基于现场总线技术的 DCS 应用

机构、马达控制器等现场智能设备，这些设备通过现场总线与相应的智能 I/O 通信卡件接入控制系统，构成工厂管控网的第一层。

(2) 控制网络层

由图中结构看出，控制网络中 DCS 系统是工艺生产流程的过程控制核心，实现对各种复杂工艺过程的控制、工艺和系统报警信息的监测等。安全系统是独立的子系统，其通过 Modbus TCP/IP 接入 DCS，实现信息的共享、互为操作。操作站和工程师站作为操作和日常维护的界面。

(3) 生产网络层

通过 OPC 协议，将控制网上的生产信息、设备信息、操作信息等集成起来，实现对现场设备进行远程巡检和诊断，对工艺操作信息、报警历史数据等进行存储监控和分析。

(4) 办公网络层

生产网经过防火墙与办公网共享生产信息和集团网络连接实现集团内信息共享，实现设备维修管理信息、生产数据、库存管理等生产资源的调配和管控一体化。

3 现场总线设备在装置中的应用及项目设计要求

基于工厂管控网技术的 DeltaV 系统能够很好地兼容来自各种现场总线设备。本装置的智能控制设备如马达、变频马达控制器全部采用 Profibus DP 设备，智能传感器、变送器等测量仪表、阀门执行机构则采用FF 现场总线，对于涉及到安全系统的仪表，则全部采用 HART 协议仪表。以下是项目中的 FF 现场总线设备和 DP 设备的特点及设计应用要求。

3.1 基金会现场总线的应用与设计基础

在碳酸二苯酯装置改造扩建项目中，对现场总线设备的选用有明确的要求，必须是经过测试的证实个体故障发生时对整个段内的其他设备无影响。该项目采用的 FF 现场总线设备主要有萨姆森(SAMSON)智能执行机构、E + H(Endress + Hauser)、西门子(Sie-mens)、威卡(WIKA)、泰科(TYCO)等供应商的压力、液位、温度、流量变送器，FF 现场总线网段共 220 个，平均每个网段挂 5. 3 台 FF 总线设备。在 FF 现场总线设计、组态过程中，严格遵守如下规定:

(1)现场总线最大允许长度与电缆类型、网段的拓扑结构及本质安全要求等因素有关。本项目中 FF现场总线的通信速率采用 31. 25 kbit/s，现场总线电缆采用 18 AWG(A 型)屏蔽电缆，相应的性能参数见表 2。该类型的总线电缆在没有中继器时的最大总长度为 1 900 m，分支电缆的长度为 30 ～ 120 m。每个Segment 现场总线电缆总长度是所有支线电缆长度的总和加上干线电缆长度。每个 Segment 现场总线电缆总长度要依据总线供电设备的容量，是否采用本安回路、网段总的功率负载、线上压降等进行计算。尽量降低通信负荷，FF 现场总线网段的设计必须满足:每个非本安网段(Segment)挂设备数量不超过 8;每个本安网段挂接设备不超过 4 个;其中执行机构最多 2 个，在没有变送器的网段上可挂接 3 个执行机构;每个网段上保留 20%的备用量;同一回路的测量、执行器放在同一网段内。

表 2 现场总线电缆性能参数表

(2) 现场总线设备如果安装在 I 区，总线供电电源要采用有安全栅功能的接线盒。总线可以直接给连接在该总线上的低功耗总线设备供电，但是对于一些高功耗的总线设备则需要采用单独的供电回路。

对于连接在本安现场总线需要总线供电的总线设备，考虑到本质安全总线上供电电流的有限性，在设计中要采用低功耗的现场总线设备。

需要采用单独供电的总线回路中的供电设备要采用特殊的防爆措施进行有效地隔离，以保证外部供电电源和总线设备所连接的通信回路完全隔离。外部电源的能量在任何情况下都不允许转移到本安总线上，以确保单独供电设备和总线上的所有现场总线设备在危险区的安全使用。

(3) 网段拓朴结构，项目设计中现场总线设备的现场安装位置按所属单元分布比较集中，适合采用树形拓扑结构。树型拓扑网络结构是由多个智能设备与公共接线箱连接的多条独立现场总线支线组合而成的结构，支线电缆只能从公共接线盒中即干线电缆引出，不能从其他支线电缆引出，以确保总线的可靠性要求。总线电缆的连接要保证支线电缆的屏蔽线绝缘一定要做好，各段总线的干线电缆的屏蔽线必须在机柜侧的接地端子上接地，电缆对地绝缘良好，这一点对 FF 总线设备的正常使用非常重要;另外，在接线盒的各分支上增加防短路保护功能以确保通信信号不受干扰。树型拓朴结构如图 2 所示。

图 2 树型拓朴结构

3.2 Profibus DP 总线的应用及设计基础

项目中所有的转动设备控制均采用 SIEMENS 的Profibus DP 总线智能设备 SIMOCODE 马达控制器和VFD - G120、VFD - G150 变频马达控制器，这种方案大大地增强了 DCS 对现场马达控制的操作与监控，在

项目设计时，主要遵循以下几点