油田中心處理廠現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的安裝、組態(tài)和調(diào)試

引言

蘇丹穆格萊德油田是由中國(guó)、馬來(lái)西亞、加拿大和蘇丹四方聯(lián)合體共同投資開(kāi)發(fā)建設(shè)的大型油田，由8個(gè)衛(wèi)星油田組成，年產(chǎn)量1 500萬(wàn)t。油田地面生產(chǎn)設(shè)施中心處理廠控制系統(tǒng)采用了ABB公司的基金會(huì)（FF-Foundation Fieldbus）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS-FieldbusC ontrolSy stem）.現(xiàn)場(chǎng) 總 線 是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是自動(dòng)化領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)最底層的低成本網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC61158標(biāo)準(zhǔn)定義：現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線，具有全數(shù)字化、全分布、雙向傳輸、自診斷、低成本、開(kāi)放性、互操作性、智能化等特點(diǎn)，在石油石化等領(lǐng)域獲得了非常成功的應(yīng)用。筆者根據(jù)組織該項(xiàng)目控制系統(tǒng)安裝、組態(tài)和試運(yùn)的經(jīng)驗(yàn)，介紹該裝置現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、安裝要點(diǎn)、組態(tài)和調(diào)試方法，以供同行參考。

1 油田地面生產(chǎn)設(shè)施控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

中心處理廠控制系統(tǒng)所選設(shè)備如下：現(xiàn) 場(chǎng) 總 線儀表：2600T- Series， 600T- EN，TF202EX， TZID -C 120等；集成安全柵：M204；鏈路設(shè)備：LD800HSE；中央控制器：AC800FR；以太網(wǎng)卡：E1803；現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡：F1840；集線器：RS2 FX/FX；電纜和多模光纜：UTP-5，多體模式。

2 系統(tǒng)的安裝

總線系統(tǒng)安裝工作主要包括總線電纜安裝和相關(guān)部件的選擇與集成。

現(xiàn)場(chǎng)總線既是電源線，又是信號(hào)線，為了確保電纜的覆蓋距離和所掛現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的數(shù)量以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，除了選擇低功耗的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和符合IEC61158-2推薦的電纜型號(hào)、采用中繼器、提高供電電壓外，還在安裝時(shí)采用防噪抗噪的措施。主要有：使用屏蔽雙絞電纜且屏蔽層應(yīng)至少覆蓋電纜總長(zhǎng)度的90%，在電纜接線時(shí)，電纜無(wú)屏蔽的部分或不成為雙絞的部分應(yīng)小于總長(zhǎng)度的2%，或小于8m，以長(zhǎng)度短的為準(zhǔn)；屏蔽層只能一點(diǎn)接地；支線和干線的屏蔽層應(yīng)相連；存在高頻干擾時(shí)，應(yīng)采用電容接地；信號(hào)電纜應(yīng)與噪聲源隔離，現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)和非現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)不能同存于一根多芯電纜中；電纜敷設(shè)盡量不要交叉，無(wú)法避免時(shí)，應(yīng)保證正確的交叉角度。

終端器是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的器件，它本身并不通信。其功能一是防止因信號(hào)反射引起通信出錯(cuò)；二是把發(fā)射信號(hào)設(shè)備所產(chǎn)生的電流變化轉(zhuǎn)換為跨在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的電壓變化，使網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都能獲取這個(gè)信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)段組成，終端器應(yīng)裝在網(wǎng)段兩端，一端一個(gè)，否則網(wǎng)絡(luò)無(wú)法工作。

中繼器是雙向電隔離器件，用來(lái)連接若干網(wǎng)段以形成一個(gè)較大網(wǎng)絡(luò)，其功能就是對(duì)輸入信號(hào)同步刷新并放大其電平，以克服信號(hào)沿信號(hào)線的衰減，網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)設(shè)備之間最多不能超過(guò)4個(gè)中繼器。本質(zhì)安全是指通過(guò)限制危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的能量來(lái)防止電氣故障引起爆炸的方法。使用的安全柵必須符合IEC61158的規(guī)定，并通過(guò)法定機(jī)關(guān)的本質(zhì)安全認(rèn)證。每個(gè)危險(xiǎn)區(qū)的網(wǎng)段只能安裝一個(gè)安全柵，不能冗余。一個(gè)通信端口只能連接一個(gè)安全柵，為了充分的利用通信端口，可采用內(nèi)置中繼器的安全柵。從通信端口到安全柵只需引出一根安全區(qū)網(wǎng)段，每個(gè)安全柵都可以引出一根危險(xiǎn)區(qū)網(wǎng)段，這樣就構(gòu)成了一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)。穩(wěn)壓電源按照IEC61158-2國(guó)際電工委員會(huì)的規(guī)定，電源必須有輸出阻抗，否則就會(huì)使通信信號(hào)短路，傳統(tǒng)電源在系統(tǒng)中不能直接使用，因?yàn)檩敵鲎杩箮缀鯙榱恪１卷?xiàng)目沒(méi)有采用以上分體元器件，而是將終端器、中繼器、電源都集成到安全柵中。

鏈路設(shè)備通過(guò)高速主站級(jí)網(wǎng)絡(luò)直接與主站連接，鏈路設(shè)備作為信息的緩沖器以兼顧兩個(gè)級(jí)別網(wǎng)絡(luò)之間不同的傳輸速度。成為H1段現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和HSE段高速主站之間的網(wǎng)關(guān)，本項(xiàng)目使用的鏈路設(shè)備是LD800HSE，每個(gè)鏈路設(shè)備可同時(shí)連接4個(gè)H1網(wǎng)段。為提高系統(tǒng)有效性，整個(gè)體系結(jié)構(gòu)都采用了冗余方案。

3 系統(tǒng)組態(tài)

系統(tǒng)組態(tài)包括網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、設(shè)備組態(tài)和控制策略組態(tài)3個(gè)方面，使用的工程工具是CBF 7.1。該工具支持的組態(tài)方式有離線和在線兩種，并可以永久地與所有現(xiàn)場(chǎng)儀表連接。網(wǎng)絡(luò)組態(tài)主要為鏈路設(shè)備和通信端口分配網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置通信參數(shù)，這些工作基本上由組態(tài)工具自動(dòng)完成。在線組態(tài)需要考慮參數(shù)的修改對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響，方法與離線完全一樣。下面介紹離線方式下設(shè)備組態(tài)和策略組態(tài)。

3.1 設(shè)備組態(tài)

設(shè)備組態(tài)主要是選擇現(xiàn)場(chǎng)總線級(jí)設(shè)備和主站級(jí)設(shè)備，配置所選設(shè)備的資源塊和轉(zhuǎn)換塊，設(shè)置資源塊和轉(zhuǎn)換塊的參數(shù)。每個(gè)設(shè)備必須配置一個(gè)資源塊、一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換塊以及若干功能塊。當(dāng)設(shè)備接人網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為保證設(shè)備組態(tài)與對(duì)應(yīng)設(shè)備正確關(guān)聯(lián)，必須為系統(tǒng)中眾多設(shè)備模塊賦予位號(hào)標(biāo)識(shí)，同一模塊的位號(hào)標(biāo)識(shí)最多由32位字符組成，且不能重復(fù)，賦予位號(hào)標(biāo)識(shí)的原則是，對(duì)照過(guò)程和儀表流程圖（PI D ），使資源塊的位號(hào)與物理設(shè)備的位號(hào)相同，讓轉(zhuǎn)換塊的位號(hào)與功能塊的位號(hào)一致，‘并加上后綴。選用的設(shè)備最好支持功能塊動(dòng)態(tài)實(shí)例化，使得在系統(tǒng)中既使用標(biāo)準(zhǔn)功能塊，也使用包含增強(qiáng)特征的擴(kuò)展功能塊，提高系統(tǒng)互操作性。每個(gè)設(shè)備必須配置一個(gè)資源塊。資源塊包含設(shè)備的整體信息，如診斷、校準(zhǔn)、設(shè)備檔案等信息，負(fù)責(zé)對(duì)物理傳感器和執(zhí)行器接口。資源塊中沒(méi)有輸入輸出的參數(shù)，即資源塊中的參數(shù)都是內(nèi)含參數(shù)，不能進(jìn)行鏈接，只能用于模塊的設(shè)置、操作和診斷，這些參數(shù)值可以由用戶設(shè)定，也可以由模塊自己設(shè)定。對(duì)于多數(shù)設(shè)備，資源塊組態(tài)只需設(shè)置很少的參數(shù)，如模塊模式參數(shù)，有時(shí)也設(shè)置特性選擇參數(shù)、故障安全參數(shù)和清除故障安全參數(shù)等。通常資源塊的目標(biāo)模式設(shè)為自動(dòng)。每個(gè)設(shè)備都須配置一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換塊，它是物理1/0硬件和功能塊之間的接口，因此，與1/0硬件相關(guān)的安裝，如傳感器和執(zhí)行器類型的選擇和校驗(yàn)、布線等，可以通過(guò)設(shè)置與每個(gè)輸入輸出相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換塊參數(shù)來(lái)完成，輸入和輸出轉(zhuǎn)換塊分別與輸入和輸出類功能塊相關(guān)聯(lián)。通過(guò)設(shè)置輸入輸出類功能塊I/0硬件通道的參數(shù)，使同一設(shè)備中的功能塊和轉(zhuǎn)換塊相關(guān)聯(lián)。轉(zhuǎn)換塊有3種類型：輸入、輸出和顯示。轉(zhuǎn)換塊中的所有參數(shù)都是內(nèi)含參數(shù)，不能進(jìn)行鏈接，只能由用戶設(shè)置或設(shè)備自動(dòng)配置。如同資源塊組態(tài)一樣，轉(zhuǎn)換塊組態(tài)需要設(shè)置的參數(shù)也很少，一般只有模塊模式參數(shù)。

3.2 控制策略組態(tài)

控制策略組態(tài)是對(duì)照過(guò)程及儀表流程示意圖（PID）中的過(guò)程控制和過(guò)程監(jiān)測(cè)方案，選擇適合的功能模塊，根據(jù)控制和監(jiān)測(cè)方案的要求，設(shè)置已選擇功能塊參數(shù)，在考慮功能塊運(yùn)行宏周期后，將選擇的功能塊鏈接起來(lái)的過(guò)程。控制策略的組織是根據(jù)它所控制的運(yùn)行裝置進(jìn)行的，而不是根據(jù)布線時(shí)連接在一起的儀表。