FF大功率主干线本安型技术方案在石化企业的应用

徐学阳，林金水(腾龙芳烃(漳州)有限公司，福建 漳州 363216)

FF大功率主干线本安型技术方案在石化企业的应用

徐学阳，林金水
(腾龙芳烃(漳州)有限公司，福建 漳州 363216)

重点介绍基金会现场总线(FF)大功率主干线/本安分支系统的构成及特点，并介绍了FF物理层在线高级诊断系统的构成及主要功能。FF系统自投用以来，FF配电单元及现场总线安全栅运行稳定可靠，高级诊断功能在FF物理层故障分析及预防性维护中发挥着重要作用，大幅提高了工作效率。

基金会现场总线 大功率主干线 防爆 本安 物理层诊断

腾龙芳烃(漳州)有限公司某生产装置包括加氢裂化、连续重整、芳烃抽提、吸附分离、歧化、异构化等单元，该装置全面采用基金会现场总线(FF)仪表及控制系统。全厂有各种类型FF仪表9000多台，FF网段1500多个。由于石油化工企业大部分区域处于防爆区域，防爆方案的选择对FF仪表采购、现场总线供电、网段规划、项目执行、现场维护等具有重大的影响。同时,由于FF是一种全数字、双向、多站式的通信协议，其通信故障的主要原因是线路的不良安装带来的网段干扰，很难用一般常规检测设备来定量测量，甚至定性判断都无法做到，而该项目选用的在线高级诊断模块则能很好地完成通信故障的量化指标的排查，使得现场总线通信过程透明化。

1 FF大功率主干线/本安分支防爆方案

在项目执行初期，选用了大功率主干线/本安分支防爆方案。该防爆方案指FF网段的主干线采用增安型防爆方法，网段配电采用非限能的大功率FF配电器(如Power Hub)，保证网段获得足够的能量支持。所有分支均为本安防爆Ex ia，每个分支电缆允许长度可达120 m。在同一条主干线上可连接尽可能多的现场设备，同时可使用尽可能长的电缆。FF大功率主干线/本安分支系统如图1所示。

1.1系统构成

1) FF配电单元。该项目采用P+F公司生产的大功率总线配电模块Power Hub。FF母板式电源，外供电1∶1冗余，网段电源模块1∶1冗余，即每个网段由2个FF电源模块供电，并为每个网段提供500 mA配电电流。主机链路1∶1冗余，电源模块支持在线热拔插功能，可最大限度保证FF供电的可靠性。配电单元母版上可安装网段物理层高级诊断模块，可在线实时地对FF总线的物理层进行智能诊断。

图1 FF大功率主干线/本安分支系统示意

2) FF安全栅。该项目采用P+F公司生产的现场总线安全栅，其将FF安全栅、FF接线盒、FF终端电阻、短路保护合为一体，并采用了多种防爆技术。产品主体采用浇封型防爆，FF主干线输入部分采用增安型防爆，FF分支输出部分采用本质安全防爆。其中FF安全栅为本安型安全栅(Ex ia)，位于FF接线盒内，允许应用在0区域。因此，该配置无需特别批准，不但允许现场仪表可在不停电的情况下进行维护操作，而且FF接线盒也允许带电开盖检查内部各分支的供电及信号传输状况，同时也可对FF安全栅进行独立的检查及维护甚至更换。

1.2系统特点

1) 大功率主干线消除了现场总线在危险区应用时的能量限制要求，可以有充足的电源供应到本安回路。

2) 分支与主干线隔离，无须满足工厂等电位要求。

3) 由于所有分支均为本安防爆Ex ia，可在不停电的情况下在线对现场仪表进行维护操作。

4) 本安分支兼容FISCO和Entity，使得FISCO认证和Entity认证的现场仪表可以连接到同一个FF网段上,简化网段设计。

5) 每个分支输出40 mA的驱动电流，足以带动各种类型FF现场仪表。

2 FF物理层在线高级诊断

与传统控制系统及常规仪表相比，现场总线控制系统具有全数字通信、多变量测量、高度分散、开放性好、智能诊断、仪表预测性维护等独特的优点。但其传输为全数字信号，如果遇到通信异常，使用常规检测设备(如万用表、示波器等)很难排查故障。该项目采用的P+F公司生产的FF物理层高级诊断模块可以很好地解决问题。

2.1系统构成

FF物理层在线高级诊断系统集成如图2所示。

图2 FF物理层在线高级诊断系统集成

通过安装在FF配电单元的高级诊断模块(ADM)，实时测量FF物理层参数，该物理层参数经过配电单元母板的RS-485诊断总线，送至FieldConnex诊断服务器，然后利用AMS SNAP-ONTM应用技术及报警适配器，将FieldConnex高级诊断模块集成进AMS中。在控制室对整个FF的运行情况进行监视并在通信中断前及时发现故障。具体流程如下：

1) 高级诊断模块检测现场总线物理层，并提供报警状态。

2) ADM发送诊断信息到现场总线诊断服务器(FDS)。

3) FDS发送报警信息到AMS报警适配器。

4) AMS报警适配器将报警状态传递到AMS报警适配器。

5) AMS报警适配器显示报警信息。

6) 为了读取全部详细的有关维护或报警信息，在AMS报警监视上直接运行现场总线诊断管理器，即可读到详尽的现场总线网段信息。

2.2FF高级诊断模块主要功能

1) 可以实时测量FF物理层，包括常规的电压、电流以及FF通信的信号幅值、信号噪音、信号畸变、信号平衡度等参数。

2) 内置功能强大的示波器，可以实时显示网段通信的信号波形。同时可以设定不同的触发条件，查找具体某个地址的通信波形或查找错误帧的波形。

3) 每个测量参数均可设定报警触发值，实时监控每个参数。在通信故障发生之前及时发现潜在的故障，并切实做到预测性维护。

3 结束语

该项目的FF系统已正式投入运行，FF配电单元(包括高级诊断模块)及现场总线安全栅运行非常稳定可靠，其高级诊断功能在仪表联调过程中起到重要作用，查找出许多电缆接线错误、终端电阻设定错误、系统接地等大量的施工问题，大幅提高了工作效率，并将在正常运行监控和今后大修工作中起到更为重要的作用。

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稿件收到日期：2013-05-08，修改稿收到日期2013-07-01。

徐学阳(1970—)，男，安徽黟县人，1992年毕业于东南大学生产过程自动化专业，获学士学位，现就职于腾龙芳烃(漳州)有限公司，从事石油化工自动化专业的项目实施、运行维修及技改技措工作，任仪表经理。

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