1、基于FF現場總線的智能儀表組態技術摘要31 FF智能儀表簡介31.1 IF 表31.2 FI 表31.3 TT 表31.4 PT 表31.5 FP 表31.6 FY 表32 功能塊33 FF智能儀表組態技術33.1 功能塊連接33.1.1 PID 控制33.1.2串級控制33.2 FF智能儀表的特點33.3 組態注意事項33.3.1修改參數33.3.2模態切換33.3.3設備沖突33.3.4功能塊調度34 焦爐控制系統應用舉例34.1 煉焦工藝34.1.1焦爐煤氣主管壓力控制34.1.2機焦側分煙道吸力控制34.1.3焦爐煤氣主管流量控制34.2控制系統體系結構34.3控制回路組態34.4控制

2、性能分析34.5系統中應用智能儀表的優點35 結束語3參考文獻3附錄3摘要現場總線技術的發展促進了現場儀表數字化、智能化、網絡化。自“九五”攻關以來, HART 協議和 FF協議智能儀表與系統的開發在我國得到迅速發展, 并已取得大批成就。但是由于現場總線是一項較新的技術, 且FF總線協議復雜， FF 智能儀表組態參數頗多, 對現場調試和維護人員專業知識、技術水平等要求很高。因此本文從實際應用角度介紹 FF 智能儀表及其組態技術, 以利于 FF 智能儀表的推廣應用。關鍵詞：FF 現場總線; 智能儀表; 功能塊；組態1 FF智能儀表簡介FF智能儀表是嵌入微處理器、實時嵌入式操作系統和FF現場總線協

3、議棧，具有傳感測量、數字通信、自動補償、自動診斷、分散控制、信息存儲等功能的儀表。目前國際上較為常見的FF現場總線智能儀表類型及用途主要有以下幾種。1.1 IF 表亦稱 “電流信號到現場總線信號變送器”, 它是將 4-20mA 電流信號轉換成現場總線信號,用于將傳統的4-20mA輸出的模擬儀表連接到現場總線控制系統中, 適用于企業控制系統改造, 可以很大程度上保護用戶原有的可利用的模擬儀表資源, 減少用戶投資。1.2 FI 表亦稱“現場總線到電流信號變送器”, 它是將現場總線信號轉換成 4-20mA 電流信號, 用于現場總線控制設備與需要4-20mA 電流輸入信號的儀表的連接, 也是現場總線與

4、 4-20mA 電流控制的執行機構及控制裝置的控制信號轉換設備, 適用于現場總線控制系統與 420mA 電氣轉換器或電動調節閥的連接, 有利于保留企業控制系統改造中的可利用的執行設備。1.3 TT 表亦稱“現場總線溫度變送器”, 它是將PT100、CU50 等熱電阻信號轉換成現場總線信號, 適用于現場總線控制系統中對溫度信號的采集。1.4 PT 表亦稱 “現場總線智能壓力變送器”, 它是將壓力信號轉換成現場總線信號, 適用于現場總線控制系統中對壓力、流量、液位等信號的采集。1.5 FP 表亦稱“現場總線到氣動信號轉換器”, 它是將從總線接收的輸入信號按比例轉換成 3- 15psi 氣壓信號,

5、連接到非現場總線類型的氣動閥門定位器上, 用于代替模擬的電/氣轉換器, 控制系統中的氣動閥門。1.6 FY 表亦稱“現場總線氣動閥門定位器”, 它是將現場總線信號轉換成相應的壓力輸出控制閥門到所需位置, 實現氣動閥門的定位控制。2 功能塊功能塊是參數、算法和事件三者的完整組成。它由輸入參數、輸出參數、內含參數及操作算法定義, 并使用一個位號(Tag)和一個 OD 索引識別。功能塊的執行是按周期性調度或事件驅動的。功能塊外部連接結構具有通用性, 左邊是一組輸入參數, 右邊是一組輸出參數。不同的功能塊主要是內部執行的算法和實現的功能不同。FF 現場總線智能儀表含 10 種標準功能塊, 如下表所示。

6、符號功能塊名功能簡要描述AI模擬量輸入讀取現場模擬信號AO模擬量輸出提供模擬輸出DI離散量輸入讀取現場開關信號DO離散量輸出提供開關量輸出值PID比例積分微分PID自動控制模塊ML手動裝載人或設備設置輸出BG偏置使IO滿足線性函數CS控制選擇自動選取輸入信號PD比例微分增量式輸出無積分RC比例系數用于比例控制3 FF智能儀表組態技術3.1 功能塊連接現場總線控制系統組態關鍵是對現場總線設備中功能塊參數的配置和對功能塊關系的組合、連接及對功能塊調度參數的調整。3.1.1 PID 控制組態時一個功能的輸入參數只能與另一個功能塊的輸出參數連接, 輸出參數只能與另一個功能塊的輸入參數連接。如圖3.1.

7、1PID控制塊連接圖。3.1.2串級控制串級控制組態時同樣遵守一個功能的輸入參數只能與另一個功能塊的輸出參數連接, 輸出參數只能與另一個功能塊的輸入參數連接的規則。如圖3.1.23.2 FF智能儀表的特點FF 智能儀表在控制系統中體現出抗干擾能力強、可遠程校準、有自診斷功能、連接方便等特點, 具有廣泛應用前景。3.3 組態注意事項3.3.1修改參數每次修改儀表功能塊參數時, 首先要把功能塊的目標模態選擇為 OOS 狀態(Out Of Service), 儀表實際模態處于 OOS 狀態時才能更改參數, 更改后再把功能塊的目標模態選擇為 Auto 等所需狀態。3.3.2模態切換當 PID 功能塊實

8、際模態是 “IMAN”或在“IMAN”和“AUTO”之間切換時, 說明 PID 和 AO 功能塊之間通信有問題, 可以通過調整功能塊調度間隔時間來消除。3.3.3設備沖突如果設備以臨時地址上線, 說明該設備與總線上其它設備地址有沖突。將其地址更改為總線上設備沒有用過的可用地址即可解決問題。圖3.1.1圖3.1.23.3.4功能塊調度對系統有用的 AI、AO、PID 等功能塊一定要加到功能塊調度應用, 并下載到儀表中, 否則功能塊實際模態將不能離開 OOS 狀態進入 Auto。4 焦爐控制系統應用舉例4.1 煉焦工藝煉焦主要是對焦爐炭化室中的配合煤進行高溫干餾，如圖4.1.干餾過程即是在隔絕空氣

9、條件下對炭化室中的煤進行加熱的過程。圖4.1生產工藝流程4.1.1焦爐煤氣主管壓力控制該控制是通過檢測氣主管壓力，調節主管翻板開度，保證主管煤氣壓力穩定，保證加熱系統的安全和使用壽命。4.1.2機焦側分煙道吸力控制該控制是通過檢測分煙道吸力，調節煙道翻板開度，使煙道吸力穩定在設定值，保證煙氣排放，減少熱損失。4.1.3焦爐煤氣主管流量控制該控制是通過檢測煤氣主管流量，調節煤氣主管翻板開度，保證煤氣主管流量穩定，滿足焦爐加熱需求。4.2控制系統體系結構該系統結構按網絡類型可分為兩層。上層采用100M以太網，主干采用光纖，橫跨廠區，分支采用雙絞線，延伸至控制室及廠調度室。系統底層采用的是FFH1現

10、場總線。總線分布成二個網段，每個網段控制一座焦爐。系統采用FFH1現場控制單元集成部分模擬儀表，采用FF智能儀表實現控制回路調節。主管壓力和分煙道吸力檢測采用FF智能壓力表LD302-D1，主管流量檢測采用FF智能差壓表LD302-M2?？刂苹芈份敵霾捎矛F場總線到氣動信號轉換器FP302，控制翻板打開的角度。系統針對1、2號焦爐，監測工藝參數78個，實現控制回路6個，并將生產工藝參數通過以態網傳輸到廠調度系統，實現了監控管一體化。4.3控制回路組態FF智能儀表含有AI、AO、PID等10種標準功能塊，控制系統組態時，可以通過設置功能塊參數來改變功能塊的執行功能。系統的控制策略決定了功能塊的參數

11、配置與組合方式。該系統FF智能儀表組態步驟如圖4.3.1所示。通過工藝分析，系統對煤氣主管壓力與主管流量采用串級控制策略，如圖4.3.2所示。壓力控制做主回路，流量控制做副回路。通過控制主管壓力保證焦爐加熱系統安全，通過控制主管流量保證各燃燒室煤氣流量，從而保證穩定加熱。系統對機、焦側煙道吸力2個回路采用PID控制策略，如圖4.3.3所示，保證煙道吸力穩定和煙氣排放。圖4.3.1儀表組態步驟圖4.3.2煤氣主管壓力流量串級控制圖4.3.3機（焦）側分煙道吸力PID控制4.4控制性能分析焦爐煤氣主管壓力控制有其工藝特殊性，充分體現了FF智能儀表的優勢。因此以焦爐煤氣主管壓力控制為例分析控制性能。

12、煉焦生產中，焦爐加熱系統每隔45min進行一次換向：關煤氣空氣與廢氣交換開煤氣。采用模擬儀表控制時，換向初期，因煤氣主管流量瞬間為0，壓力驟然上升，根據PID控制原理模擬儀表系統使加熱系統翻板全開；換向后期，焦爐恢復加熱煤氣，煤氣主管瞬間增加供氣，壓力驟然下降，模擬儀表系統使翻板幾乎全關，之后經過25min左右的PID調節時間，系統才趨于穩定，這時下一次換向又快開始了，系統始終處于動蕩狀態。采用FF智能儀表控制時，因智能儀表不僅能檢測信號，而且能傳遞儀表檢測參數的質量信息，其控制回路運行狀態也與儀表參數質量信息相關。換向初期，因煤氣主管流量瞬間為0，壓力驟然上升，根據PID控制原理，應使翻板全

13、開，但在超過參數測量范圍而不超過儀表量程情況下，智能儀表檢測這種參數質量為壞(BAD)，其保持上一個狀態的翻板開度不變；換向后期，焦爐恢復加熱煤氣，煤氣主管瞬間增加供氣，壓力下降到正常測量范圍，智能儀表檢測參數質量為好(GOOD)，恢復正常控制，翻板開始調節。由圖4.4.1和圖4.4.2可以看出，系統超調量小，換向完成后5min左右，就基本恢復穩定。4.5系統中應用智能儀表的優點應用結果證明，FF智能儀表具有低成本、抗干擾能力強、互操作性好、可靠性高、易維護等特點，體現了儀表數字化、智能化、網絡化的優勢，具有廣泛的應用前景。5 結束語基于基金會FF現場總線智能儀表組態技術的發展正穩步高速進行。

14、在世界范圍內取得合作和開發的良好態勢，在國內也同樣達到很好的應用規模。我們應該在積極掌握其復雜和完整的理論的基礎上，為更好地服務社會做出努力和貢獻。參考文獻1. 陽憲惠現場總線技術及其應用清華大學 19942. 孔元發熱工自動控制設備水利電力出版社19943. 陳小楓.基金會現場總線體系結構.測控技術.19964. 斯可克現場總線技術自動化儀表19975. 楊慶柏現場總線與現場儀表自動化博覽19976. 綦希林現場總線技術論文選計算機信息雜志社19987. 盧伯英.現代控制工程.北京科學出版社19808. 周澤魁.控制儀表與計算機控制裝置.化學工業出版社.20029. 楊勁松.計算機工業控制.

15、中國電力出版社.200310. 約翰遜（美）過程控制儀表技術科學出版社200211. IEC/ISAFieldbus Foundation Specification Documents 1996附錄評分標準根據一般學術評定的規則，參照本課程的實際，特制定如下評分標準表：指 標指標解釋分值得分1格 式格式規范（含目錄、圖表、腳注、參考文獻等）。102摘要（內容提要）清晰界定（限定）研究的問題，清晰說明研究方法和思路，清晰說明研究結論。153問題界定問題界定清晰，研究目標十分明確，抓住實質（要害）。154研究思路（邏輯）研究思路清晰，文章層次清楚，邏輯合理，合符企業營運的一般理路。205研究方法研究方法（如