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1  前言

    上海賽科石油化工有限責任公司（以下簡稱為SECCO）是由英國BP、中國石化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品一體化的石油化工裝置采用艾默生過程管理方案，實現了管控一體化和資產管理一體化。SECCO采用艾默生過程控制有限公司（以下簡稱為艾默生公司）的PlantWeb數字化工廠體系結構和DeltaV系統操控軟件，與AMS Suite預測維護軟件相配合，構成了SECCO過程控制網絡，實現對PE裝置的生產過程的自動化控制和資產管理。

2  PlantWeb的硬件構成

    PlantWeb的硬件系統由主站、具有OPC標準接口的服務器、FF H1卡件和具有基金會現場總線協議的智能現場儀表構成，完成對PE裝置生產過程的監視和控制。利用HART協議和模擬技術與DeltaV連網，對生產過程和現場設備的狀態和狀況進行安全測試，達到對資產在線和離線預測性維護的目的。

(1)  基金會現場總線段（segment）的概念
    SECCO采用的FF總線中，每個最終的接線箱作為一個段，一般情況下每個段設計負載9臺儀表，允許將來在每個段可以增加3臺儀表。這個限制并不嚴格，只要每個段的總備件平均數達到3臺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荷少12臺的儀表設備。對負載的類型也有規定：每個段負載中的閥門不能超過2個。構成控制回路的相關儀表位于同一個段上，比如在一個壓力控制回路中，壓力變送器和閥門應該位于同一個段中。標準的PID控制模塊設置在閥門定位器中。但是對于復雜控制，比如在串級控制中，主控制回路在主機中實現，副回路控制則由閥門定位器來實現；再比如對于分程控制的應用，受FF總線儀表微處理器功能的限制，PID最好設置在主機內。對段作出的種種限制歸根結底是由于FF H1并不高的通訊速率所限，它的通訊速率只有31.25Kbps。每個段安裝太多的儀表，無法保證控制的實時，也會造成通訊擁堵，引起局部癱瘓。

圖1  拓撲結構1

圖2  拓撲結構2

    SECCO采用的網絡拓撲結構如圖1、圖2所示。這種拓撲結構有一種形象的比喻，叫做“雞爪形”拓撲結構。

(2)  PlantWeb與其他自動化結構的不同
    ?  能夠高效采集和管理各類新型信息，包括設備健康狀況和診斷信息，信息來源可以是基金會現場總線和智能HART設備，以及其他各類過程設備；
    ?  不僅提供過程控制，而且可以實現設備優化，以及與其他工廠和商務系統的集成；
?  采用網絡結構，而不是中央分布式結構。具備更高的可靠性和規模可變功能；
    ?  結構的各層采用國際標準方案，包括充分利用基金會現場總線；
    ?  所有現場總線儀表是無極性的，這一點和以往對極性有嚴格要求的控制系統完全不同。

3  PlantWeb的軟件構成

    PlantWeb的應用軟件由兩部分構成：一是DeltaV組態、調試、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DCS的更為強大的一體化功能。

(1)  提供更多信息
    傳統的自動化結構體系只能發送過程變量的信號以及與之相關的報警或趨勢信號，而采用數字技術的FF現場總線則可以訪問并使用各類新型數據信息，在不久的將來還會具備識別多媒體信息的功能應用于工業過程控制系統。采用PlantWeb結構，此類信息的深度和廣度都得到前所未有的拓寬。

    它基于基金會現場總線儀表和智能HART儀表，包括變送器、分析儀和數字閥門控制器，在滿足檢測過程變量信息外，它們采用單片式微處理器和診斷軟件監視其自身的運行狀況和性能，以及故障或維護時所需的信號。它還可以捕獲傳動設備的運行狀況信息，包括電動機和泵的軸轉速、振動、溫度和潤滑狀態，并利用這些數據識別機器運行狀況，如失調、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、渦輪機、蒸餾塔和鍋爐等過程設備的性能和效率的信息。

(2)  集成化信息
    為了盡早發現問題，PlantWeb將各類設備信息集成到一個瀏覽器軟件Asset PortalTM中。任何需要此類信息的人都可以調用，包括維護車間的技術人員、控制室內的操作員，或與工廠和業務相關的其他人員。資產管理接口（Asset Portal）提供各類儀表和設備運行狀態和狀況信息的集成化環境。當潛在的問題出現時，面向對象的在線警告確保將此信息即時發送給相應的工作―但其他用戶卻不會受到該報警的干擾。PlantWeb還可同時將此警告信息發送給應用程序，如運行的歷史記錄軟件和維護系統，這使得建立過程事件和設備狀態之間的原因結果關系更為方便，對于分析事故原因，避免類似事故的發生很有好處。

(3)  自啟動程序功能
    從石油化工裝置開車的經驗來看，無論是新裝置還是檢修后重新開車，都要耗費大量的人力財力，才能使裝置達到穩定滿負荷的運行狀態。利用自啟動程序，在安全和工廠條件允許的情況下，PlantWeb按照既定步驟，平穩地將過程和設備帶到合適的狀態，然后毫無停頓地自動切換到下一步驟，可盡快使過程恢復到滿負荷生產能力。這樣就能最大限度地減少人為過失，并且有助于過程的平穩啟動。實際上，它相當于每次都是由最好的、經驗最豐富的操作員運行啟動程序。自動啟動還可以避免可能導致設備損壞和停產的人為失誤，這一點是難能可貴的。

    PlantWeb的強大功能還有待時間的檢驗，盡管艾默生公司聲稱PlantWeb是唯一一種得到大量項目證實的成熟的數字化工廠結構體系，但在國內石油化工行業并沒有使用基金會現場總線技術的成功范例。

4  FF現場總線的安裝和調試
(1)  對電纜的特殊要求
    FF現場總線是網絡結構，不同于傳統的DCS的分布式結構，對電纜的檢測要求不同，對FF電纜不僅要測量它的阻抗，還要測量它的電容值，確保通訊的暢通。艾默生公司給出了對阻抗的期望值，如表1所示。

表1  對阻抗的期望值

    需要說明的是信號線之間的阻抗是變化的，因為終端器RC電路的充放電和現場總線電纜長度不等引起的分布電容不同的影響。

    艾默生公司給出了對電容的期望值，如表2。

表2  對電容的期望值

    (2)  現場總線系統的調試程序包括：
    ?  電纜、接線盒、連續性測試、接地和絕緣試驗；
    ?  現場設備連接和信號分析；
    ?  設備下裝和軟件檢查；
    ?  波形捕獲。

5  FF現場總線設備的調試

    傳統的DCS系統內的現場儀表設備的投用，合上回路電源開關，在DCS的操作站或工程師站，輸入其位號就可以讀取以上電儀表的信息，而FF現場總線設備的投用沒有這么簡單，它存在一個激活的過程。

    啟動設備，為其分配網段地址，以便DeltaV系統訪問。采用DeltaV Explorer啟動設備。啟動過程中，可以統一設備參數及其位置標志符。設備啟動后，將其下裝。

    (1)  將設備連到網段上。
    (2)  依次點擊Start | DeltaV | Engineering | DeltaV Explorer，打開DeltaV Explorer。
    (3)  設備將出現在未啟動現場設備下方。設備出現可能需要幾秒鐘時間。有警示標志的設備，就是未啟動的儀表設備。按下F5鍵可刷新設備列表。如圖3所示。

圖3

    (4)  在啟動前，設備應處于備用狀態。要確定設備是否處于備用狀態，可選擇未啟動設備，從菜單欄中點擊View | Details，確定右邊的“Type”欄的下方出現“Standby Fieldbus Device（備用現場總線設備）”說明。如圖4所示。

圖4

    (5)  如果設備不是處于備用狀態，可在右邊方格中選擇該設備，鼠標右鍵點擊并選擇備用狀態。設備轉換到備用狀態可能需要1分鐘左右的時間。
    (6)  現在確認未啟動設備的屬性、設備類型、生產商和設備版本是否與位置標志符屬性相匹配。如果要檢查屬性，可選擇選項，鼠標右鍵點擊選中屬性。如有必要，可編輯位置標志符使其與設備屬性相匹配。從未啟動現場總線設備列表中選中該設備，將其拖到位置標志符中。
    (7)  打開設備啟動向導，閱讀設備啟動向導中的信息，打開對話框并點擊“Next”鍵打開設備啟動向導，統一設備參數對話框中的內容。
    (8)  點擊“Next”按鈕。當您啟動該設備時，設備的參數將沖掉位置標志符中的參數。
    (9)  點擊“Finish”啟動設備。
    設備啟動可能需要一些時間。啟動設備所需的時間與幾種因素有關。包括使用的功能塊和設備的數量，以及設備不同狀態切換所需的時間。

    設備啟動后，點擊“configure”按扭，就可以編輯資源塊和傳感器塊的參數。

6  結語

    正在建設的SECCO、揚子巴斯夫和南海殼牌都采用了現場總線，正如專家按照過程控制系統過去的發展經驗所預測的那樣：“現場總線控制系統（FCS）在2004年或2005年在國內成為過程控制系統中的通用結構”，上述三家公司對FCS的嘗試無疑將推動FCS在國內石油化工行業的廣泛應用。