FF现场总线在工业过程控制系统中的应用

邓细平，吴小根

（1.江西瑞林电气自动化有限公司，江西南昌 330038；2.云锡文山锌铟冶炼有限公司，云南文山州 663700）

现场总线是应用在工业和工程现场，在嵌入式测量仪表与控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的网络系统[1]。其中，FF现场总线（Foundation Fieldbus）又称为基金会现场总线（简称“FF”），其核心之一是实现现场总线信号的数字通信。为了实现通信系统的开放性，其通信模型参考了ISO/OSI参考模型，并在此基础上根据自动化系统的特点进行演变后得到。本文将结合某锌铟冶炼厂技改项目，探讨关于FF现场总线在工业过程控制中的应用。该项目大量使用总线型仪表及总线型马达保护器，其中总线式阀门、液位计、流量计、压力传感器、各类分析仪等FF总线仪表300多块，控制器及系统使用Emerson公司的DeltaV产品。

1 FF总线结构和系统配套软件

1.1 总线结构

本项目总线结构如图1所示。

主控制器安装在2宽度（2块卡件宽度）电源/控制器底板上，模拟量输入模块（AI、RTD、TC）、模拟量输出模块（AO）、数字量输入模块（DI）、数字量输出模块 （DO）、Profibus-DP模块及FF总线模块安装在与控制器底板连接的8宽度（8块卡件宽度）底板上，通过该底板完成模块与控制器的数据交换。FF总线模块，其输入端连接至FF总线电源模块的上端端子上，FF总线仪表通过仪表接线箱连接在总线电源模块的下端端子上，通过FF总线电源模块的功率控制，为现场FF总线设备供电。其中FF总线电源模块为两用一备，即3块电源模块中的2块电源模块同时为现场总线仪表供电，另一块电源模块为备用状态。当其中工作中的两块电源模块中的一块电源模块发生故障无法正常工作时，备用的电源模块自动投入使用，为FF总线仪表提供稳定的电源。

图1 总线结构

为方便总线网段的分配，在现场仪表和FF总线模块间一般设置1个接线箱。接线箱可设置8口或者4口FF网段保护器，分别可连接8块和4块FF现场仪表。

1.2 系统配套软件

FF总线仪表不仅仅可以对温度、压力、流量等过程对象进行测量，而且其本身带有丰富的自诊断信息，例如：DVC6000F的阀门定位器能对阀门的执行机构进行诊断，测量仪表压缩空气的压力，记录阀门的总体行程和往返行程，监测阀杆的摩擦力以及定位器脱落等信号。这些信息包含了仪表的健康信息、仪表的状态信息等。如果使用表头或者手持仪，则查询其信息非常费时费力。

在DeltaV Explorer软件中，可加载AMS智能设备管理软件，将总线仪表扫描并使之与总线模块握手成功后，通过该软件可实现与FF总线仪表的互动。互动界面清晰明了，在窗口左侧有3大菜单栏，分别为 Overview、Configure 及 Service tools： 1）在Overview窗口可快速地浏览工作状态、仪表量程、当前过程值等数据；2）在Configure窗口，可配置仪表参数；3）在Service tools窗口，可查看当前仪表的诊断状况。当当前仪表有任何异常时，其对应表页会以高亮的红色显示；当进入高亮的表页时，其异常的参数也会以高亮的红色来显示。这样就可以很快速地知道故障出在什么地方。

2 常见问题及其解决经验

1）科技发展的日新月异使得仪表更新换代非常频繁。同一款设备的DD文件可能会存在多个版本，而软件无法做到及时更新设备的DD文件，此时就需要通过设备厂商提供的网站下载新的版本。在添加总线设备的DD文件时，应从“开始菜单-AMS Device Manage-添加设备类型”下添加。在选择DD文件时，若未选择到最后一级文件夹，软件并不提示错误，但所添加的DD文件可能不是最新的。此时以此DD文件连接设备，容易出现连接不上或者下载时错误的情况，导致无法下载。所以在选择DD文件时，必须选择到最后一级文件夹，添加成功后会显示添加成功。

2）同一FF仪表可能有多个过程变量可由DCS监控，其对应的channel应设置好所监控的过程变量的通道号。例如prowirl 200的涡街流量计，如果该总线仪表所测介质为液体，所监控的过程变量为质量流量时，channel需要设置为11；反之如果所监控的过程变量为体积流量时，channel需设置为9，否则接收到的数据将是错误的。

3）对于阀门定位器，需要将阀门定位器与控制的过程变量仪表设置在同一网段。其在设计布线时，就需要考虑，否则不在同一网段，将无法连接PID回路。同理，若需更换所需要控制的过程变量，也需要将仪表与阀门定位器移至同一网段。

3 优缺点小结

结合本项目FF总线在工程中的实际应用，其特点如下：

1）优点。（1）施工工程量大大减少，缩短工程时间。（2）1块H1模块可以支持2条网段，每条网段可支持16个现场设备，可大大减少电缆使用量。根据现场估算，能至少减少80%的电缆使用量。（3）缩短调试时间。艾默生Deltav系统自带总线设备的DD文件，能快速识别大部分FF总线仪表。（4）减少维护人员的工作量，从电脑端就能快速追根溯源，查找故障源。

2）缺点。（1）对工程人员素质要求较高，不能快速上手。对于某些仪表，可收集过程变量较多，需要根据需求甄别。（2）FF总线通讯速率为31.25 bps，对于当前快速的网络需求和生产所需要的快速响应而言，该速率显得略微不足，即当维护人员管理设备时，设备响应的时间比较长。

4 结语

该项目投入1年多以来，总线通讯非常稳定，未发生任何的网络断链情况。通过FF总线诊断功能，及时地发现了很多问题并及时纠正，其中有一次及时发现pH分析仪探头因为检测环境温度过高电解质损耗过快，通过改变检测环境，防止了仪表的进一步损坏，并得以更安全、高效地运行。FF总线诊断功能能大大减少现场点检时间。