xiàn)了管控一體化和資產(chǎn)管理一體化。SECCO采用艾默生過(guò)程控制有限公司（以下簡(jiǎn)稱為艾默生公司）的PlantWeb數(shù)字化工廠體系結(jié)構(gòu)和DeltaV系統(tǒng)操控軟件，與AMS Suite預(yù)測(cè)維護(hù)軟件相配合，構(gòu)成了SECCO過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PE裝置的生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制和資產(chǎn)管理。

2  PlantWeb的硬件構(gòu)成

    PlantWeb的硬件系統(tǒng)由主站、具有OPC標(biāo)準(zhǔn)接口的服務(wù)器、FF H1卡件和具有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的智能現(xiàn)場(chǎng)儀表構(gòu)成，完成對(duì)PE裝置生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視和控制。利用HART協(xié)議和模擬技術(shù)與DeltaV連網(wǎng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)和狀況進(jìn)行安全測(cè)試，達(dá)到對(duì)資產(chǎn)在線和離線預(yù)測(cè)性維護(hù)的目的。

(1)  基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線段（segment）的概念
    SECCO采用的FF總線中，每個(gè)最終的接線箱作為一個(gè)段，一般情況下每個(gè)段設(shè)計(jì)負(fù)載9臺(tái)儀表，允許將來(lái)在每個(gè)段可以增加3臺(tái)儀表。這個(gè)限制并不嚴(yán)格，只要每個(gè)段的總備件平均數(shù)達(dá)到3臺(tái)儀表而且備件分布合理均勻，也可以在某些段上連接比滿負(fù)荷少12臺(tái)的儀表設(shè)備。對(duì)負(fù)載的類型也有規(guī)定：每個(gè)段負(fù)載中的閥門(mén)不能超過(guò)2個(gè)。構(gòu)成控制回路的相關(guān)儀表位于同一個(gè)段上，比如在一個(gè)壓力控制回路中，壓力變送器和閥門(mén)應(yīng)該位于同一個(gè)段中。標(biāo)準(zhǔn)的PID控制模塊設(shè)置在閥門(mén)定位器中。但是對(duì)于復(fù)雜控制，比如在串級(jí)控制中，主控制回路在主機(jī)中實(shí)現(xiàn)，副回路控制則由閥門(mén)定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)；再比如對(duì)于分程控制的應(yīng)用，受FF總線儀表微處理器功能的限制，PID最好設(shè)置在主機(jī)內(nèi)。對(duì)段作出的種種限制歸根結(jié)底是由于FF H1并不高的通訊速率所限，它的通訊速率只有31.25Kbps。每個(gè)段安裝太多的儀表，無(wú)法保證控制的實(shí)時(shí)，也會(huì)造成通訊擁堵，引起局部癱瘓。

圖1  拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1

圖2  拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2

    SECCO采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有一種形象的比喻，叫做“雞爪形”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

(2)  PlantWeb與其他自動(dòng)化結(jié)構(gòu)的不同
    ?  能夠高效采集和管理各類新型信息，包括設(shè)備健康狀況和診斷信息，信息來(lái)源可以是基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線和智能HART設(shè)備，以及其他各類過(guò)程設(shè)備；
    ?  不僅提供過(guò)程控制，而且可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備優(yōu)化，以及與其他工廠和商務(wù)系統(tǒng)的集成；
?  采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而不是中央分布式結(jié)構(gòu)。具備更高的可靠性和規(guī)模可變功能；
    ?  結(jié)構(gòu)的各層采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方案，包括充分利用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線；
    ?  所有現(xiàn)場(chǎng)總線儀表是無(wú)極性的，這一點(diǎn)和以往對(duì)極性有嚴(yán)格要求的控制系統(tǒng)完全不同。

3  PlantWeb的軟件構(gòu)成

    PlantWeb的應(yīng)用軟件由兩部分構(gòu)成：一是DeltaV組態(tài)、調(diào)試、操作和控制軟件；二是AMSTM Suite軟件組合：Intelligent Device Manager、Machinery Health Manager、Equipment Performance Monitor、Asset Portal等。AMSTM Suite軟件組合可以提供給用戶不同于傳統(tǒng)DCS的更為強(qiáng)大的一體化功能。

(1)  提供更多信息
    傳統(tǒng)的自動(dòng)化結(jié)構(gòu)體系只能發(fā)送過(guò)程變量的信號(hào)以及與之相關(guān)的報(bào)警或趨勢(shì)信號(hào)，而采用數(shù)字技術(shù)的FF現(xiàn)場(chǎng)總線則可以訪問(wèn)并使用各類新型數(shù)據(jù)信息，在不久的將來(lái)還會(huì)具備識(shí)別多媒體信息的功能應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)。采用PlantWeb結(jié)構(gòu)，此類信息的深度和廣度都得到前所未有的拓寬。

    它基于基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表和智能HART儀表，包括變送器、分析儀和數(shù)字閥門(mén)控制器，在滿足檢測(cè)過(guò)程變量信息外，它們采用單片式微處理器和診斷軟件監(jiān)視其自身的運(yùn)行狀況和性能，以及故障或維護(hù)時(shí)所需的信號(hào)。它還可以捕獲傳動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行狀況信息，包括電動(dòng)機(jī)和泵的軸轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、溫度和潤(rùn)滑狀態(tài)，并利用這些數(shù)據(jù)識(shí)別機(jī)器運(yùn)行狀況，如失調(diào)、失衡、齒輪磨損和軸承故障。它還可以提供如熱交換器、壓縮機(jī)、渦輪機(jī)、蒸餾塔和鍋爐等過(guò)程設(shè)備的性能和效率的信息。

(2)  集成化信息
    為了盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，PlantWeb將各類設(shè)備信息集成到一個(gè)瀏覽器軟件Asset PortalTM中。任何需要此類信息的人都可以調(diào)用，包括維護(hù)車間的技術(shù)人員、控制室內(nèi)的操作員，或與工廠和業(yè)務(wù)相關(guān)的其他人員。資產(chǎn)管理接口（Asset Portal）提供各類儀表和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和狀況信息的集成化環(huán)境。當(dāng)潛在的問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，面向?qū)ο蟮脑诰€警告確保將此信息即時(shí)發(fā)送給相應(yīng)的工作―但其他用戶卻不會(huì)受到該報(bào)警的干擾。PlantWeb還可同時(shí)將此警告信息發(fā)送給應(yīng)用程序，如運(yùn)行的歷史記錄軟件和維護(hù)系統(tǒng)，這使得建立過(guò)程事件和設(shè)備狀態(tài)之間的原因結(jié)果關(guān)系更為方便，對(duì)于分析事故原因，避免類似事故的發(fā)生很有好處。

(3)  自啟動(dòng)程序功能
    從石油化工裝置開(kāi)車的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，無(wú)論是新裝置還是檢修后重新開(kāi)車，都要耗費(fèi)大量的人力財(cái)力，才能使裝置達(dá)到穩(wěn)定滿負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)。利用自啟動(dòng)程序，在安全和工廠條件允許的情況下，PlantWeb按照既定步驟，平穩(wěn)地將過(guò)程和設(shè)備帶到合適的狀態(tài)，然后毫無(wú)停頓地自動(dòng)切換到下一步驟，可盡快使過(guò)程恢復(fù)到滿負(fù)荷生產(chǎn)能力。這樣就能最大限度地減少人為過(guò)失，并且有助于過(guò)程的平穩(wěn)啟動(dòng)。實(shí)際上，它相當(dāng)于每次都是由最好的、經(jīng)驗(yàn)最豐富的操作員運(yùn)行啟動(dòng)程序。自動(dòng)啟動(dòng)還可以避免可能導(dǎo)致設(shè)備損壞和停產(chǎn)的人為失誤，這一點(diǎn)是難能可貴的。

    PlantWeb的強(qiáng)大功能還有待時(shí)間的檢驗(yàn)，盡管艾默生公司聲稱PlantWeb是唯一一種得到大量項(xiàng)目證實(shí)的成熟的數(shù)字化工廠結(jié)構(gòu)體系，但在國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)并沒(méi)有使用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成功范例。

4  FF現(xiàn)場(chǎng)總線的安裝和調(diào)試
(1)  對(duì)電纜的特殊要求
    FF現(xiàn)場(chǎng)總線是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同于傳統(tǒng)的DCS的分布式結(jié)構(gòu)，對(duì)電纜的檢測(cè)要求不同，對(duì)FF電纜不僅要測(cè)量它的阻抗，還要測(cè)量它的電容值，確保通訊的暢通。艾默生公司給出了對(duì)阻抗的期望值，如表1所示。

表1  對(duì)阻抗的期望值

    需要說(shuō)明的是信號(hào)線之間的阻抗是變化的，因?yàn)榻K端器RC電路的充放電和現(xiàn)場(chǎng)總線電纜長(zhǎng)度不等引起的分布電容不同的影響。

    艾默生公司給出了對(duì)電容的期望值，如表2。

表2  對(duì)電容的期望值

    (2)  現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的調(diào)試程序包括：
    ?  電纜、接線盒、連續(xù)性測(cè)試、接地和絕緣試驗(yàn)；
    ?  現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接和信號(hào)分析；
    ?  設(shè)備下裝和軟件檢查；
    ?  波形捕獲。

5  FF現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的調(diào)試

    傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備的投用，合上回路電源開(kāi)關(guān)，在DCS的操作站或工程師站，輸入其位號(hào)就可以讀取以上電儀表的信息，而FF現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的投用沒(méi)有這么簡(jiǎn)單，它存在一個(gè)激活的過(guò)程。

    啟動(dòng)設(shè)備，為其分配網(wǎng)段地址，以便DeltaV系統(tǒng)訪問(wèn)。采用DeltaV Explorer啟動(dòng)設(shè)備。啟動(dòng)過(guò)程中，可以統(tǒng)一設(shè)備參數(shù)及其位置標(biāo)志符。設(shè)備啟動(dòng)后，將其下裝。

    (1)  將設(shè)備連到網(wǎng)段上。
    (2)  依次點(diǎn)擊Start | DeltaV | Engineering | DeltaV Explorer，打開(kāi)DeltaV Explorer。
    (3)  設(shè)備將出現(xiàn)在未啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備下方。設(shè)備出現(xiàn)可能需要幾秒鐘時(shí)間。有警示標(biāo)志的設(shè)備，就是未啟動(dòng)的儀表設(shè)備。按下F5鍵可刷新設(shè)備列表。如圖3所示。

圖3

    (4)  在啟動(dòng)前，設(shè)備應(yīng)處于備用狀態(tài)。要確定設(shè)備是否處于備用狀態(tài)，可選擇未啟動(dòng)設(shè)備，從菜單欄中點(diǎn)擊View | Details，確定右邊的“Type”欄的下方出現(xiàn)“Standby Fieldbus Device（備用現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備）”說(shuō)明。如圖4所示。

圖4

    (5)  如果設(shè)備不是處于備用狀態(tài)，可在右邊方格中選擇該設(shè)備，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊并選擇備用狀態(tài)。設(shè)備轉(zhuǎn)換到備用狀態(tài)可能需要1分鐘左右的時(shí)間。
    (6)  現(xiàn)在確認(rèn)未啟動(dòng)設(shè)備的屬性、設(shè)備類型、生產(chǎn)商和設(shè)備版本是否與位置標(biāo)志符屬性相匹配。如果要檢查屬性，可選擇選項(xiàng)，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊選中屬性。如有必要，可編輯位置標(biāo)志符使其與設(shè)備屬性相匹配。從未啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備列表中選中該設(shè)備，將其拖到位置標(biāo)志符中。
    (7)  打開(kāi)設(shè)備啟動(dòng)向?qū)В喿x設(shè)備啟動(dòng)向?qū)е械男畔ⅲ蜷_(kāi)對(duì)話框并點(diǎn)擊“Next”鍵打開(kāi)設(shè)備啟動(dòng)向?qū)Вy(tǒng)一設(shè)備參數(shù)對(duì)話框中的內(nèi)容。
    (8)  點(diǎn)擊“Next”按鈕。當(dāng)您啟動(dòng)該設(shè)備時(shí)，設(shè)備的參數(shù)將沖掉位置標(biāo)志符中的參數(shù)。
    (9)  點(diǎn)擊“Finish”啟動(dòng)設(shè)備。
    設(shè)備啟動(dòng)可能需要一些時(shí)間。啟動(dòng)設(shè)備所需的時(shí)間與幾種因素有關(guān)。包括使用的功能塊和設(shè)備的數(shù)量，以及設(shè)備不同狀態(tài)切換所需的時(shí)間。

    設(shè)備啟動(dòng)后，點(diǎn)擊“configure”按扭，就可以編輯資源塊和傳感器塊的參數(shù)。

6  結(jié)語(yǔ)

    正在建設(shè)的SECCO、揚(yáng)子巴斯夫和南海殼牌都采用了現(xiàn)場(chǎng)總線，正如專家按照過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)去的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)所預(yù)測(cè)的那樣：“現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）在2004年或2005年在國(guó)內(nèi)成為過(guò)程控制系統(tǒng)中的通用結(jié)構(gòu)”，上述三家公司對(duì)FCS的嘗試無(wú)疑將推動(dòng)FCS在國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)的廣泛應(yīng)用。