现场总线控制系统的设计与应用

限制一个现场总线网段上的通信量，在设计过程中规定：

1)一个Segment上，控制回路不能超过2个。

2)在变送器上设置模拟输入块(AI)，在调节阀上设置模拟输出块(AO)。

3)对于单回路PID控制，如果在同一个Segment，PID功能模块设置在执行元件上;反之，设置在控制系统的控制器中。

4)串级控制回路，主回路的PID功能块设置在控制系统的控制器，副回路的PID功能块设置在执行机构上。

5)计算和逻辑功能块及其它功能块均设置在控制系统的控制器上。

2.5 现场总线配线设计

现场总线配线设计与传统DCS配线设计不同，传统的配线方式是：从就地接线箱到DCS接线柜干线电缆，通常采用20对对绞电缆，接线箱可以为20个现场设备提供接线，其中包括20%的备用。而现场总线干线(Homerun)电缆采用2对对绞分屏加总屏电缆，连接两个段，一对用于第一个H1总线段，另一对用于第二个H1总线段。每个H1总线段可以连接10个现场总线设备。现场总线设备通过单对屏蔽分枝电缆连接到接线箱。

2.5.1 现场总线电缆

现场总线的物理信号、终端、电源、本质安全等与常规仪表不同，两者使用的电缆必须加以区别。可供的通讯速率为31.25kb/s的H1现场总线的电缆线类型、规格、最大长度等如表1所示，应根据工程需要来选择电缆。一般首选A型用于新装置;B型可作为替代品;C型、D型仅用于改造的装置。

1、电缆的类型

1)干线电缆

在选型设计时，干线电缆通常采用A型对屏总屏多芯电缆，且应有20%-25%的裕量或至少有2芯的备用。

2)分支电缆分支电缆在选型设计时，通常采用A型对屏总屏电缆。

2、长度的限制

一个Segment现场总线电缆的长度为所有支电缆和干线电缆长度之和，对于A型电缆来说，其总长度≤1900m。如表2所示。

根据现场经验发现，这个长度要求是保守的。现场总线的长度是为了限制因长度而引起的电压降和信号品质(如衰减和失真)的影响。为了避免计算每个现场总线段的物理负荷和减少现场总线段设计确认工作，BAYER涂料项目要求每根总线电缆长度(干线加各支线总长度之和)不超过1420米，每个Segment段上不得超过8个FF仪表，分支电缆不超过75米。

2.5.2 现场总线接线箱

由于该项目位于防爆区域2区内，且该现场空气比较潮湿，根据上述工况，采用防爆电缆密封接头，接线箱选用增安型(EExe)接线箱，该接线箱的总线端子块有短路保护功能，保证一个支路短路时而不影响其他支路，并且使得仪表维护人员在控制室内便可知道短路故障点。总线终端器在接线箱内安装时，应带相应标记，防止被意外拆除。

按照BAYER对该项目的要求，每个FF接线箱最多接8台FF仪表，就该涂料项目而言，最后经过统计，平均每个接线箱接6台FF仪表。

2.6 FF总线在本项目应用中的问题及原因

在该项目调试及开车过程中，控制回路能够在满足工艺要求的状态下稳定运行。同时在调试中也遇到一些问题，这些问题及主要原因归纳如下：

1、部分仪表控制室内没有信号：现场仪表与屏蔽层没有绝缘，对信号造成干扰：选用多芯电缆时，不同网段的屏蔽线互连而造成的通讯干扰。

2、总线设备丢失：供电断路、接线端子松动，在调换设备后，未进行重新调试;设备本身问题，如绝缘差、总线信号太弱等;现场总线设备的仪表版本与DCS主机系统版本不一致造成的。

2.7 总结FF现场总线的优缺点

现场总线控制系统相对于传统DCS控制系统而言，具有很多优点，但也存在缺点，现将其优缺点归纳如下：

1、FF现场总线的优点

1)提供了更丰富的信息，降低维修费用。

2)信号受干扰小，传输速度快。

3)总线系统的扩展非常方便。

4)总线系统大大减轻了工作站的运算负担。

5)节约了施工材料。

2、FF现场总线的缺点

1)施工要求较高，对主干电缆和分支电缆的长度都有要求。

2)对维护设施的要求相应提高，如携带到现场的电动维护设备有一定的防爆要求，甚至对于临时给接线箱开孔都要拿到装置外进行，例如：在本涂料项目中，订货的接线箱开孔少了，需要临时开孔，按照现场要求，不能在装置内进行，只能拿到厂区外开孔。

3)当一个网段出现故障后，特别是仪表短路后，由于维护人员无法直观判断是哪台仪表发生故障，所以必须检查该网段的所有仪表。

4)在工程设计方面，要求同一回路的设备尽量分配在同一个网段中，而当工程较大时，可能同一回路的设备不一定在同一平面或区域，这也可能会对现场仪表配线图的绘制带来一定的困难。

5)现有的防爆规定限制了总线长度和总线上所挂设备的数量，也就限制了现场总线节省电缆，节省施工材料的优点的发挥。

3 结束语

从该项目的执行情况来看，在现场总线控制技术的设计和应用中取