FF设计安装调试及测试.docx
《FF设计安装调试及测试.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FF设计安装调试及测试.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
FF设计安装调试及测试
FF总线网段设计、组态、安装、调试及常用故障处理
一、FF现场总线网段设计
要使FF现场总线回路能够正常运行，总线回路的正确设计和组态非常重要。
需要考虑如下几方面：
（1）根据装置现场仪表的空间分布，合理布局FF现场总线接线箱，尽量避开一些大型转动设备干扰源。
（2）FF主干和分支电缆采用A型单屏蔽双绞线，0.8mm2，18#AWG电缆，实际使用中每根总线电缆长度（干线加各支线总长度之和）不应超过1200米，单根支线长度不应超过120米，支线电缆长度应尽量短。
（3）FF现场总线网段拓扑结构只能采用单鸡抓型，禁止其他形式的连接方式。
（4）一个网段不超过8个FF现场设备，每个网段不超过2个FF阀，一个网段不同等级控制阀的数量须遵守：
•Ⅰ级控制阀：
一个总线网段上只允许连接一个I级控制阀，该网段只连接与该控制阀直接相关的测量仪表。
•Ⅱ级控制阀：
一个总线网段上允许连接一个II级控制阀，该网段还可连接一个Ⅲ级控制阀。
不允许连接其它Ⅰ级或Ⅱ级控制阀。
•Ⅲ级控制阀：
一个总线网段上允许连接二个Ⅲ级控制阀，或者一个Ⅲ级控制阀和一个Ⅱ级控制阀。
不允许连接Ⅰ级控制阀。
（5）冗余过程检测放在不同的网段上，对于一些特定的设备，例如精馏塔，与塔底再沸器有关的FF总线设备应与塔项冷却器有关的FF总线设备尽量放置在不同的总线网段上，对于一些多参数测量的设备，例如多点温度和压力测量的反应器，则FF总线设备应均匀地分布在一个以上的网段上。
（6）使用Emerson过程管理公司提供的"现场总线网段设计工具"进行网段的设计和检查，保证FF现场总线网段的设计有据可依。
（7）提供“网段设计回路”文档
二、FF现场总线组态
为提高FF总线工作效率，在设计和组态时应该尽量减少FF设备在总线上的通信量。
1.控制策略的组态应遵守：
•单回路：
PID控制模块放在现场阀门定位器中
•串级控制回路：
主单PID控制块放在DCS控制器，串级控制副回路的PID控制块放在智能阀门定位器中
•比例控制回路控制块放在DCS控制器
•超驰控制回路控制块放在DCS控制器
•其它复杂控制功能时，将PID控制模块放在控制器中
•一个控制模块中只组态一个控制实体
2.关于现场总线设备非挥发性储存器NVM：
写现场总线参数时仅写有变化的参数，节约NVM资源将外部参数引入到现场总线设备的数量减到最小，因为跨功能块，跨网段引用数据会增加通讯量现场总线网段的功能块设置规定这样就可减少DCS控制器与现场阀门定位器之间的通信量；写现场总线的静态参数时仅写有变化的参数，节约NVM（易挥发寄存器）资源，否则参数每秒种扫描一次很快就将NVM寄存器写满，使其失去寄存功能，必须调换了；在控制回路中应尽量减少该回路之外的参数引入到该回路的现场总线设备中，因为跨功能块、跨网段的引用数据会增加通信量。
3.FF总线参数有三类：
（1）动态数据（D）-定期刷新，不需写入NVM中
（2）挥发性参数（N）-如OUT，CAS_IN，RCAS_IN，这些参数约每1-5秒钟写入一次，如参数变化频繁，则几个月可以写满储存器。
（3）静态数据（S）-如H1_LIM，LO_LIM，GAIN，这些参数由操作员手动设定，所以变化不频繁。
所以要特别注意挥发性参数（N）的写入，并组态恰当的宏周期和控制模块执行时间。
三、现场总线的连接结构及相关技术
现场仪表的连接结构、连接器件的功能和连接施工质量对现场总线的应用和维护起着至关重要的作用。
因为60%以上的应用问题和通讯故障可能与现场总线仪表的连接有关。
1.总线供电：
•当H1选用总线供电时，须计算供电电压。
供电电压取决于总线电缆长度及电阻。
在网段上如有两线制总线供电设备，应确保有足够电压可驱动它，每个设备至少需要9V。
为确保这一点，在配置现场总线网段时需知道以下情况：
（1）当前每个设备的功耗情况；
（2）设备在网段上的位置；（3）电源在网段上的位置；（4）每段电缆的阻抗；（5）电源电压。
•现场总线网段电源模块采用MTLF890（withF802），电源模块输出电压28V，电流35mA。
能热插拔，不影响正常通信，电源发出故障信号，用硬接线连到DCS中报警。
2.主干线和分支：
•现场总线电缆网络有主干线和分支之分，在FREP中，主干线和分支的电缆长度总和不超过1200米（A型电缆）。
•在FREP中，FF总线的H1通常挂接不超过8台现场总线仪表。
设计现场总线电缆网络时必须充分注意分支电缆长度的限制。
3.终端器：
•每个网段有两个终端器，分别接在该网段的两端，一个在FF电源模块中，另一个在现场专用端子块箱内。
由于通信信号是以电流信号发送，以电压信号接收，终端器起到电流/电压转换的作用，将15-20mA转换成0.75-1V。
信号反射会干扰正常数字信号的传输，终端器可以消除信号反射，提高信息传输的可靠性。
4.现场专用接线箱
•接线箱采用鸡爪式结构连接方式。
由于分支电缆长度有限，接线盒的安装位置需要谨慎选择。
•为了防止总线回路受潮，仪表和接线箱与总线电缆连接使用防爆电缆密封接头。
•采用FF总线专用端子块与各FF设备连接。
每个总线专用端子块有短路保护作用，短路时指示灯亮，保证一个支路短路时不影响其它支路的FF总线设备。
短路保护器将限制每支路的短路电流不超过60mA。
下图是现场总线电缆的连接图：
5.现场总线的接地、屏蔽与极性
（1）接地。
现场总线网段不允许有任何接地。
否则，将会引起这条总线上所有设备失去通信能力。
任何一根导线接地或两线接在一起，会导致通信中断。
（2）屏蔽。
现场总线电缆最好还是被屏蔽，沿着电缆的整个长度仅在一点接地，且屏蔽线绝对不可用作电源导线。
接地点超过1个会导致接地回路的形成，且意外电流会使通信中断。
当使用屏蔽电缆时，要把所有分支的屏蔽线与主干的屏蔽线连接起来，最后在同一点接地。
（3）极性。
对于有极性的现场总线设备，须考虑信号极性，所有“＋”端必须相互连接，“－”端也必须相互连接，才能得到正确信号，否则将不能进行通信；对于无极性现场总线设备，可在网段上按任何方向连接。
四、FF现场总线安装
现场总线回路故障的主要原因之一是来自网段上的干扰，而干扰的主要原因是现场总线网段和总线设备的不良安装。
1.FF总线仪表安装：
（a）FF总线仪表制造商要提供FF总线仪表的安装说明书。
（b）施工单位按照安装图纸和厂家提供安装说明书正确安装。
2.FF电缆敷设和接线：
（a）敷设前的外观检查，有合格的质量检测标志，确认没有运输过程中出现损坏的痕迹。
（b）敷设前的万用表或兆欧表检查电缆的绝缘性能，确认电缆的绝缘性能符合要求。
（c）电缆在电缆桥架敷设时保持合适的松紧，尤其是在转弯、穿孔时更要注意这一点。
（d）电缆所在的槽盒表面不可有槽盒切割对接时留下的毛刺，若有要处理掉。
（e）电缆穿入接线箱时使用防爆电缆密封接头。
（f）支线电缆在由下而上进入现场总线设备表头，支线电缆的屏蔽线要剪断，并要用绝缘带包好，不能与表壳接地螺丝连接。
（g）破线做电缆接头，按照图纸正确标识和连接。
在工程中，必须注意电缆线的屏蔽与接地，必须注意电缆线与设备连接的极性问题。
现场总线接受电路只注意交替电压。
正、负电压的跳变表示不同的意义，现场总的信号是有极性的。
总线的供电设备也是有极性的。
必须相同的极性连接在一起。
使用彩色标记的电缆线以方便施工。
目前，还有一种网络供电的非极性设备，它能实现自动极性检测和校正，正确地接收不同极性的信号，使用时可以盲接。
（h）现场总线电缆和现场设备安装之后应该经过严格测试，电缆线间绝缘电阻、对地绝缘、线间和对地电容以及总线信号的波形测试等应符合FF基金会总线系统工程指南中的技术要求，各端子的连接必须紧固。
3.总线电缆测试
为了保障敷设后必须进行电缆测试。
进行测试程序之前应完成如下步骤：
确保现场接线已经完成且终端连接正确，同时所有的现场分支线已经接上（但不包括设备）；在中间端子排处拆下现场总线的网段电缆（+、-和屏蔽线（s））,如图1所示。
FF总线电缆的测试主要包括+、-信号线、屏蔽线、仪表接地棒之间的阻抗和电容检查、直流电压检查、网段检验以及网段诊断。
进行FF总线电缆的测试所需的设备及工具有：
①带阻抗、直流电压和电容测量功能的数字万用表
②Relcom的FBT-3或FBT-4现场总线监视器
③示波器
④小螺丝刀
⑤现场总线网段检验表格；
⑥网络/网段检查表，参考表格见“FF总线网络物理状态检查表”
在电缆测试中经常遇到的问题是屏蔽线和仪表接地棒之间的阻抗很小而电容远远大于300nF。
常常是屏蔽线的根部用的铜丝隔与屏蔽线的绝缘不好造成的，需要用把屏蔽线的根部用绝缘胶带把铜丝隔离开，从而满足电容的要求以降低干扰。
要加强电缆敷设和安装时加强的质量管理，减少返工和提高工作效率。
五、FF现场总线表调试
1.FF变送器的单校
FF变送器的单校按图2接线。
通信器应处于FF位置，通信器的正端应与电源正端并联。
在通电后用375通信器完成对设备性能的自检，读取FF变送器内部参数，包括仪表位号、设备ID号、地址等，准确记录，为启动时提供仪表的ID地址
2.执行机构的检查试验
对于执行机构的检查对于执行机构的检查试验，由于采用总线型阀门定位器，参数设备和信息获得在订货单中提出要求，详细参数由生产厂家提供详细报告，现场安装前不需要对包括精度、灵敏度、行程时间等电气参数进行试验，对耐压、泄漏等方面的安装前检查与常规仪表相同。
由于FF总线现场设备的性能稳定，精确度高，量程改变方便等优点，在出厂已经调试合格的基础上，FF总线现场变送器和阀门定位器在安装前无需进行单表的校验调试，在安装后，如果在DCS的资源管理器中能够检查现场总线设备参数是正确的，则这台总线现场设备就是正常的，阀门的行程在DCS中做回路调试时再进行检查，节省了调试时间和调试费用。
FF现场总线系统为降低设备的生命周期成本提供工具。
由于FF现场总线控制设备具有更多的故障自诊断能力，并通过数字通信方式将诊断维护信息送往DCS，管理人员通过DCS的资产管理系统（AMS）查询所有仪表设备的运行情况，诊断维护信息，寻找故障，以便早期分析故障原因并快速排除，仪表设备状况始终处于维护人员的远程监控之中。
与此同时，根据AMS系统提供的信息准确地制定大修或抢修的作业计划和备件准备，不必进行调节阀的周期性的轮流解体检修，缩短停工维修时间，节约维修费用，降低生命周期成本。
六、现场总线系统调试步骤：
1）电缆、现场总线接线箱、连通性、接地测试
2）现场设备连接检查
3）设备下装/软件检查
4）总线监测，波形捕获
5）过程连接压力测试和检查
6）现场设备（物理安装）
7）阀门校准
8）回路整定
七、常用的FF调试、维护工具：
1.常用的FF调试、检测工具有：
示波器示波器：
Fluke199
FF总线网段测试设备：
如FBT3、FBT6、Fluke199等，能有效检测现场总线网段上的故障，是目前有效的总线网段性能测试工具。
FF总线设备维护工具：
如375，是FF总线设备单校的有效工具。
全厂2000多个FF总线网段，超过1万台的FF现场总线设备，要根据整个项目施工不同时段对FF总线设备和网段的调试、测试需求，综合考虑需要购买FF工具的数量。
项目施工高峰期，对FF工具的需求量最大，出于经济的考虑，也可考虑临时租用部分FF工具。
2.DeltaV系统自带的诊断功能：
1）电源调节器内嵌高级诊断功能
2）系统内置的网段和设备通讯诊断，参考“DCS网段诊断参数记录表”
八、系统参数的整定
系统投运开阶段，出现了阀门无法稳定，有大约10%的来回波动，自动投运时系统有稳定性差，准确性不好的问题。
经分析发现造成问题的原因为：
1阀门本身的PID与系统PID作用迭加后造成了阀门的振荡；
2流量的滤波时间较短，是系统的稳定性差的一个原因；
3流量和压力之间有一定的耦合使得系统振荡；
4用户不稳定，系统的扰动大；
5加压机的出口压力变化较大，即阀前压力波动大。
针对这些问题，从系统的角度结合考虑稳定性、准确性、快速性来整定系统的参数，需要做了以下的工作：
①把阀门本身的PID整定至最佳，力求稳定不振荡，适当放弃快速性；
②尽可能加长流量的滤波时间，以求得系统的稳定；
③压力调节回路和流量配比调节回路的PID参数整定应老虑被调对象的流程时间，通过整定时间常数来实现调节作用间的零耦合。
九、FF现场总线使用中常见故障及其处理：
1.FF现场总线网段的主要故障现象表现为现场总线设备从网段上丢失，在DCS的事件记录中出现通信报警，丢失设备的指示值出现BAD（坏值）标记，PV值保持最后好值，阀门保持原来位置，控制模块出现报警（ModuleAlarm），调节器从自动切换到手动模式等。
2.总线电缆进接线盒处电缆外皮被压破等造成总线分支电缆屏蔽线有二端接地现象，这使这个网段数字信号受干扰，引起通讯失常
3.FF现场设备发生供电断路、接线端子松动，调换现场设备后没有重新进行调试操作，这就会使FF
4.总线现场设备在网段上发生丢失现象，需要重新调试
5.FF现场设备或接线箱内进水，受潮等，造成FF总线对地绝缘不好（短路）等，不仅该台FF现场设备会丢失，甚至影响到本网段上的其它现场设备的丢失。
一些供货商的FF现场设备DD文件版本与DCS总线版本不匹配，造成通信不正常时好，时坏，在网段上时有丢失情况。
这个问题由有关供货商与DCS的供货上配合处理解决
6.个别FF变送器本身性能有问题，例如绝缘差，或信号太弱，它会对网段产生干扰，造成某个或某些表在网段上看不见，当将此表换掉，网段就正常了
7.网段宏周期和控制模块执行时间设置不正确引起部分功能来不及执行，或通信不正常而引起模块报警，设备丢失等现象
十、FF阀门定位器的安装和调试及Valvelink调试软件的应用
1.FF阀门定位器的安装
DVC6000阀门定位器可以安装在直行程执行机构控制阀（薄膜控制阀）上，也可以安装在旋转型执行机构的控制阀（ON—OFF蝶阀、球阀或旋塞阀）上。
总的来说，FF定位器的安装要根据各类阀门的实际要求合理配置，要注意对气开或气关的形式的正确选择，并正确选择反馈臂上的校正销是插入A孔还是B孔。
对于气开阀使用A孔，气关阀使用B。
只有当反馈臂能够正确连接，并按规定的旋转方向时，才能使执行机构的传感器轴有正确的值发送到PID模块，作进一步的运算和控制。
FISHER的阀门定位器可以根据不同制造商控制阀门的安装指导书正确完成。
2.FF阀门定位器阀门的校验
定位器的校验有自动行程校验、手动行程校验和压力传感器的校验。
要说明的是，这里的校验不仅仅是对阀单纯的行程进行校验，还要通过对行程的校验来检查阀的整体性能是否符合要求，对阀的各部件进行一次大的诊断检验。
有时，为配合阀门整体的校验还要对压力传感器进行设置和校验，在自动和手动校验选择时，对于带有机械限位和中小型的执行机构，可以采用自动行程校验的方法。
对于不带有机械限位且有较大执行机构，或者想采用手动校验行程时，使用手动行程校验的方法。
自动行程校验只是对阀门行程的校验，定位器内部的特定参数不再做修改和设置。
对于资源模块和变送模块内的设定由供货商根据阀门的特性已完成。
（a）自动行程校验步骤
1）在计算机开始菜单中启动Valvelink软件，根据显示窗口查找自己所需要校验的仪表设备（调节阀）。
2）要确认AO或DO块（在TransducerBlock内）不与主系统连接，而是处于一种离线状态下（oos—OUTOFSERVICE状态），如果不在OOS状态下，面板提示AO或DO必须要设置在OOS状态下，否则将不能进行校验而退出自动校验模式。
3）系统开始初始化仪表。
如果阀门的反馈臂是标准的滑行反馈机构，系统将提示要设定中间校准点。
在仪表初始后，面板上显示出当前阀门中间点的百分数值。
4）必须要进行中间点设置时，这里有三种设置的方法可供使用：
①人工设置（初始化设置）②系统默认值（5o％）③采用最新值（系统检测到的百分值在实际应用中，推荐选项是①，但是在校验过程中能够正确确认阀位或不能对阀位进行准确观察时，可以采用③的方式确定中间值。
至于默认值（50％）是最后的一种选择，这个默认值是假设阀位传感器处于中间位置，但是这作为交叉值不一定是个准确值，因为在安装和进行行程校验时这个值是变化的。
在选择了人工设置时，系统提示要进行交叉值的设定，这个提示中包括为正确设定交叉值而要人工提供的当前阀位的具体值、选择信号的正反方向和阀位应要移动的数值。
5）选择阀的动作方向和使反馈臂与执行机构杆成90。
所要改变的阀杆位移大小。
一旦反馈臂达到正确位置时，自动标识此位置。
在自动行程校验过程中，定位器要搜索阀位的高端（终点）值（0或100％）、低端（始点）值（0％或100％）和输出偏差值。
通过寻找这两个端点值，定位器将产生两个物理（实际）行程的终点和起始点，如，确定实际行程的0％和100％的开或关的位置。
通过调整输出偏差值来校准通过计算驱动信号所得到的真实的行程点，这个驱动信号要求行程产生的误差是。
这种校准方法如果在50％的位置上得到实施，那么只要有一很小的调整就能达到理想值。
然后，定位器寻找行程的5％和95％这两个点，以产生一组线型修正因数，而这个因数是预设的，这样，就可以更加能够使阀位按要求达到准确的实际行程点。
之后，定位器便自动地进行正、反行程的校验。
系统可根据自检的一些参数，对阀位进行多次的修正，以达到实际行程的要求。
自动校验完成后，系统要求输入一些信息。
如，校验人，校验地点，时间等。
（b）手动行程校验：
手动行程校验的过程、步骤基本与自动校验的过程、步骤相似。
虽然有些参数要人工进行设置和调整，但最基本的不同是，阀位的正、反行程的校验是在人为通过键盘或是面板增加或减少输出信号完成。
在进入程序选择ManualTravelCalibration后，通过面板提示框，对所需要的阀位进行行程校验，这个以键盘输入的行程值以百分数显示，还可以人为地通过增、减信号值来对阀的响应速度情况和死区进行准确的测量。
总之，不论是自动校验还是手动校验，其结果是计算机都会自动地产生标准的英语校验报告，具体的特性曲线有：
（1）行程（in）一执行机构压力（KPa）曲线；
（2）输入信号（％）一行程（％）；
（3）时间（S）～行程（％）；
（4）输入信号（％）一驱动信号（％）。
这几条曲线同时有对应的数据一并显示，从而可以从图示和数据来正确分析阀门的运行及阀体本身的状况，可以做到：
诊断填料情况；诊断阀座和阀塞有无磨损；判定执行机构是否漏气；判断阀门摩擦力（填料的松紧）的高低情况；提供包括定位器在内的总体性能情况；能够提供滞后和死区的信息；提供动态线陛度的信息；从中看出阀杆是否粘住或窜动；分析动态阀门响应；提供阀门运动速度信息和提供超调和运动时间信息。
这些诊断功能虽说对阀门的正常运行和日常维护有一定的优越性，能够准确地反映出阀门在什么部位有问题。
3.存在的问题
1）对阀门常规报警的准确运用有难度。
内部有三种常规报警设置：
故障报警；维护报警；提示报警。
但是细化了的报警有几十个，能正确地设置和操作这些功能需要一定的培训和实践。
2）单体校验时间较长。
对一台精良的阀门完成一次完整的校验，要花25min的时间。
如果在校验中发现一些不符合项目时，要对阀体进行必要的维修和重校验，那么，在时间上更长。
3）对报告曲线的正确理解、准确分析有难度。
在这里要注意的是：
如何从四条曲线中正确分析前面提到的可能出现的各种诊断状况，并如何有针对性地对仪表进行维护和标定。
在产生的校验数据和曲线中，不能很明确地读出阀门的精度是多少，这一点与常规阀门定位器不同。
要知道阀门的精度是否符合要求，就要对报告中的动态线性度、最大动态误差进行分析以达到对精度的确定。
4）阀门维护问题多，尽管系统能诊断出阀门很多不足之处，如，填料不好，摩擦力不均，阀杆有粘住，气缸漏气等等情况，但要有针对性地、很好地进行维修，要求有很高的技术支持和良好的经验。
FF总线定位器的功能很强大，对于一台调节阀来说，要在工控管理网络中能很好地运行，其技术上的支持要求很高。
虽说有难度，但只要努力钻研，一些语言上、技术上的障碍会逐步得到更好的解决。
在未来的化工生产装置中类似的这种FF总线仪表的运用是一种发展趋势，总线仪表在工厂网络化管理中发挥了应有的作用，给化工生产的可靠运行给予了技术上的支持。
可以对人力、物力、财力资源以很大的节约随着时间的推移，各项关于FF仪表在技术上的问题也会解决，各项相关的探索会更深更远
升级会员 