黨昊馳，李濤

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安710065）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息化技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)（4C技術(shù)）的發(fā)展，自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)生了深刻變革，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)日益發(fā)展成熟并成為過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也將自動(dòng)化控制帶入了一個(gè)全新的時(shí)代，并成為過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。某公司200kt／a粗苯精制項(xiàng)目采用了Emerson FF控制系統(tǒng)DeltaV。

1 工藝流程及背景介紹

粗苯精制是將粗苯經(jīng)過(guò)5個(gè)連續(xù)的預(yù)蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)氣化，除去殘?jiān)俳?jīng)過(guò)多級(jí)蒸發(fā)除去殘?jiān)椭亟M分，輕組分通過(guò)加氫進(jìn)入預(yù)反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，預(yù)反應(yīng)器頂部的氣相物流再到主反應(yīng)器進(jìn)一步反應(yīng)，經(jīng)過(guò)催化劑床層，進(jìn)行脫硫、脫氮，烯烴加氫飽和，再進(jìn)行冷卻分離，然后再經(jīng)過(guò)精餾，通過(guò)N－甲酰嗎啉（NFM）溶劑萃取，將苯、甲苯、二甲苯分離出來(lái)。由于工藝過(guò)程為放熱反應(yīng)，一些工藝介質(zhì)流量的大小將導(dǎo)致溫度的劇烈變化。因此除了對(duì)設(shè)備有較高要求外，還會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量和純度，也可能導(dǎo)致裝置的停車事故。由于苯是一種對(duì)環(huán)境和人類健康有危害的有機(jī)物，也是中國(guó)強(qiáng)制性環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)中明確的幾種有毒有害介質(zhì)之一。因此，對(duì)一些重要的反應(yīng)器和精餾塔往往采用多點(diǎn)溫度檢測(cè)的方法以確保產(chǎn)品的質(zhì)量，預(yù)防苯的泄漏。

因此在工藝過(guò)程中，溫度的監(jiān)測(cè)和控制對(duì)保證裝置的正常運(yùn)行尤其重要。對(duì)溫度的檢測(cè)可采用熱電阻和熱電偶方式，但熱電阻和熱點(diǎn)偶的使用比較混亂，針對(duì)該狀況，筆者將Rosemount的FF型848T八點(diǎn)輸入溫度變送器在該裝置中進(jìn)行了應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝管線和設(shè)備進(jìn)行密集式溫度監(jiān)控?；贒eltaV系統(tǒng)的AMS與現(xiàn)場(chǎng)總線儀表無(wú)縫整合技術(shù)，并結(jié)合八點(diǎn)輸入溫度變送器的整體解決方案，不僅體現(xiàn)了FF技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，也極大簡(jiǎn)化了過(guò)程控制的設(shè)計(jì)，降低了成本費(fèi)用，是傳統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)模式的一次革新。

2 特 點(diǎn)

a）該溫度變送器是FF在溫度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用中的技術(shù)創(chuàng)新，其可適應(yīng)的環(huán)境溫度為－40～85℃（－40～185℉），非冷凝相對(duì)濕度為0～100%。其八位獨(dú)立組態(tài)通道可隨意接入二線制、三線制熱電阻，熱電偶，毫伏表，歐姆表輸入組合，如圖1所示。該變送器能夠靠近過(guò)程裝置進(jìn)行安裝，以提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。該總線結(jié)構(gòu)允許通過(guò)1個(gè)單H1現(xiàn)場(chǎng)總線回路傳送多達(dá)128個(gè)溫度測(cè)量信號(hào)。輸入／輸出絕緣在500V（交流）（707V（直流））條件下通過(guò)波峰因數(shù)測(cè)試，接受多種傳感器輸入類型，適用范圍比較廣。

圖1 八位獨(dú)立組態(tài)通道輸入組合示意

b）使用標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線電源供電，運(yùn)行時(shí)的直流電壓為9.0～32.0V，耐瞬變電壓保護(hù)器可以防止雷電、焊接、大型電氣設(shè)備或開關(guān)設(shè)備引起的回路線路瞬變感應(yīng)對(duì)變送器造成的損壞，且該變送器具有快速響應(yīng)的能力。

c）可接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的模擬輸入信號(hào)，可以將4～20mA信號(hào)送至FF。

d）FF提供多點(diǎn)溫度變送器內(nèi)在診斷系統(tǒng)，診斷功能包括好、壞和不確定的測(cè)量狀態(tài)，以顯示連續(xù)測(cè)量狀態(tài)以及傳感器故障。同時(shí)該溫度變送器提供了1個(gè)復(fù)合模擬輸入功能（MAI）模塊，MAI模塊將8路模擬輸入（AI）整合到1個(gè)功能模塊進(jìn)行通信，大幅提高了網(wǎng)絡(luò)效率，讀取8路輸入更新時(shí)間在1.5s之內(nèi)。另外該溫度變送器還提供了4個(gè)輸入選擇器（ISEL）模塊，可采用不同的優(yōu)先級(jí)將報(bào)警組態(tài)設(shè)置成高－高、高、低或低－低模式。除此之外，該溫度變送器還具備備用鏈路活動(dòng)調(diào)度器（LAS）功能，可做為H1網(wǎng)段的Link Master使用。

3 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2是一種比較經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。如果對(duì)現(xiàn)有電纜再利用時(shí)，這是首選的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合于如下場(chǎng)合：改造項(xiàng)目、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備密度高的特定區(qū)域和采用高速以太網(wǎng)（HSE）的項(xiàng)目。

當(dāng)然采用該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮主干電纜和分支電纜的最大長(zhǎng)度。在組態(tài)和分配網(wǎng)絡(luò)／網(wǎng)段設(shè)備時(shí)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有很大的靈活性。在該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，總線電源是冗余配置，總線安全柵和終端電阻都已集成在FF接線盒里面。

4 技術(shù)性能

在該粗苯精制項(xiàng)目中全部采用熱電阻和熱電偶，既減低了操作人員在現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)系數(shù)，也大大提高了工藝運(yùn)行工況的測(cè)量精度。通過(guò)兩年多的運(yùn)行表明，F(xiàn)F技術(shù)及多點(diǎn)溫度變送器的應(yīng)用是成功的，盡管僅限于溫度檢測(cè)方面，但是其規(guī)模較大，積累了大量使用經(jīng)驗(yàn)。這種高密度溫度測(cè)量，使用多路溫度采集器，首先消除了現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)擁堵；其次，簡(jiǎn)化了連接線路并減少了端子連接，因而減少了故障結(jié)點(diǎn)；再次，采用總線供電方式，減少了安裝設(shè)備時(shí)所需的接線工作量，同時(shí)熱電阻和熱電偶的可任意混合使用，顯著降低了儀表采購(gòu)成本。另外，節(jié)省了大量的儀表電纜（包括補(bǔ)償導(dǎo)線），該項(xiàng)目節(jié)省電纜大約40km，總的儀表投資成本節(jié)省30%左右，同時(shí)也大幅減少了施工安裝和調(diào)試費(fèi)用，達(dá)到50%左右，也確保了工程進(jìn)度。

5 應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題

5.1 接 地

接地是影響溫度讀數(shù)可靠性的關(guān)鍵因素，儀表信號(hào)導(dǎo)線不得用于接地。儀表安全接地必須通過(guò)信號(hào)電纜之外的獨(dú)立導(dǎo)線，而FF網(wǎng)段不允許任何接地，否則將會(huì)引起總線上所有的設(shè)備失去通信功能，總線中的任一根接地導(dǎo)致該總線網(wǎng)路／網(wǎng)段上的所有設(shè)備通信中斷。圖3所示是一種可選的FF接地方法。

圖3 FF接地的方法示意

5.2 終端電阻

網(wǎng)段上需連接終端電阻，防止信號(hào)反射，并起負(fù)載作用。所有位于現(xiàn)場(chǎng)的終端電阻都應(yīng)安裝在接線盒中，終端電阻不得安裝在現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備中。

5.3 總線供電

現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備可由網(wǎng)段（總線）供電，供電電壓取決于總線的電纜長(zhǎng)度和電阻，而現(xiàn)場(chǎng)總線電纜的長(zhǎng)度和網(wǎng)段上設(shè)備的數(shù)量受配電、衰減值和信號(hào)失真的限制。要保證足夠的信號(hào)質(zhì)量（可接受的衰減值和失真），在配置現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段時(shí)需要考慮以下幾點(diǎn)：網(wǎng)段上每一臺(tái)設(shè)備的功耗；設(shè)備在網(wǎng)段上的位置；電源在網(wǎng)段上的位置；每段電纜的阻抗；各設(shè)備的最低工作電壓；一個(gè)分支短路故障附加電源消耗。

5.4 調(diào) 試

在開車投運(yùn)之前，溫度變送器要進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，用電阻箱或信號(hào)發(fā)生器，在現(xiàn)場(chǎng)端進(jìn)行，分度號(hào)、量程要與現(xiàn)場(chǎng)溫度檢測(cè)儀表對(duì)應(yīng)，接線時(shí)要注意熱電阻和熱電偶的區(qū)分。其他的按照溫度校驗(yàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。在聯(lián)調(diào)過(guò)程中，改變校驗(yàn)通道時(shí)，該通道的值應(yīng)隨信號(hào)發(fā)生器的值改變，如果DCS上的指示值不變或報(bào)警或報(bào)錯(cuò)，這有可能是DCS軟件組態(tài)時(shí)或者是更換儀表造成的。為了避免以上問(wèn)題的發(fā)生，要注意下面兩點(diǎn)：

a）在改變多點(diǎn)溫度變送器的組態(tài)時(shí)，必須先把STB的模式由“AUTO”切換到“Out of Service”狀態(tài)，修改完畢后再由“Out of Service”切換到“AUTO”狀態(tài)。

b）在使用過(guò)程中更換多點(diǎn)溫度變送器時(shí)，要先把多點(diǎn)溫度變送器“Descommision”下裝后再卸掉，然后把新的多點(diǎn)溫度變送器裝上后再將其“Commission”下裝后進(jìn)行組態(tài)投運(yùn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)兩年多的正常運(yùn)行，從投資和應(yīng)用等方面來(lái)考慮，該溫度變送器達(dá)到了預(yù)期的目的。因此，該溫度變送器適合于在高密集溫度監(jiān)控點(diǎn)場(chǎng)合使用。但一些重要的控制回路及參與聯(lián)鎖的參數(shù)不能進(jìn)入總線系統(tǒng)，因而參與聯(lián)鎖和控制的溫度檢測(cè)點(diǎn)仍然要使用溫度變送器。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新一代產(chǎn)品必然會(huì)取代老一代產(chǎn)品。

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