1  前言

    上海赛科石油化工有限责任公司（以下简称为SECCO）是由英国BP、中国石化SINOPEC和上海石化SPC组建的大型合资公司，SECCO投资27亿美元兴建的世界一流的上下游产品一体化的石油化工装置采用艾默生过程管理方案，实现了管控一体化和资产管理一体化。SECCO采用艾默生过程控制有限公司（以下简称为艾默生公司）的PlantWeb数字化工厂体系结构和DeltaV系统操控软件，与AMS Suite预测维护软件相配合，构成了SECCO过程控制网络，实现对PE装置的生产过程的自动化控制和资产管理。

2  PlantWeb的硬件构成

    PlantWeb的硬件系统由主站、具有OPC标准接口的服务器、FF H1卡件和具有基金会现场总线协议的智能现场仪表构成，完成对PE装置生产过程的监视和控制。利用HART协议和模拟技术与DeltaV连网，对生产过程和现场设备的状态和状况进行安全测试，达到对资产在线和离线预测性维护的目的。

(1)  基金会现场总线段（segment）的概念
    SECCO采用的FF总线中，每个最终的接线箱作为一个段，一般情况下每个段设计负载9台仪表，允许将来在每个段可以增加3台仪表。这个限制并不严格，只要每个段的总备件平均数达到3台仪表而且备件分布合理均匀，也可以在某些段上连接比满负荷少12台的仪表设备。对负载的类型也有规定：每个段负载中的阀门不能超过2个。构成控制回路的相关仪表位于同一个段上，比如在一个压力控制回路中，压力变送器和阀门应该位于同一个段中。标准的PID控制模块设置在阀门定位器中。但是对于复杂控制，比如在串级控制中，主控制回路在主机中实现，副回路控制则由阀门定位器来实现；再比如对于分程控制的应用，受FF总线仪表微处理器功能的限制，PID最好设置在主机内。对段作出的种种限制归根结底是由于FF H1并不高的通讯速率所限，它的通讯速率只有31.25Kbps。每个段安装太多的仪表，无法保证控制的实时，也会造成通讯拥堵，引起局部瘫痪。

图1  拓扑结构1

图2  拓扑结构2

    SECCO采用的网络拓扑结构如图1、图2所示。这种拓扑结构有一种形象的比喻，叫做“鸡爪形”拓扑结构。

(2)  PlantWeb与其他自动化结构的不同
    ?  能够高效采集和管理各类新型信息，包括设备健康状况和诊断信息，信息来源可以是基金会现场总线和智能HART设备，以及其他各类过程设备；
    ?  不仅提供过程控制，而且可以实现设备优化，以及与其他工厂和商务系统的集成；
?  采用网络结构，而不是中央分布式结构。具备更高的可靠性和规模可变功能；
    ?  结构的各层采用国际标准方案，包括充分利用基金会现场总线；
    ?  所有现场总线仪表是无极性的，这一点和以往对极性有严格要求的控制系统完全不同。

3  PlantWeb的软件构成

    PlantWeb的应用软件由两部分构成：一是DeltaV组态、调试、操作和控制软件；二是AMSTM Suite软件组合：Intelligent Device Manager、Machinery Health Manager、Equipment Performance Monitor、Asset Portal等。AMSTM Suite软件组合可以提供给用户不同于传统DCS的更为强大的一体化功能。

(1)  提供更多信息
    传统的自动化结构体系只能发送过程变量的信号以及与之相关的报警或趋势信号，而采用数字技术的FF现场总线则可以访问并使用各类新型数据信息，在不久的将来还会具备识别多媒体信息的功能应用于工业过程控制系统。采用PlantWeb结构，此类信息的深度和广度都得到前所未有的拓宽。

    它基于基金会现场总线仪表和智能HART仪表，包括变送器、分析仪和数字阀门控制器，在满足检测过程变量信息外，它们采用单片式微处理器和诊断软件监视其自身的运行状况和性能，以及故障或维护时所需的信号。它还可以捕获传动设备的运行状况信息，包括电动机和泵的轴转速、振动、温度和润滑状态，并利用这些数据识别机器运行状况，如失调、失衡、齿轮磨损和轴承故障。它还可以提供如热交换器、压缩机、涡轮机、蒸馏塔和锅炉等过程设备的性能和效率的信息。

(2)  集成化信息
    为了尽早发现问题，PlantWeb将各类设备信息集成到一个浏览器软件Asset PortalTM中。任何需要此类信息的人都可以调用，包括维护车间的技术人员、控制室内的操作员，或与工厂和业务相关的其他人员。资产管理接口（Asset Portal）提供各类仪表和设备运行状态和状况信息的集成化环境。当潜在的问题出现时，面向对象的在线警告确保将此信息即时发送给相应的工作―但其他用户却不会受到该报警的干扰。PlantWeb还可同时将此警告信息发送给应用程序，如运行的历史记录软件和维护系统，这使得建立过程事件和设备状态之间的原因结果关系更为方便，对于分析事故原因，避免类似事故的发生很有好处。

(3)  自启动程序功能
    从石油化工装置开车的经验来看，无论是新装置还是检修后重新开车，都要耗费大量的人力财力，才能使装置达到稳定满负荷的运行状态。利用自启动程序，在安全和工厂条件允许的情况下，PlantWeb按照既定步骤，平稳地将过程和设备带到合适的状态，然后毫无停顿地自动切换到下一步骤，可尽快使过程恢复到满负荷生产能力。这样就能最大限度地减少人为过失，并且有助于过程的平稳启动。实际上，它相当于每次都是由最好的、经验最丰富的操作员运行启动程序。自动启动还可以避免可能导致设备损坏和停产的人为失误，这一点是难能可贵的。

    PlantWeb的强大功能还有待时间的检验，尽管艾默生公司声称PlantWeb是唯一一种得到大量项目证实的成熟的数字化工厂结构体系，但在国内石油化工行业并没有使用基金会现场总线技术的成功范例。

4  FF现场总线的安装和调试
(1)  对电缆的特殊要求
    FF现场总线是网络结构，不同于传统的DCS的分布式结构，对电缆的检测要求不同，对FF电缆不仅要测量它的阻抗，还要测量它的电容值，确保通讯的畅通。艾默生公司给出了对阻抗的期望值，如表1所示。

表1  对阻抗的期望值

    需要说明的是信号线之间的阻抗是变化的，因为终端器RC电路的充放电和现场总线电缆长度不等引起的分布电容不同的影响。

    艾默生公司给出了对电容的期望值，如表2。

表2  对电容的期望值

    (2)  现场总线系统的调试程序包括：
    ?  电缆、接线盒、连续性测试、接地和绝缘试验；
    ?  现场设备连接和信号分析；
    ?  设备下装和软件检查；
    ?  波形捕获。

5  FF现场总线设备的调试

    传统的DCS系统内的现场仪表设备的投用，合上回路电源开关，在DCS的操作站或工程师站，输入其位号就可以读取以上电仪表的信息，而FF现场总线设备的投用没有这么简单，它存在一个激活的过程。

    启动设备，为其分配网段地址，以便DeltaV系统访问。采用DeltaV Explorer启动设备。启动过程中，可以统一设备参数及其位置标志符。设备启动后，将其下装。

    (1)  将设备连到网段上。
    (2)  依次点击Start | DeltaV | Engineering | DeltaV Explorer，打开DeltaV Explorer。
    (3)  设备将出现在未启动现场设备下方。设备出现可能需要几秒钟时间。有警示标志的设备，就是未启动的仪表设备。按下F5键可刷新设备列表。如图3所示。

图3

    (4)  在启动前，设备应处于备用状态。要确定设备是否处于备用状态，可选择未启动设备，从菜单栏中点击View | Details，确定右边的“Type”栏的下方出现“Standby Fieldbus Device（备用现场总线设备）”说明。如图4所示。

图4

    (5)  如果设备不是处于备用状态，可在右边方格中选择该设备，鼠标右键点击并选择备用状态。设备转换到备用状态可能需要1分钟左右的时间。
    (6)  现在确认未启动设备的属性、设备类型、生产商和设备版本是否与位置标志符属性相匹配。如果要检查属性，可选择选项，鼠标右键点击选中属性。如有必要，可编辑位置标志符使其与设备属性相匹配。从未启动现场总线设备列表中选中该设备，将其拖到位置标志符中。
    (7)  打开设备启动向导，阅读设备启动向导中的信息，打开对话框并点击“Next”键打开设备启动向导，统一设备参数对话框中的内容。
    (8)  点击“Next”按钮。当您启动该设备时，设备的参数将冲掉位置标志符中的参数。
    (9)  点击“Finish”启动设备。
    设备启动可能需要一些时间。启动设备所需的时间与几种因素有关。包括使用的功能块和设备的数量，以及设备不同状态切换所需的时间。

    设备启动后，点击“configure”按扭，就可以编辑资源块和传感器块的参数。

6  结语

    正在建设的SECCO、扬子巴斯夫和南海壳牌都采用了现场总线，正如专家按照过程控制系统过去的发展经验所预测的那样：“现场总线控制系统（FCS）在2004年或2005年在国内成为过程控制系统中的通用结构”，上述三家公司对FCS的尝试无疑将推动FCS在国内石油化工行业的广泛应用。