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智能儀表變送器環境溫度通信至DCS的設計與實現
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智能儀表變送器環境溫度通信至DCS的設計與實現

時間:2019-09-29 10:33:28

      內蒙古某公司利用內蒙古錫林浩特勝利煤田 的褐煤作為原料,選擇固定床干法排灰純氧碎煤加壓氣化、低溫甲醇洗凈化及鎳基催化劑甲烷化 等技術生產代用天然氣。設計規模確定為公稱能 力每天 1 200 萬 Nm3。項目計劃分 3 期建設,建 成投產后生產的產品為每年 40 億立方米代用天然氣及其他副產品。目前 I 期已建成投用生產,II 期正穩步推進,主工藝控制系統采用 Foxboro IA’ S DCS 控制系統控制。項目建設地址位于內蒙古赤峰市克什克騰旗達日罕烏拉蘇木錫騰海,室外 極端非常低氣溫達到 - 40℃ ( 一月) ,非常冷月( 一月) 平均氣溫 - 25. 5℃,因此氣候、地理環境等因素 給室外儀表安全穩定運行帶來極大的挑戰。儀表變送器輸出采用直流 4 ~ 20mA 模擬信號,只能顯 示單一檢測參數,若為室外儀表安裝溫度檢測設 備,需大量電纜、設備和安裝費用。由此,筆者提 出智能儀表變送器自身溫度參數自帶 HART 協 議,通過 Foxboro IA’S DCS 組態軟件 IACC 重新 組態調試,上傳至 DCS 控制系統進行集中監視。 vAp壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
1 硬件要求
 
智能儀表設備需要設有 HART( Highway Ad- dressable Remote Transducer) 協議具備通信功能, HART 是可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信 協議,是美國 ROSEMOUNT 公司于 1985 年推出的 一種用于現場智能儀表和控制室設備之間的通信協議。利用貝爾 202 頻移鍵控( FSK) 標準,將低 電平的數字通信信號疊加在 4 ~ 20mA 之上,不會 對 4 ~ 20mA 信號造成干擾。儀表設備配備溫度模件,可連接智能手操器( 如 HART475) 查看是否具備相關功能。
控制系統硬件簡圖
控制系統硬件( 圖 1) 主要由控制處理機、現 場通信組件及現場總線組件等構成。DCS 控制系 統采用了 FCP270 控制處理機,其好特的容錯運 行結構極大地增強了可靠性,并與它相連的現場 總線組件( FBM) 一起,對組態好的控制方案進行 過程控制。它既能實現常規的連續控制、梯型邏 輯控制、順序控制以及批量處理等功能,又能實現數據采集、檢測、報警和傳送信息的功能。使用 EXACT( 專家自適應控制整定算法) 和EXACTMV( EXACT 多變量控制) 算法控制過程的變量。 這些算法包含在功能控制塊中,現場過程工程師 可對它們進行組態,以完成所要求的控制方案。 現場通信組件采用 FEM100 通過高速、可選冗余的 10Mb /s 以太網基的現場總線,提供現場 總線組件( FBM) 與 I/A 系列控制站的通信接口。 FEM100 把控制站使用的 10Mb /s 以太網信號轉 換為 FBM 使用的 2Mb /s 信號,反之 FBM 所使用 的 2Mb /s 信號也可轉換為控制站使用的 10Mb /s 以太網信號。 現場智能儀表變送器與控制室 DCS 硬件連接采用 Foxboro 的 FBM216b,即 HART 通信冗余 輸入接口組件,它具有 8 路通道隔離的 4 ~ 20mA 模擬量輸入通道,每個通道接收一個標準的 4 ~ 20mA 信號,或一個搭載在 4 ~ 20mA 的模擬輸入信號上的數字 HART 移頻鍵控信號。每個通道為 現場設備提供雙向數字通信,并完成設備的 4 ~ 20mA 輸入信號從模擬量向數字量的轉換,每個
通道均有自己的 FSK 調制解調器。 
 
2 控制策略
以現場一個羅斯蒙特智能壓力變送器環境溫度上傳至 DCS 為例進行說明,輸出標準采用4 ~ 20mA,基于 HART 協議的數字信號,位號為 PT-27312,控制原理如圖 2 所示。
控制原理示意圖
在工程師站打開 DCS 組態軟件 IACC,在定 義網絡、硬件項( Network) 中,查看測點 PT-27312 所在控制器 CPB113( FCP270) 下的現場總線卡件 B1132B( FBM216B) 通道 B12B_1 工作模式,發現僅能接收直流 4 ~ 20mA 信號,需要對其工作模式進行重新修改組態,把 Dvopts 項參數由 4 ~ 20 改 為 HART( 圖 3) ,并下裝到控制器當中。
子通道 B12B_1 屬性
在 IACC 組態軟件的 Plant 選項中,找到測點 PT-27312的策略圖形( 圖4 ) ,在此新加入一個 RIN 模塊和一個 AIN 模塊,分別命名為“PTT _ 37312R”和“PTT_37312”。
 
lom_id 中填入修改過的 ECB 通道號 B12B_1; Pnt_no 改為 SV( Secondary Variable) ,SV 即羅斯 蒙特智能儀表壓力變送器環境溫度在 HART 協 議傳輸的參數地址; Sci 中輸入信號修正索引,選 “0”不需要對 HART 作信號修正,輸出等于輸 入; 量程填入 0 ~ 100; 單位填入℃ ,完成后下裝 到控制器中。 組態 AIN 模塊“PTT_37312”參數( 圖 6) ,io-mopt - 取“0”即模塊的輸入信號從它的 MEAS 參 數取輸入值,并且 Sci 參數選“0”不對輸入信號進 行修正。量程和單位同 RIN 模塊,完成后下裝到控制器中。 利用 Foxboro DCS 上位機組態軟件 foxdraw, 將測點顯示出來供運行人員監控,又將所有測點加入歷史庫,便于實時查詢數據,并根據環境溫度變化將低于 5、0℃ 發出的報警信息顯示出來,部 分界區上位機顯示和報警界面如圖 7 所示。
 
Foxboro I/A 系統提供 OPC 接口站,OPC 服務 器具有單向發送功能,只允許向外部發送數據,不允許從外部接收數據,以抵御外部惡意或是無意
對 DCS 的攻擊或修改。OPC 服務器掛在單元機組 DCS 系統的 Mesh 網交換機上作為 DCS 系統的一個節點,交換機通信速率為 100Mb /s/或 Gb /s,同時配置防火墻,以確保網絡和 DCS 數據的安全 性。利用此接口將組態好的數據,上傳至廠級監控系統( SIS) 顯示,管理人員可隨時可監控。
 
 3 結束語
目前該公司各個界區煤氣水分離、凈化、空 分、甲烷化、濃鹽水、污水、酚氨回收 A/B 單元、氣 化 A 單元及氣化 B 單元等 300 余多塊室外智能
儀表變送器環境溫度均已實現 DCS 監控,并加入歷史庫和報警信息。儀控人員又將所有數據引入 廠級監控系統監視,極大地方便了設備管理人員 根據溫度變化情況制定防凍措施,解決了以往冬 季需要占用大量人力巡檢儀表的問題,保證了冬 季智能儀表變送器所在環境溫度在非常佳范圍內安
全穩定運行。自投用兩個冬季以來未發生因儀表設備凍壞而引起的機組等裝置非計劃停車,有利 于集中控制管理、運行人員平穩操作和安全生產。
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