FF-H1 在氯乙烯溫度采集的應(yīng)用

劉迪津，鐘國(guó)院，王 進(jìn)，高 鵬

（1.沈陽(yáng)華控科技發(fā)展有限公司，遼寧 沈陽(yáng)110142；2.陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林719319）

轉(zhuǎn)化器是乙炔、氯化氫合成氯乙烯的關(guān)鍵設(shè)備，經(jīng)混合器混合的兩種氣體進(jìn)入轉(zhuǎn)化器， 在觸媒的催化作用下轉(zhuǎn)化為粗氯乙烯， 該反應(yīng)過(guò)程溫度最高可達(dá)190 ℃， 因此轉(zhuǎn)化器床層溫度是轉(zhuǎn)化反應(yīng)的關(guān)鍵指標(biāo)。 陜西某化工廠氯乙烯合成E 線共有44 臺(tái)氯乙烯轉(zhuǎn)化器， 每臺(tái)轉(zhuǎn)化器設(shè)有12 個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，采用E 型熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量， 溫度采集點(diǎn)總數(shù)達(dá)528 個(gè)。 氯乙烯轉(zhuǎn)化器位于工廠防爆區(qū)域， 而DCS機(jī)房位于較遠(yuǎn)的非防爆區(qū)域， 且該項(xiàng)目采用日本橫河DCS 控制系統(tǒng)-CENTUM VP，IO 點(diǎn)成本相對(duì)高昂， 如果將528 個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)直接接入DCS 系統(tǒng)中，需配置許多IO 卡件、專(zhuān)用端子板、機(jī)籠、配套控制柜等DCS 部件，以及耗費(fèi)大量專(zhuān)用電纜。 該方法不但成本高昂，施工量大，工期長(zhǎng)，占用空間大，同時(shí)也增加了DCS 系統(tǒng)的負(fù)荷。

FOUNDATION Fieldbus 又稱(chēng)基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，簡(jiǎn)稱(chēng)FF 總線， 由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)針對(duì)過(guò)程自動(dòng)化而開(kāi)發(fā)的一種通過(guò)數(shù)字、串行、雙向的通信方法。 其中FF-H1 是從過(guò)程工業(yè)和DCS 應(yīng)用的角度制定，主要用于底層設(shè)備的連接， 不僅能夠滿足過(guò)程工業(yè)的實(shí)時(shí)性和本質(zhì)安全性要求， 而且能為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備總線供電，其傳輸速率為31.25 kbps，不加中繼器的情況下通信距離可達(dá)1 900 m。

1 工廠現(xiàn)狀

FF-H1 現(xiàn)場(chǎng)總線可以工作在工廠生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，能適應(yīng)本質(zhì)安全防爆的要求，還可通過(guò)傳輸數(shù)據(jù)的總線為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供工作電源。 具有靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸速率快、安全、穩(wěn)定，以及減少電纜和安全柵的使用量，減少施工工作量等優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)綜合比較， 該工段氯乙烯轉(zhuǎn)化器溫度采集采用基于FF-H1 總線技術(shù)的羅斯蒙特848T 高密度溫度 變 送 器， 搭 配MTL 的9188 電 源、F30 Ex ic Adaptor 和MTL F312 Megablock 組成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，示意圖見(jiàn)圖1。

1.1 羅斯蒙特848T 高密度溫度變送器主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）有8 個(gè)獨(dú)立的可組態(tài)傳感器輸入，包括2 線和3 線熱電阻、熱電偶、毫伏、2 線和3 線歐姆表以及4～20 mA 信號(hào)。 并可安裝在靠近過(guò)程的位置以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

（2）該模塊還配備了8 個(gè)AI 功能塊、2 個(gè)MAI功能塊、4 個(gè)ISEL 功能塊和備份LAS 功能。

（3）測(cè)量E 型熱電偶范圍-200～1 000 ℃，精度為±0.40 ℃。

（4）使用標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線電源通過(guò)F 現(xiàn)場(chǎng)總線供電。 變送器工作電壓為9.0～32.0 VDC，最大電流為22 mA。（變送器電源端子的額定電壓為42.4 VDC。）

（5）安裝于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不銹鋼防爆箱。

1.2 9188 電源模塊主要技術(shù)特點(diǎn)

（1） 針對(duì)橫河DCS 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)， 與橫河AFL111卡件連接，實(shí)現(xiàn)與橫河DCS 系統(tǒng)通訊。

（2）每套電源包含1 塊9188-CA-PS 底板，6 個(gè)9192-FP 電源模塊底板集成終端器。 可以為8 個(gè)網(wǎng)段供電， 通道之間完全隔離， 每個(gè)網(wǎng)段輸出：19.0～22.0 V，500 mA。

（3）安裝于機(jī)柜間控制柜內(nèi)。

1.3 F30 Ex ic Adaptor 主要技術(shù)特點(diǎn)

（1） 與F300 系列接線器和918X-X2 系列總線電源配合使用，提供Ex ic 本安分支。

（2）在2 區(qū)使用，所有分支連接本安認(rèn)證儀表可帶電維護(hù)。

（3）支持長(zhǎng)距離主干和大負(fù)荷的網(wǎng)段。（4）安裝于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不銹鋼防爆箱。

1.4 總線接線器MTL F312 Megablock 主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）通過(guò)總線供電，12 分支。

（2）帶分支短路保護(hù)功能，分支短路最大電流56 mA。

（3）Ex nA 主干，Ex nA 分支，可安裝在2 區(qū)增安型接線盒內(nèi)，并連接1 區(qū)或2 區(qū)隔爆設(shè)備。

（4）主干到分支壓降不超過(guò)1.25 V，電流消耗僅

6.5 mA（12 分支）。

（5）最大分支長(zhǎng)度120 m。

（6）安裝于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不銹鋼防爆箱。

圖1 FF-H1結(jié)構(gòu)示意圖

2 方案設(shè)計(jì)

氯乙烯合成E 線44 臺(tái)轉(zhuǎn)化器又細(xì)化設(shè)置為兩條線，每條生產(chǎn)線22 臺(tái)轉(zhuǎn)化器。一線由11 臺(tái)前轉(zhuǎn)化器R2101A1～11 和11 臺(tái)后轉(zhuǎn)化器R2101B1～11 組成， 二線由11 臺(tái)前轉(zhuǎn)化器R2102A1～11 和11 臺(tái)后轉(zhuǎn)化器R2102B1～11 組成。 為節(jié)約電纜用線以及維護(hù)方便， 每臺(tái)轉(zhuǎn)化器就近設(shè)有1 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)防爆箱A1-1～11、A2-1～11、B1-1～11、B2-1～11， 每個(gè)防爆箱內(nèi)安裝2 個(gè)848T 溫度變送器，每臺(tái)轉(zhuǎn)化器上的12 個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)，使用E 型熱電偶專(zhuān)用補(bǔ)償導(dǎo)線就近連接到現(xiàn)場(chǎng)防爆箱內(nèi)的848T 溫度變送器上， 每個(gè)848T 溫度變送器連接6 個(gè)熱電偶，各預(yù)留2 個(gè)備用通道，以便后期的維護(hù)和管理，氯乙烯轉(zhuǎn)化器現(xiàn)場(chǎng)排布圖見(jiàn)圖2。

圖2 氯乙烯轉(zhuǎn)化器現(xiàn)場(chǎng)排布圖

在每4 臺(tái)前轉(zhuǎn)化器和后轉(zhuǎn)化器之間另設(shè)有1 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)防爆箱F1～11， 每個(gè)防爆箱內(nèi)裝有1 個(gè)總線接線器MTL F312 Megablock，羅斯蒙特848T 采集后的溫度信號(hào)，通過(guò)FF-H1 總線傳送到就近的總線接線器上，每4 臺(tái)轉(zhuǎn)化器使用1 個(gè)總線接線器MTL F312 Megablock， 每 個(gè)MTL F312 Megablock 連 接8 個(gè)848T 溫度采集模塊，各預(yù)留4 個(gè)備用接口，以便后期維護(hù)和管理。

經(jīng)過(guò)總線接線器匯合的溫度信號(hào)再通過(guò)FFH1 總線傳送到DCS 控制柜內(nèi)的9188 電源模塊，再經(jīng)過(guò)橫河專(zhuān)用電纜與橫河DCS 控制系統(tǒng)CENTUM VP 進(jìn)行通訊，以每秒一次采集的周期，將氯乙烯轉(zhuǎn)化器溫度傳送到DCS 系統(tǒng)中。

3 系統(tǒng)組態(tài)

（1）硬件組態(tài)

將羅斯蒙特848T 高密度溫度變送器相對(duì)應(yīng)的DD（Device Description）文件導(dǎo)入到橫河DCS 系統(tǒng)指定路徑中， 再通過(guò)DCS 系統(tǒng)內(nèi)置的FF 總線組態(tài)軟件對(duì)溫度變送器進(jìn)行組態(tài)。

組態(tài)步驟：

a.使用橫河工具將羅斯蒙特848T 高密度溫度變送器的DD 文件導(dǎo)入到指定位置。

b. 打 開(kāi)CENTUM VP， 打 開(kāi)ALF111 卡 件 的Fieldbus Builder，注冊(cè)FF 總線設(shè)備。

c.打開(kāi)Device Panel，選中需要分配地址的848T變送器，點(diǎn)擊菜單欄中的地址分配，分配完地址后，點(diǎn)擊菜單欄中更新設(shè)備信息，并修改每臺(tái)設(shè)備的設(shè)備名稱(chēng)。

d.打開(kāi)ALF111 卡件的Fieldbus Builder，對(duì)注冊(cè)的設(shè)備進(jìn)行下載操作。

e.打開(kāi)Device Panel，選中需要設(shè)置設(shè)備，在設(shè)備信息窗口中對(duì)848T 變送器進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)備配置。 如采集原件類(lèi)型、量程設(shè)置、報(bào)警信息等。

f.下載配置信息。

（2）基本組態(tài)

該氯乙烯合成工段采用FF-MAI（Foundation Fieldbus Multiple Analog Input Block） 模塊進(jìn)行基本組態(tài)，F(xiàn)F-MAI 模塊可同時(shí)讀取一個(gè)溫度采集設(shè)備中的所有溫度采集點(diǎn)，僅需采用88 個(gè)FF-MAI 模塊即可達(dá)到組態(tài)目的，極大的減少了DCS 中基本功能塊的使用，以及減少系統(tǒng)的負(fù)荷。

4 總結(jié)

陜西某化工廠氯乙烯合成工段E 線自2018 年10 月開(kāi)始采用上述方案，2019 年3 月正式投產(chǎn)，極大減少了電纜消耗，且采用的模塊功率低、具備本質(zhì)安全型等優(yōu)點(diǎn)，減少了安全柵的使用，極大降低了工程成本。該方案施行至今運(yùn)行良好，采集溫度參數(shù)貼合生產(chǎn)實(shí)際，可以達(dá)到DCS 常規(guī)測(cè)量要求，采集的數(shù)據(jù)具有良好的參考價(jià)值。