(4) 辦公網(wǎng)絡(luò)層

生產(chǎn)網(wǎng)經(jīng)過防火墻與辦公網(wǎng)共享生產(chǎn)信息和集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)信息共享，實現(xiàn)設(shè)備維修管理信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、庫存管理等生產(chǎn)資源的調(diào)配和管控一體化。

3 現(xiàn)場總線設(shè)備在裝置中的應(yīng)用及項目設(shè)計要求

基于工廠管控網(wǎng)技術(shù)的 DeltaV 系統(tǒng)能夠很好地兼容來自各種現(xiàn)場總線設(shè)備。本裝置的智能控制設(shè)備如馬達(dá)、變頻馬達(dá)控制器全部采用 Profibus DP 設(shè)備，智能傳感器、變送器等測量儀表、閥門執(zhí)行機構(gòu)則采用FF 現(xiàn)場總線，對于涉及到安全系統(tǒng)的儀表，則全部采用 HART 協(xié)議儀表。以下是項目中的 FF 現(xiàn)場總線設(shè)備和 DP 設(shè)備的特點及設(shè)計應(yīng)用要求。

3.1 基金會現(xiàn)場總線的應(yīng)用與設(shè)計基礎(chǔ)

在碳酸二苯酯裝置改造擴(kuò)建項目中，對現(xiàn)場總線設(shè)備的選用有明確的要求，必須是經(jīng)過測試的證實個體故障發(fā)生時對整個段內(nèi)的其他設(shè)備無影響。該項目采用的 FF 現(xiàn)場總線設(shè)備主要有薩姆森(SAMSON)智能執(zhí)行機構(gòu)、E + H(Endress + Hauser)、西門子(Sie-mens)、威卡(WIKA)、泰科(TYCO)等供應(yīng)商的壓力、液位、溫度、流量變送器，F(xiàn)F 現(xiàn)場總線網(wǎng)段共 220 個，平均每個網(wǎng)段掛 5. 3 臺 FF 總線設(shè)備。在 FF 現(xiàn)場總線設(shè)計、組態(tài)過程中，嚴(yán)格遵守如下規(guī)定:

(1)現(xiàn)場總線最大允許長度與電纜類型、網(wǎng)段的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及本質(zhì)安全要求等因素有關(guān)。本項目中 FF現(xiàn)場總線的通信速率采用 31. 25 kbit/s，現(xiàn)場總線電纜采用 18 AWG(A 型)屏蔽電纜，相應(yīng)的性能參數(shù)見表 2。該類型的總線電纜在沒有中繼器時的最大總長度為 1 900 m，分支電纜的長度為 30 ～ 120 m。每個Segment 現(xiàn)場總線電纜總長度是所有支線電纜長度的總和加上干線電纜長度。每個 Segment 現(xiàn)場總線電纜總長度要依據(jù)總線供電設(shè)備的容量，是否采用本安回路、網(wǎng)段總的功率負(fù)載、線上壓降等進(jìn)行計算。盡量降低通信負(fù)荷，F(xiàn)F 現(xiàn)場總線網(wǎng)段的設(shè)計必須滿足:每個非本安網(wǎng)段(Segment)掛設(shè)備數(shù)量不超過 8;每個本安網(wǎng)段掛接設(shè)備不超過 4 個;其中執(zhí)行機構(gòu)最多 2 個，在沒有變送器的網(wǎng)段上可掛接 3 個執(zhí)行機構(gòu);每個網(wǎng)段上保留 20%的備用量;同一回路的測量、執(zhí)行器放在同一網(wǎng)段內(nèi)。

表 2 現(xiàn)場總線電纜性能參數(shù)表

(2) 現(xiàn)場總線設(shè)備如果安裝在 I 區(qū)，總線供電電源要采用有安全柵功能的接線盒?？偩€可以直接給連接在該總線上的低功耗總線設(shè)備供電，但是對于一些高功耗的總線設(shè)備則需要采用單獨的供電回路。

對于連接在本安現(xiàn)場總線需要總線供電的總線設(shè)備，考慮到本質(zhì)安全總線上供電電流的有限性，在設(shè)計中要采用低功耗的現(xiàn)場總線設(shè)備。

需要采用單獨供電的總線回路中的供電設(shè)備要采用特殊的防爆措施進(jìn)行有效地隔離，以保證外部供電電源和總線設(shè)備所連接的通信回路完全隔離。外部電源的能量在任何情況下都不允許轉(zhuǎn)移到本安總線上，以確保單獨供電設(shè)備和總線上的所有現(xiàn)場總線設(shè)備在危險區(qū)的安全使用。

(3) 網(wǎng)段拓樸結(jié)構(gòu)，項目設(shè)計中現(xiàn)場總線設(shè)備的現(xiàn)場安裝位置按所屬單元分布比較集中，適合采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。樹型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由多個智能設(shè)備與公共接線箱連接的多條獨立現(xiàn)場總線支線組合而成的結(jié)構(gòu)，支線電纜只能從公共接線盒中即干線電纜引出，不能從其他支線電纜引出，以確?？偩€的可靠性要求?？偩€電纜的連接要保證支線電纜的屏蔽線絕緣一定要做好，各段總線的干線電纜的屏蔽線必須在機柜側(cè)的接地端子上接地，電纜對地絕緣良好，這一點對 FF 總線設(shè)備的正常使用非常重要;另外，在接線盒的各分支上增加防短路保護(hù)功能以確保通信信號不受干擾。樹型拓樸結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖 2 樹型拓樸結(jié)構(gòu)

3.2 Profibus DP 總線的應(yīng)用及設(shè)計基礎(chǔ)

項目中所有的轉(zhuǎn)動設(shè)備控制均采用 SIEMENS 的Profibus DP 總線智能設(shè)備 SIMOCODE 馬達(dá)控制器和VFD - G120、VFD - G150 變頻馬達(dá)控制器，這種方案大大地增強了 DCS 對現(xiàn)場馬達(dá)控制的操作與監(jiān)控，在

項目設(shè)計時，主要遵循以下幾點要求:

(1) 現(xiàn)場馬達(dá)的控制設(shè)備采用的 SIMOCODE 控制模塊安裝在馬達(dá)控制中心(MCC)的機柜內(nèi)，每一個MCC 機柜都設(shè)計一個 DP 中繼器和一排終端集線器，在每個段上的最后一個總線設(shè)備都安裝終端電阻，根據(jù) DP 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)圖，同一個網(wǎng)段上的 MCC 機柜通過中繼器連接到一起，與本網(wǎng)段上的 DP 通信卡連接。每個 MCC 柜內(nèi)的中繼器用來分開子網(wǎng)段，當(dāng)一個子網(wǎng)段發(fā)生故障時不會影響同一個 DP 卡上的其他的子網(wǎng)段。

(2) DCS 對馬達(dá)控制信號如啟動/停止信號、變頻器的轉(zhuǎn)速信號及轉(zhuǎn)速設(shè)定值、馬達(dá)的運行信號、電流過載及其他故障信號、功率信號等都由 Profibus 通信實現(xiàn)。但對于由 DCS 緊急停止馬達(dá)的控制，則由 DCS的 DO 輸出，通過硬接線到 MCC 柜實現(xiàn)。

(3) 依據(jù)設(shè)計要求，現(xiàn)場要求安裝啟動/停止操作柱及遠(yuǎn)程和就地選擇開關(guān)，當(dāng)開關(guān)撥到就地控制時，馬達(dá)啟動只能在現(xiàn)場啟動，當(dāng)撥至遠(yuǎn)程控制位時，由DCS 啟動。而停止馬達(dá)不受開關(guān)位置限制，就地和DCS 都可以在任何時候停止馬達(dá)的運行，該方案大大提高了馬達(dá)控制的靈活性和安全性。通過編程，可以實現(xiàn) DCS 遠(yuǎn)程自動啟動馬達(dá)，而當(dāng)出現(xiàn)緊急故障時，根據(jù)當(dāng)時的情況既可以通過現(xiàn)場操作柱也可以通過DCS 發(fā)出停止馬達(dá)命令。

(4)DP 數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)置為 500 kbit / s，在不使用中繼器的情況下一個網(wǎng)段的最大傳輸距離是400 m。在通信過程中阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配都會導(dǎo)致信號反射，導(dǎo)致通信質(zhì)量和通信距離的降低。為了消除在通信電纜中的信號反射，確?？偩€上的設(shè)備無差錯的運行，必須確保接線質(zhì)量，嚴(yán)格設(shè)置每個物理網(wǎng)段中的各個節(jié)點設(shè)備的終端電阻，如圖3，網(wǎng)段中間站點的終端電阻要打到 OFF 位置，網(wǎng)段兩頭的終端電阻要打到ON 的位置。