FF-H1 在氯乙烯温度采集的应用

刘迪津，钟国院，王 进，高 鹏

（1.沈阳华控科技发展有限公司，辽宁 沈阳110142；2.陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林719319）

转化器是乙炔、氯化氢合成氯乙烯的关键设备，经混合器混合的两种气体进入转化器， 在触媒的催化作用下转化为粗氯乙烯， 该反应过程温度最高可达190 ℃， 因此转化器床层温度是转化反应的关键指标。 陕西某化工厂氯乙烯合成E 线共有44 台氯乙烯转化器， 每台转化器设有12 个温度测量点，采用E 型热电偶进行温度测量， 温度采集点总数达528 个。 氯乙烯转化器位于工厂防爆区域， 而DCS机房位于较远的非防爆区域， 且该项目采用日本横河DCS 控制系统-CENTUM VP，IO 点成本相对高昂， 如果将528 个温度检测点直接接入DCS 系统中，需配置许多IO 卡件、专用端子板、机笼、配套控制柜等DCS 部件，以及耗费大量专用电缆。 该方法不但成本高昂，施工量大，工期长，占用空间大，同时也增加了DCS 系统的负荷。

FOUNDATION Fieldbus 又称基金会现场总线，简称FF 总线， 由现场总线基金会针对过程自动化而开发的一种通过数字、串行、双向的通信方法。 其中FF-H1 是从过程工业和DCS 应用的角度制定，主要用于底层设备的连接， 不仅能够满足过程工业的实时性和本质安全性要求， 而且能为现场设备总线供电，其传输速率为31.25 kbps，不加中继器的情况下通信距离可达1 900 m。

1 工厂现状

FF-H1 现场总线可以工作在工厂生产的现场环境下，能适应本质安全防爆的要求，还可通过传输数据的总线为现场设备提供工作电源。 具有灵活的拓扑结构、传输速率快、安全、稳定，以及减少电缆和安全栅的使用量，减少施工工作量等优点。

经综合比较， 该工段氯乙烯转化器温度采集采用基于FF-H1 总线技术的罗斯蒙特848T 高密度温度 变 送 器， 搭 配MTL 的9188 电 源、F30 Ex ic Adaptor 和MTL F312 Megablock 组成拓扑结构，示意图见图1。

1.1 罗斯蒙特848T 高密度温度变送器主要技术特点

（1）有8 个独立的可组态传感器输入，包括2 线和3 线热电阻、热电偶、毫伏、2 线和3 线欧姆表以及4～20 mA 信号。 并可安装在靠近过程的位置以提高数据质量。

（2）该模块还配备了8 个AI 功能块、2 个MAI功能块、4 个ISEL 功能块和备份LAS 功能。

（3）测量E 型热电偶范围-200～1 000 ℃，精度为±0.40 ℃。

（4）使用标准现场总线电源通过F 现场总线供电。 变送器工作电压为9.0～32.0 VDC，最大电流为22 mA。（变送器电源端子的额定电压为42.4 VDC。）

（5）安装于生产现场不锈钢防爆箱。

1.2 9188 电源模块主要技术特点

（1） 针对横河DCS 系统开发， 与横河AFL111卡件连接，实现与横河DCS 系统通讯。

（2）每套电源包含1 块9188-CA-PS 底板，6 个9192-FP 电源模块底板集成终端器。 可以为8 个网段供电， 通道之间完全隔离， 每个网段输出：19.0～22.0 V，500 mA。

（3）安装于机柜间控制柜内。

1.3 F30 Ex ic Adaptor 主要技术特点

（1） 与F300 系列接线器和918X-X2 系列总线电源配合使用，提供Ex ic 本安分支。

（2）在2 区使用，所有分支连接本安认证仪表可带电维护。

（3）支持长距离主干和大负荷的网段。（4）安装于生产现场不锈钢防爆箱。

1.4 总线接线器MTL F312 Megablock 主要技术特点

（1）通过总线供电，12 分支。

（2）带分支短路保护功能，分支短路最大电流56 mA。

（3）Ex nA 主干，Ex nA 分支，可安装在2 区增安型接线盒内，并连接1 区或2 区隔爆设备。

（4）主干到分支压降不超过1.25 V，电流消耗仅

6.5 mA（12 分支）。

（5）最大分支长度120 m。

（6）安装于生产现场不锈钢防爆箱。

图1 FF-H1结构示意图

2 方案设计

氯乙烯合成E 线44 台转化器又细化设置为两条线，每条生产线22 台转化器。一线由11 台前转化器R2101A1～11 和11 台后转化器R2101B1～11 组成， 二线由11 台前转化器R2102A1～11 和11 台后转化器R2102B1～11 组成。 为节约电缆用线以及维护方便， 每台转化器就近设有1 个现场防爆箱A1-1～11、A2-1～11、B1-1～11、B2-1～11， 每个防爆箱内安装2 个848T 温度变送器，每台转化器上的12 个温度检测点，使用E 型热电偶专用补偿导线就近连接到现场防爆箱内的848T 温度变送器上， 每个848T 温度变送器连接6 个热电偶，各预留2 个备用通道，以便后期的维护和管理，氯乙烯转化器现场排布图见图2。

图2 氯乙烯转化器现场排布图

在每4 台前转化器和后转化器之间另设有1 个现场防爆箱F1～11， 每个防爆箱内装有1 个总线接线器MTL F312 Megablock，罗斯蒙特848T 采集后的温度信号，通过FF-H1 总线传送到就近的总线接线器上，每4 台转化器使用1 个总线接线器MTL F312 Megablock， 每 个MTL F312 Megablock 连 接8 个848T 温度采集模块，各预留4 个备用接口，以便后期维护和管理。

经过总线接线器汇合的温度信号再通过FFH1 总线传送到DCS 控制柜内的9188 电源模块，再经过横河专用电缆与横河DCS 控制系统CENTUM VP 进行通讯，以每秒一次采集的周期，将氯乙烯转化器温度传送到DCS 系统中。

3 系统组态

（1）硬件组态

将罗斯蒙特848T 高密度温度变送器相对应的DD（Device Description）文件导入到横河DCS 系统指定路径中， 再通过DCS 系统内置的FF 总线组态软件对温度变送器进行组态。

组态步骤：

a.使用横河工具将罗斯蒙特848T 高密度温度变送器的DD 文件导入到指定位置。

b. 打 开CENTUM VP， 打 开ALF111 卡 件 的Fieldbus Builder，注册FF 总线设备。

c.打开Device Panel，选中需要分配地址的848T变送器，点击菜单栏中的地址分配，分配完地址后，点击菜单栏中更新设备信息，并修改每台设备的设备名称。

d.打开ALF111 卡件的Fieldbus Builder，对注册的设备进行下载操作。

e.打开Device Panel，选中需要设置设备，在设备信息窗口中对848T 变送器进行详细的设备配置。 如采集原件类型、量程设置、报警信息等。

f.下载配置信息。

（2）基本组态

该氯乙烯合成工段采用FF-MAI（Foundation Fieldbus Multiple Analog Input Block） 模块进行基本组态，FF-MAI 模块可同时读取一个温度采集设备中的所有温度采集点，仅需采用88 个FF-MAI 模块即可达到组态目的，极大的减少了DCS 中基本功能块的使用，以及减少系统的负荷。

4 总结

陕西某化工厂氯乙烯合成工段E 线自2018 年10 月开始采用上述方案，2019 年3 月正式投产，极大减少了电缆消耗，且采用的模块功率低、具备本质安全型等优点，减少了安全栅的使用，极大降低了工程成本。该方案施行至今运行良好，采集温度参数贴合生产实际，可以达到DCS 常规测量要求，采集的数据具有良好的参考价值。