现场总线在上海焦化有限公司的应用

上海焦化有限公司是以煤为原料生产焦炭、煤气以及化工产品的企业,有6台焦炉主要生产焦炭、煤气以及煤焦油的产品如:苯、酚、萘、蒽油等。1991年新上了空分、德士古、U-GAS和甲醇4套装置,且均使用霍尼韦尔的TDC3000集散系统。老厂区的仪表有一套霍尼韦尔小型集散系统UDC9000,4套横河公司的μχL集散系统,一套浙大中控的JX300集散系统,一套浙江威盛的集散系统。现我公司共有集散系统11套,主要生产装置全使用集散系统进行监控。

公司在2003年又新上一套15万顿甲醇装置,该装置位于原20万吨甲醇装置的西北角,离原甲醇装置的中央控制室平均距离有400～500m。我们准备将新甲醇的控制室放在原来老甲醇的控制室内,如果还是采用集散系统将存在一些问题,如控制室内机柜放不下、电缆费用太高等问题。根据实际情况我们在新甲醇装置上采用较先进的现场总线控制系统（FCS）。

甲醇装置FCS采用的是艾默生公司FF现场总线系统。该控制系统实际上是一个混合的控制系统。系统由Rosemount的DeltaV冗余控制系统、FF现场总线仪表、Profibus总线仪表、FF现场总线远程I/O以及现场总线阀门定位器等所组成。

FCS和DCS的区别

FCS与DCS是不同性质的控制系统,其主要区别如表所示。从本质上讲,FCS系统是把对现场设备的控制策略放在设备层,即放在现场仪表内部去实施,而不是象DCS是放在控制层,即集中的控制器中去实施。这首先要求FCS系统支持多种符合国际标准的现场总线,具有与各类现场仪表进行通信的能力。

由于FCS是一种近年来发展的新一代的控制系统,国内已在着手进行研究和开发,我国推出EPA系统,已提交国际组织讨论。另外,对FCS系统的规模大小的评定指标也与对DCS系统规模大小的评定指标完全不同。对于后者,目前公认的指标是看该系统的输入、输出点数,根据点数来划分大型、中型或小型。但是对于前者,则主要看它包含的现场总线网段的多少。因为一个网段只能挂8～10个仪表,所以系统越大肯定网段就越多。

FCS与DCS功能对比表

现场总线的优点

节省硬件数量与投资
由于FCS中分散在现场的智能仪表能直接执行多种传感、控制、报警、计算和调节功能,因而可减少仪表硬件的数量,不再需要单独的调节器、计算单元等,也不再需要DCS系统的信号调节、转换、隔离等功能单元及其复杂接线,还可以用工业PC机作为操作站,从而节省了一大笔硬件投资,并可减少控制室的占地面积。

节省安装费用
FCS接线简单,一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备,因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少,连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时,无需增设新的电缆,可就近连接在原有的电缆上,既节省了投资,也减少了设计、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60％以上。

节省维护开销
智能仪表具有自诊断与简单故障处理的能力,并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室,用户可以查询所有设备的运行、诊断维护信息,以便早期分析故障原因并快速排除,缩短了维护停工时间,同时由于系统结构简化,连线简单而减少了维护工作量。

用户具有高度的系统集成主动权
用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。如焦化的系统中有FF、Profibus、还有Modbus的通信协议等。

提高了系统的准确性与可靠性
由于现场总线设备的智能化、数字化,从根本上提高了测量与控制的精确度,减少了传送误差。同时,由于系统的结构简化,设备与连线减少,现场仪表内部功能加强,减少了信号的往返传输,提高了系统的工作可靠性。

信息量大
由于现场智能仪表的设备标准化、功能模块化、硬件智能化、数据数字传送的特点,所以在人机接口CRT上可以获得比DCS大得多的信息量。许多原来在DCS上无法实现的设备诊断软件可以使用。

艾默生FCS简介
艾默生的控制系统实际上是一个混合的控制系统。系统由Emerson的DeltaV冗余控制系统、FF现场总线仪表、独立的PLC、五大机组控制用的PLC、FF现场总线远程I/O以及现场总线阀门定位器等所组成,如图所示。整个控制系统由冗余的控制网络、操作站及控制部分3部分构成。

操作站
15万吨甲醇的控制系统在控制室内包括4台操作站、1台工程师站、1台APP应用工作站（用于工厂管理）、两对HUB。操作站作为人机接口供操作人员对现场工艺过程进行监控。工程师站用于系统的开发和组态、包含系统全部数据库。应用工作站主要的作用是将FCS与公司的MIS网络相隔离,从而避免万一MIS系统的病毒等侵入FCS系统。中控室的这些设备通过HUB利用光纤通信与现场的控制机柜连接形成系统,完成组态、运行、操作等完整的控制功能。