Honeywell FF现场总线在南海FPSO上的应用

       一、Honeywell FF现场总线介绍

       1.总线介绍

       FF[1]现场总线是由Fieldbus Foundation(FF) 组织开发的，主要用于现场智能设备与DCS控制器之间的全数字、双向串行、多点通讯。按数据传输的速率可分为HSE（ High Speed Ethernet, 100mbps）和H1（ 31.25kbps）两种标准，前者主要用于控制器、服务器和操作站之间的通讯，为高速FF总线; 后者主要用于现场设备，如变送器、执行器以及I/O卡件之间的通讯，为低速FF总线。根据供电方式不同又分为总线供电和非总线供电，总线供电是在一对双绞线上既提供9～32V( DC) 电源又传输经过调制的15～20mA 电流。现场级的过程控制基本使用低速且以总线供电方式为主的H1总线。

       上图为Honeywell典型总线冗余系统，该系统通过一对总线接口卡（FIMs）实现总线系统的冗余，通过一对冗余模块（RMs）实现了控制器和远程IO机架的冗余。

       现场总线接口模块（FIM）是将基金会现场总线引入PKS系统的关键。它是控制环境和控制系统之间的桥梁现场总线控制功能。它支持发布/订阅和客户机/服务器与现场总线功能块通信的通信方法。

       FIM是一个双宽模块，插入非冗余或冗余控制器或远程I/O机箱。它通过一个配套的远程终端面板（RTP）连接多达两个现场总线H1链路。这些独立的链路都有自己的链路调度、链路主控和时间主控功能。RTP以DIN导轨的安装方式安装在现场接线箱内，可以接受来自外部的24 Vdc电源输入，为H1链路上的现场总线设备提供低电平电源。

       2.Honeywell FF总线有如下特点：

       （1）基于机架式设计的硬件稳定可靠

       总线接口卡FIM安装在Experion C200控制器机架或远程I/O机架上，该模块采用高容量设计，提供数据访问、控制连接、诊断和报警。现场总线通过组态工具 Control Builder完全透明地集成标准数据库中。FF现场总线功能块与C200控制器功能块之间的链接与C200控制器功能块之间的链接一样简单。

       （2）易于组态

       控制回路组态功能包括设备更换（更换故障设备），块分配和取消分配（提高设备组态的灵活性）和设备上传（保存设备中的重要信息）。一个特别有用的特性可以识别链路上新安装的设备，并显示在组态环境中。将新设备添加到链路上时，有关设备的重要信息，包括标记名称、地址、型号和版本会显示在FIM显示屏和Control Builder组态软件中。

       （3）设备信息可视化

       现场总线每个设备都有一组唯一的参数。例如，温度变送器与控制阀的参数完全不同。图表可视化可以直观的将现场设备的设备块（资源和传感器）和功能块（AI、AO、PID等）的功能以及所有制造商定义的信息直接发送给操作员。

       3.总线设备组成

       现场设备有三部分组成：

       （1）实际物理设备；
       （2）Device Description（DD）文件；
       （3）Common File Format（CFF）文件。

DD文件和CFF文件由设备制造商提供，DD文件使得不同厂商生产的总线设备能够集成在同一个控制系统中，屏蔽了物理层的差异。CFF文件定义了设备的参数和功能，以及在控制系统中的显示方式。

       二、Honeywell FF总线在南海FPSO上的概况

       1.FF总线概况

       FPSO过程控制系统采用的是美国Honeywell PKS系统，包括上部模块的工艺流程控制和船体的船舱控制系统。在上部模块油气生产的工艺流程中采用了FF总线仪表进行数据采集、监测及控制；而对于公用辅助系统，例如：惰气发生器、氮气发生器、热介质锅炉等系统采用了普通的HART仪表进行数据的采集、监测及控制。过程控制系统的CPU模块、电源模块、通讯模块和数据通信总线等均采用了1:1冗余，从而减少了由于局部故障而导致整个系统瘫痪的可能性。

       FF总线仪表有压力变送器24台，温度变送器13台，液位变送器19台，差压变送器8台，流量变送器1台，压力控制阀9台，温度控制阀10台，液位控制阀15台，差压
控制阀2台，共有总线仪表101台。通过10块FIM卡件将现场仪表分为20条链路。

       2.Honeywell FF总线仪表更换步骤

       （1）将需要更换的变送器模块置于未激活状态。在组态软件control builder中monitoring标签下找到需要更换的变送器模块，如下面的LT-2012，右击选择inactive→selected item(s) and content(s)。之后，变送器模块以及下面的模块由正常状态下的绿色变为蓝色。

       （2）在现场将要更换的变送器模块拔出。此时，在Monitoring标签下变送器模块由蓝色变为红色，进入故障状态。

       （3）在现场将新的变送器模块安装上。系统检测到有新的模块后，在monitoring标签下，该link下面就会出现一个带问号的新模块。

       （4）将控制器LIC置于未激活状态。Monitoring→CEE→FPSO-LIC2012。找到后，右击，选择inactive→selected item(s) and content(s)。

       （5）强制删除LIC。右击，选择force delecte, 会出现一个warnning对话框。选择Force delecte。

       （6）强制删除变送器模块。返回变送器模块，右击，选择Force delecte。

       （7）MATCH。双击带问号的新模块，系统会自动识别出新模块的全部信息，包含device Rev,DD Rev等。如果不能自动识别出全部信息，则需要将新安装模块的地址修改为Project Devices中模块的地址，系统扫描一段时间后，新装模块变会识别出相应的信息。

       （8）Match成功后，从project中下载变送器及控制器并激活。

       三、问题总结

       由于每个链路中的现场总线设备接入同一个RTP，当这个链路中的RTP发生故障时，整个链路的设备都将无法控制，对于海上油气生产设备，在这种异常状况下只能触发应急关停，然后进行故障的处理。这种单个设备造成大面积仪表故障的情况无论对于现场油气安全生产是非常被动的。

       另外，总线仪表设备的更换过程比较繁琐，当设备发生故障时，不能够进行快速更换，影响现场生产时率。同时对现场维修人员的技能水平要求也相应提高。

       四、结束语

       虽然FF现场总线在应急情况下会存在一定的缺点，但是其优势是很明显的。目前国内在FF总线仪表的研发生产上与国外还是有一定的差距，但是随着国内制造水平的提升和国家政策的引导，会有很大的提升。

       随着总线技术的应用推广，对现场维修人员的技能水平要求也在逐渐提升，维修人员要加强自身水平的提升，不断适应新技术的更新换代。

       参考文献：
       [1]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].2版.北京：清华大学出版社，2008
       [2]EP03-470-210 EPKS Foundation Fieldbus Spec and Tech Ver1