仪表现场总线系统安装及调试

仪表现场总线系统安装及调试

摘要：近年来基金会现场总线系统（fieldbus foundation，简称FF现场总线系统)在大型石油化工工程中的应用越来越广泛，其优势日益显现。本文通过漳州450万吨/

年PTA工程FF现场总线系统实例，在分析FF现场总线特点以及FF现场总线电缆

与常规控制电缆差异的基础上，详细阐述FF现场总线电缆安装步骤、安装注意事

项和电缆敷设后的测试方法、测试所用的仪器等。结合施工经验，总结工程中基

金会现场总线（FF）系统施工过程中出现的问题，以及基金会现场总线（FF）系

统中的电缆安装和FF现场总线仪表的单体和系统调试过程中出现问题的解决办

法，为今后基金会现场总线（FF）系统施工提供借鉴之用。

关键词：基金会现场总线仪表安装调试注意事项

1 前言

基金会现场总线系统(简称FF现场总线系统)是以自控领域为开发应用对象，将自控、计算机和信息通讯融为一体的数字化、智能化、网络化的新型工业自动化控制技术，也是自动化控制系统今后主要的发展方向。目前，在我国石油、化工行业正在陆续得到推广应用。

FF现场总线系统用数字信号代替了原来的模拟信号进行信号传输，其控制系统设备、现场仪表设备和控制电缆都发生了改变，需要与之相适应的仪表安装和调试工艺。本文针对其安装及调试施工过程中的一些特殊之处进行论述，主要介绍基金会现场总线（FF）系统安装及调试相关技术，以及施工过程中出现的问题提供解决办法。

2 现场总线系统组成与特点

2.1 现场总线系统的构成

基金会现场总线（fieldbus foundation）通常称为FF现场总线，它分为H1和H2两级总线。H1采用符合IEC 61158－2标准的现场总线物理层；H2则采用高速以太网为其物理层。H1现场总线以段为单位，在一根屏蔽双绞线电缆上完成对多台现场仪表的供电和双向数字通信。现场安装的FF总线设备一般采用 H1总线网段通信协议。

系统的构成：

2.2 FF现场总线系统相对于其他控制系统的特点

（1）FF现场总线具有开放性、互操作性与互用性

开放性是指它可以与遵守相同标准的其他设备或系统连接，通信协议一致公开，各不

同厂家的设备之间可实现信息交换。互操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通。而互用性则标志着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。

（2）FF现场设备的智能化与功能自治化

将微处理器置入现场测量控制仪表中，具有数字计算和数字通信能力，实现一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号。FF现场总线的压力和差压变送器，如果测量量程不超过该传感器的最大量程范围，则在变送器的AI模块中通过设定XD-SCALE和OUT-SCALE参数就可以修改和设置该变送器的测量量程。

（3）FF现场总线系统为全数字化技术，准确性与可靠性高，各种功能更加强大。

（4）FF现场总线系统安装材料与调试工作量相对减少

现场总线系统的接线简单，规定一个现场总线网段最多连接9～12个现场总线设备，仪表电缆、端子、电缆槽、桥架的用量相对减少，接线及查线的工作量相对减少。据有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装费用30％以上。

（5）FF现场总线系统为降低设备的生命周期成本提供工具

通过DCS查询所有仪表设备的运行情况，诊断维护信息，寻找故障，以便早期分析故障原因并快速排除，仪表设备状况始终处于维护人员的远程监控之中。

3 现场总线系统技术要求

基金会现场总线(FF)技术在同一导线对中实现了电源分配和数字信号通信。它采用现场总线设备，使控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一线传输多个信号，同时又为多个设备提供电源，现场设备不再需要模拟/数字(A/D)、数字/模拟(D/A)转换部件。基于总线系统的组成，该系统特殊技术要求：

3.1 现场总线供电

FF现场总线H1网段供电，需要计算供电电压。供电电压取决于总线电缆长度及电阻。在网段上如有两线制总线供电设备，应确保有足够电压可驱动它，对现场的每台设备的电源至少需要9V DC电压，每台设备消耗电流大约15-20mA。为确保这一点，在配置现场总线网段时须知道以下情况：

（1）当前每个设备的功耗情况；（2）设备在网段上的位置；（3）电源在网段上的位置；（4）每段电缆的阻抗；（5）电源电压。

3.2 现场总线电缆

现场总线电缆要求选择高性能的FF现场总线仪表专用电缆，且与传统电缆有颜色区别（橙黄色或其它可区别色）。现场总线电缆网络有主干线和分支之分，一般主干线是由现场总线机柜到FF现场总线接线箱的FF现场总线电缆，而分支线是FF现场总线接线箱到FF 现场总线仪表的FF现场总线电缆。常规采用单屏蔽A型电缆，其主干长度+分支长度＜1900M。电缆的敷设长度应严格执行表1和表2的要求：

表1 .H1现场总线允许电缆长度（M）

表

一个现场总线网段允许使用不同类型的电缆，但必须符合下面不等式要求。假设使用了A、B、C、D四种电缆，每条电缆的长度为LA、LB、LC、LD，而它们的允许长度为MLA、MLB、MLC、MLD，则应满足：LA/MLA+LB/MLB+LC/MLC+LD/MLD＜1。

设计现场总线电缆网络时必须充分注意分支电缆长度的限制。

3.3 现场总线终端器

每个总线网段有两个终端器，分别接在该网段的两端，一个在FF电源模块中，另一个在现场总线接线箱内。位于现场的终端器不得安装在现场总线设备中，应安装在现场总线接线箱内。由于通信信号是以电流信号发送，以电压信号接收，终端器起到电流电压转换的作用，将15-20mA 转换成 0.75-1V。信号反射会干扰正常数字信号的传输，终端器可以消除信号反射，提高信息传输的可靠性。

3.4 现场总线机柜

现场总线机柜形式、内部结构及功能与传统标准机柜相似也有区别。现场总线机柜内设置总线式安全栅。现场总线仪表以数字量信号传输，经过现场总线接线箱到现场总线机柜内的总线式安全栅后进入控制系统。传统仪表设备以模拟量信号传输，根据设计要求经过或不经过接线箱到机柜内的安全栅后进入控制系统。

3.5 接线箱

（1）箱体的材质应选铝合金、不锈钢、玻璃纤维增强型塑料等，其防爆、防护等级至少应符合IIC,IP65级的要求。

（2）现场总线接线箱内部的配附件要齐全且完好，内设有FF现场仪表网络接线块，通过现场总线电缆与现场总线仪表连接，每块内置短路保护器和网段终端器，防止信号失真，对网段有防短路、防浪涌保护等作用。接线箱内有电源、信号指示灯，短路时指示灯亮，保证一个支路短路时不影响其它支路的FF总线设备。短路保护器将限制每支路的短路电流不超过60mA。

（3）主电缆与分支电缆是通过现场总线接线箱连接在一起的，为了防止总线回路受潮，FF现场总线仪表和现场总线接线箱与现场总线电缆连接使用防爆电缆密封接头。安装后的电缆接头必须满足三个要求：防水、防爆、防拉。