劉 娜，曾曉萍，康 瑾，李昭玲

（西北鉛鋅冶煉廠，甘肅白銀 730900）

1 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)概述

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF 總線）是世界領(lǐng)先數(shù)字化協(xié)議的代表，在自動(dòng)化領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。該協(xié)議以開放互聯(lián)模式的ISO/OSI 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，取物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF 通信模型。在應(yīng)用層上增加用戶層，針對(duì)自動(dòng)化測(cè)控應(yīng)用的實(shí)際需求，在信息的存取交換上定義出統(tǒng)一規(guī)則，運(yùn)用通用功能塊集進(jìn)行設(shè)備描述。

1.1 FF總線H1技術(shù)

過(guò)程控制、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)接口和設(shè)備的集成主要采用通信速率為31.25 kbps 的 H1技術(shù)、H1的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如變送器與執(zhí)行器），在供電和傳輸信號(hào)上規(guī)定，必須使用現(xiàn)場(chǎng)總線雙絞線電纜。

現(xiàn)場(chǎng)儀表與其他設(shè)備通過(guò)H1技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自行控制，數(shù)字化的H1網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槭∪チ薎/O 轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)，在很大程度上減少了工作站與計(jì)算機(jī)的負(fù)載。

1.2 FF總線下Controlnet技術(shù)

焙燒車間在以太網(wǎng)技術(shù)下采用Controlnet 控制網(wǎng)，H1總線儀表通過(guò)連接設(shè)備與Controlnet 控制網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)絇LC 進(jìn)行統(tǒng)一處理。

Controlnet 支持PLC 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，增強(qiáng)了通過(guò)連接設(shè)備訪問(wèn)H1 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的技術(shù)。Controlnet 連接還為用戶提供了不同廠家可以通過(guò)PLC互相交換數(shù)據(jù)和操作的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了不同子系統(tǒng)的集成，使得企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)緊密集成與自由交換信息已成為現(xiàn)實(shí)。

2 焙燒車間FF總線應(yīng)用實(shí)例

（1）焙燒車間通信網(wǎng)絡(luò)采用樹型拓樸網(wǎng)絡(luò)和分支拓樸網(wǎng)絡(luò)混合起來(lái)的組合拓樸結(jié)構(gòu)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 焙燒車間總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

焙燒車間應(yīng)用FF 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)構(gòu)成車間級(jí)的控制系統(tǒng)，焙燒車間A-B 系統(tǒng)中FF 總線主站1788-CN2FFR（1788-EN2FFR）通過(guò)FF 總線Controlnet 進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)與PLC 的數(shù)據(jù)通信。主站通過(guò)無(wú)源背板總線連接6個(gè)FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線模塊，每個(gè)FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線模塊具有2個(gè)Controlnet 控制端口，Controlnet控制端口與PLC 連接，上傳儀表測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，H1 端口掛接2～8 臺(tái)不等的H1 儀表設(shè)備，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線專用電纜與H1 儀表、閥門連接，采集FF-H1儀表信息，控制FF-H1閥門。

工程師站安裝工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件Wincc，具有標(biāo)準(zhǔn)OPC 接口，對(duì)FF-H1設(shè)備進(jìn)行組態(tài)、下載、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

（2）A-B 系統(tǒng)中FF 總線主站1788-CN2FFR（1788-EN2FFR）的調(diào)試實(shí)例。

電纜選擇：FF 總線電纜阻抗為100 ohms，為降低由線纜進(jìn)入的外部噪聲，通常選用1×2×18 AWG的屏蔽雙絞線。選用電纜時(shí)盡可能選用專用的FF 總線電纜，并且選擇A 型電纜，使總線的允許長(zhǎng)度達(dá)到最大。從站功能塊組態(tài)如圖2所示。

圖2 從站功能塊組態(tài)

permanent 塊一般不用更改設(shè)置，除非更改儀表的測(cè)量單位、測(cè)量參數(shù)。permanent 塊正常狀態(tài)下必須處于AUTO 模式，如果處于OOS 模式且無(wú)法切換至AUTO 模式，儀表即為故障或者損壞。

實(shí)例塊為用戶塊，一般儀表，如壓力變送器、料位計(jì)、流量計(jì)等，也不需要修改，只有在修改顯示單位或測(cè)量類型等高階參數(shù)時(shí)需要設(shè)置（在儀表表頭中設(shè)置也可）。實(shí)例塊正常運(yùn)行時(shí)也需打到AUTO 狀態(tài)，個(gè)別功能塊復(fù)雜的儀表除外（如SIEMENS 閥門定位器，PID 塊需在LO 狀態(tài)，AO 塊需CAS 狀態(tài)）。

（3）典型儀表的功能塊參數(shù)設(shè)置。

Rosemount 巴類流量計(jì)參數(shù)設(shè)置如圖3所示。

圖3 Rosemount巴類流量計(jì)參數(shù)設(shè)置

AI 功能塊的配置：當(dāng)L_TYPE 設(shè)置為間接平方根時(shí)，XD_SCALE 和OUT_SCALE 分別對(duì)應(yīng)流量計(jì)算數(shù)值中的差壓計(jì)算值和流量輸入值；若L_TYPE 設(shè)置為直接，則XD_SCALE 和OUT_SCALE 的設(shè)置與輸出無(wú)關(guān)，功能塊輸出值為差壓，需要在PLC 程序中運(yùn)用公式來(lái)計(jì)算流量。

（4）閥門定位器控制程序如圖4所示。

圖4 閥門定位器控制程序

AO 塊配置：AO 塊狀態(tài)必須處于CAS 模式才能遠(yuǎn)程給定開度（圖5）。

圖5 AO塊配置

PID 塊配置：因?yàn)椴皇褂脙x表中自帶的PID 調(diào)節(jié)功能，所以需要將PID 功能塊旁路，PID 塊必須處于LO 狀態(tài)（圖6）。

圖6 PID塊配置

3 基于FF總線儀表下鼓風(fēng)機(jī)空氣流量控制系統(tǒng)的改進(jìn)

為了有效控制焙燒爐沸騰層的溫度達(dá)到更好的脫硫效果，保證礦砂充分燃燒及質(zhì)量，風(fēng)流量調(diào)節(jié)也是至關(guān)重要的。鼓風(fēng)機(jī)為焙燒爐內(nèi)礦砂提供燃燒所需的空氣，由于正常燃燒焙燒爐處于負(fù)壓狀態(tài)，需要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際調(diào)節(jié)空氣鼓入量，或者在停車狀態(tài)下，將管線和爐內(nèi)多余空氣放空排出，保護(hù)焙燒爐。由于鼓風(fēng)的管道管徑較大，此處的閥徑在1 000～2 000 mm，閥門需要的力矩較大，最開始采用氣動(dòng)蝶閥控制，投入生產(chǎn)使用后，氣動(dòng)蝶閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)在兩個(gè)極限位置會(huì)出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，小角度時(shí)推動(dòng)力不足，大角度時(shí)蝶閥晃動(dòng)，無(wú)法精準(zhǔn)控制定位，閥體在安裝位置晃動(dòng)，壓力傳導(dǎo)帶動(dòng)管道上儀表流量顯示值抖動(dòng)，風(fēng)量監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)，對(duì)操作人員加料及燃燒程度判斷有誤導(dǎo)。

首先通過(guò)比較開關(guān)閥力與新加力大小，判斷氣缸扭矩是否滿足開關(guān)閥要求。

將管鉗與氣動(dòng)閥門聯(lián)動(dòng)軸卡死，加載3 000 N 的力（大約兩個(gè)成年人身體的重力），觀察閥門有無(wú)動(dòng)作，氣動(dòng)閥門標(biāo)準(zhǔn)氣信號(hào)20～100 kPa，遠(yuǎn)小于新加載的3 000 N，初步判斷氣動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)扭矩過(guò)小，推動(dòng)力不足，閥門在小角度開關(guān)狀態(tài)下不穩(wěn)定，鼓風(fēng)壓力傳導(dǎo)下儀表流量跳動(dòng)，檢測(cè)不準(zhǔn)。

在無(wú)法更換管道安裝位置的情況下，更換扭矩更大的閥門。不需要外部動(dòng)力氣源，通過(guò)帶變速器的電氣單元控制電機(jī)，電機(jī)通過(guò)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸，驅(qū)動(dòng)閥桿。根據(jù)加料量、風(fēng)壓調(diào)節(jié)閥門開度大小，調(diào)節(jié)風(fēng)量，控制燃燒溫度。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)4根應(yīng)接線（2根反饋2根給定），對(duì)閥體開度進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)控制器（從站）對(duì)電動(dòng)閥門的控制，從站通過(guò)FF 總線通訊至AB logix 5000控制器，實(shí)際控制閥門開度由主站（AB logix 5000）控制。操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，節(jié)省人力。

在全力建設(shè)智慧型企業(yè)背景下，生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建立工藝過(guò)程數(shù)據(jù)控制模型，在掌握漏風(fēng)量、焙燒爐需求風(fēng)量、焙燒爐散熱量、風(fēng)壓力、焙燒爐容積、職工操作監(jiān)控、精礦品質(zhì)、工藝過(guò)程化數(shù)據(jù)精確性，在掌握多方因素對(duì)生產(chǎn)工藝影響的邏輯關(guān)系基礎(chǔ)上，通過(guò)生產(chǎn)因素輸入及AUTO 計(jì)算、PID 調(diào)節(jié)反饋，通過(guò)FF 總線遠(yuǎn)程上位機(jī)操作，自行調(diào)整閥門開度，節(jié)省人力，操作簡(jiǎn)單。數(shù)據(jù)模型的建立需要極其龐大的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，從提出到設(shè)計(jì)模型應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，可以作為焙燒爐鼓風(fēng)機(jī)控制的研究方向。

4 FF總線優(yōu)勢(shì)

（1）基于FF 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)集成在車間調(diào)度系統(tǒng)中，為車間生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)化輔助支持。

（2）PID 功能塊下裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，將設(shè)備危險(xiǎn)與控制功能分散開，安全可靠，維護(hù)量小。

（3）現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的預(yù)警功能，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除設(shè)備潛在故障。

（4）智能設(shè)備管理軟件的使用，延長(zhǎng)了儀表和控制系統(tǒng)的生命周期，降低企業(yè)工控成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

FF 總線技術(shù)與總線儀表組態(tài)技術(shù)的發(fā)展正穩(wěn)步進(jìn)行，在焙燒車間應(yīng)用取得了良好效果。相關(guān)工作人員應(yīng)該在掌握其復(fù)雜和完整理論的基礎(chǔ)上，積極推進(jìn)在企業(yè)中的應(yīng)用。