因為現場總線技術具有很多常規儀表所不能替代的優點，隨著用戶對設備管理信息的要求越來越高，現場總線技術的應用已經勢不可擋，現場總線技術必將在今后幾年得到廣泛應用。但是，現場總線技術在國內尚處于應用初期，人們可現場總線的了解還很少，如何在工程中應用更是知之甚少。本文詳細闡述了基金會現場總線（FF）在南海石化項目的應用情況，供廣大讀者參考。
　　
　　現場總線技術自從上世紀80年代以來，在石油、化工、汽車、食品等許多行業得到廣泛地應用，但由于電力行業控制對象的危險性和重要性，所以在電力行業應用還沒有得到推廣。現場總線技術具有許多傳統的控制技術*的優點，是未來控制技術的發展方向。目前，有許多現場總線協議，如FoundationFeildbus（FF）、Profibus、WorldFIP、ControlNet、lnterBus、P-net等，南海石化項目統一采用基金會現場總線技術（FF）。為減少工程造價，減少以后的運行維護工作量，項目要求盡zui大的可能采用現場總線的應用。
　　
　　現場總線技術是一種全數字、串行、雙向的通訊系統，通過該系統將傳感器、執行器與控制器等“現場”設備互相連接起來。典型的現場總線安裝就是提供一個現場設備到主機的網絡連接，這個連接是雙向的、串行通訊連接。這種連接是用一對線將多個現場設備并聯在一起，這與傳統的4～20mA設備用單獨的不同對線連接每一個設備到DCS系統有非常大的區別。下圖展示了這點不同：　　
　　每個從主機系統到現場的部分就是一個段（Segment），一段就是結束于終端電陰的H1總線的一部分。每一段由干線和分枝組成。干線就是連接主機系統（DCS）到現場的主線（Homerun）。分枝就是并行連接現場設備如變送器、控制閥的支線。接線盒用于干線和分枝的連接。一個供電電源通過連接到干線為所有在這個現場總線段上的現場總線設備供電。
　　
　　1.0南海石化項目現場總線系統構成
　　
　　南海石化項目DCS控制系統選用橫河（Yokogawa）CS3000系統，CS3000系統提供了現場總線控制站（FCS），FCS運行和監視現場總線設備的現場總線功能塊。FCS提供現場總線通訊模件（ALF111）用于現場總線設備的通訊控制。另外DCS控制系統還提供全廠資源（PRM）功能，這個功能是一個設備管理系統。它將運行相關的長期數據儲存。PRM地處理現場總線設備的管理和維護工作。PRM還處理HART協議的設備管理和維護。現場總線系統構成見下圖：　　
　　2.0南海石化項目現場總線系統工程設計要求
　　
　　現場總線設計過程本身與傳統的系統設計類似，但是傳統的系統設計中設備的布置和電纜表主要考慮接線柜的設計，DCS設計依據于I/O清單和工藝運行程序，不考慮電纜表或設備和接線盒的布置。而現場總線系統設計要考慮現場側的詳細設計。例如現場總線段的設計影響DCS系統的設計，DCS系統的設計依賴于設備的布置、電纜的設計。
　　
　　2.1現場總線應用原則
　　
　　南海石化項目要求在所有過程控制設計時zui大限度地應用現場總線，包括所有的成套設備。以下典型的過程控制回路需要應用現場總線：監視回路、簡單的PID回路、串級控制回路、順序控制回路、復雜控制回路。考慮安全原因，現場總線不可以應用于儀表保護系統（IPS）和消防系統（FGS）。開關量信號控制不能應用現場總線。
　　
　　2.2現場總線設備選型原則
　　
　　現場總線設備選型應滿足下列條件：
　　
　　●互可操作性。所有現場總線設備必須與橫河（Yokogawa）CS3000系統具有*的互可操作能力，包括與之相關的*的自診斷功能。
　　
　　●現場總線功能快。雖然現場總線基金會已經定義了標準的功能塊、*的附加功能快。但是，不是所有的這些功能塊都適合應用到現場設備中，有一些功能塊還不能應用到現場設備中，或是還沒有通過現場總線互可操人性試驗。為了簡化現場總線的設計和設備采購過程，所有的變送器被為AI功能塊，所有的閥門定位器被定義為AO功能塊。
　　
　　●現場總線設備的供電。現場總線設備可以從現場總線段上（回路供電），也可以從就地供電（外供電）。總線供電典型的要求12～30mA電流、9～32V電壓，超過30mA供電電流的設備沒有特殊情況，不被選用。項目推薦回路供電方式。
　　
　　●鏈路主設備。現場總線設備不被為鏈路主設備，橫河FCS系統在冗余的HI接口卡內提供了工作和備用的鏈路活動調度器（LAS）功能。
　　
　　●設備升級。現場總線設備內部的軟件有一定的版本，現場總線設備的軟件經常改進、升級，而硬件不變。為了設備升級容易，現場總線設備應提供閃存，用于設備軟件的在線升級，并且記錄設備的應用軟件版本、設備描述（DD）和公用文件格式（CFF）的版本。
　　
　　2.3危險的回路定義和應用
　　
　　在危險性分析（HAZOP）階段要對控制回路的危險程度分級，現場總線分段設計時要依據這些分析結果，危險程度等級應在段和回路圖中體現。危險程度分級被分為下列三級：
　　
　　●*級
　　
　　定義：回路控制失敗將導致全廠停車，或損壞沒有備用的重要的設備。
　　
　　應用：閥門定位器和與它關聯的測量儀表應位于同一H1段上，這一HI段上不允許有其他控制回路，但可以有其他監視儀表。
　　
　　●第二級
　　
　　定義：回路控制失敗將導致危險形勢，這種危險通過提醒運行員采取行動，可以避免全廠停車。或者回路控制失敗將導致全廠停車，但對這種停車，工藝系統允許立刻恢復。
　　
　　應用：閥門定位器和與它關聯的測量儀表應位于同一H1段上，這一H1段上不允許有其他級別為1或2的控制回路，但可以有一個級別為3的控制回路或有其他監視儀表。
　　
　　●第三級
　　
　　定義：回路控制失敗不會導致任何整個工藝單元停車危險，級別為3的閥門可以轉到它的失敗位置。
　　
　　應用：同一H1段上可以有2～3個級別為3的控制回路的閥門定位器和與它關聯的測量儀表，或其他監視儀表。
　　
　　2.4控制功能分配
　　
　　為了簡化現場總線執行的過程，所有與控制有關的功能將在DCS中實現，而不是現場設備。
　　
　　2.5現場總線段分組設計
　　
　　為了充分地發揮現場總線技術的優點，現場總線段分組設計時，應盡可能地將同一控制回路的儀表分配到同一現場總線段。但為了方便現場總線的執行，這一要求不是強制的。
　　
　　2.6防爆區域分級
　　
　　防爆區域分級為2區或安全的，應選用無火花型防爆設備EEx（n）。防暴區域分級為1區的，應選用隔爆型防爆設備EEx（d）。防暴區域分級為0區的，應選用本安型防爆設備EEx（ia）。
　　
　　2.7冗余
　　
　　在主機系統橫河CS3000和系統內配備下列冗余：DCS的30分種UPS備用電池電源冗余、DCS系統控制器電源模件冗余、DCS系統控制器（FCU）冗余、現場總線H1通訊模件ALF111（每兩個卡件供4個現場總線段服務）冗余、現場總線電源和調節器冗余。
　　
　　2.8在H1總線上的物理設備要求
　　
　　根據現場總線規范要求，每個現場總線段上zui多可以連接32個現場總線設備。但實踐證明，每個現場總線段上連接16個現場總線設備是切實可行的。為了zui小程度降低現場總線設計影響，例如現場總線確認和調試相關的問題，南海石化項目要求，每個現場總線段上zui多可以連接10個現場總線設備，同時要考慮回路的危險分級要求。
　　
　　2.9現場總線段備用設計要求
　　
　　每個現場總線段上zui多可以連接10個現場總線設備，包括20%備用容量，所以實際設計時，每個現場總線段上zui多只可以連接8個現場總線設備。特殊情況下，超過8個現場總線設備時，要對現場總線段設計進行驗證。
　　
　　2.10現場總線段執行時間要求
　　
　　所有現場總線段執行時間為1000毫秒。其中預定的通訊時間為700毫秒，非預定的通訊時間為300毫秒。功能塊的執行和通訊時間不能超過zui大允許時間，以確保滿足zui大的現場總段線負荷要求。通訊模件ALF111與各功能通訊時間不超過40毫秒，AI功能模塊zui大執行時間不超過100毫秒，AO功能模功zui大執行時間不超過130毫秒，PID功能模塊zui大執行時間不超過160毫秒。任何超過要求的執行時間都不允許。
　　
　　2.11現場總線段接線設計要求
　　
　　現場總線段接線設計與傳統的DCS接線設計不同。見下圖。傳統的接線方式是：從就地接線盒到DCS接線柜干線電纜，通常采用20對對絞電纜，接線盒可以為20個現場設備提供接線，其中包括20%的備用。而現場總線干線（Homerun）電纜采用2對對絞分屏加總屏電纜，連接兩個段，一對用于*個H1總線段，另一對用于第二個H1總線段。每個H1總線段可以連接10個現場總線設備。現場總線設備通過單對屏蔽分枝電纜連接到接線盒。　　
　　現場總線拓撲結構。現場總線是一種網絡技術，它有五種拓撲結構：點到點的拓撲結構，帶支線的拓撲結構、菊花鏈拓撲結構、樹型拓撲結構、混合型拓撲結構。樹型拓撲結構也叫雞爪型拓撲結構，南海項目要求采用樹型拓撲結構，現場總線段通過干線電纜把現場公用接線盒連接一DCS接線柜（MDF），就地的現場總線設備再用獨立的雙絞一連接到接線盒。這樣如果某個設備故障，不會影響到其他設備的運行。如下圖示：　　
　　其他任何拓撲結構的應用要慎用。
　　
　　現場總線電纜類型要求。為了得到的現場總線特性，現場總線電纜應采用特殊設計的的分屏加總屏的對絞線，根據IEC標準的物理層要求典型的現場總線電纜應具有下列特點：
　　
　　線徑——18AWG（0.8mm2），
　　
　　屏蔽覆蓋率——90%
　　
　　zui大哀減率——在39KHZ頻率下為3db/km，
　　
　　zui大容抗——150pF/m，
　　
　　特性阻抗——D31.25KHZ頻率下為1000hms±20%，
　　
　　zui大直流電阻——220hms/km，
　　
　　但是對于標準的儀表電纜橋架來說，這種特殊設計的電纜應用的益處不是十分明顯，所以為降傴工程造價，南海石化項目使用普通的分屏加總屏的對絞線電纜為現場總線系統設計。干線電纜（homeruncable）采用兩對、1.0mm2、對絞、分屏加總屏、聚乙烯絕緣、聚氯乙烯護套、鎧裝電纜；分板電纜（spurcable）采用單對、10mm2、對絞、屏蔽、聚乙烯絕緣、聚氯乙烯護套、鎧裝電纜。
　　
　　現場總線電纜長度要求。根據現場總線基金會規范ISAS50.02要求，一個現場總線段的zui大允許長度應小于1900米，總的段長度應為干線長度加上所有的分支長度。經驗發現，這個長度要求是保守的。現場總線的長度是為了限制因長度而引起的電壓降和信號品質（如衰減和失真）的影響。為了避免計算每個現場總線段的物理負荷和減少現場總線段設計確認工作，南海石化項目要求：現場總線段的干線電纜長度≤500米，現場總線段的分支電纜≤75米。
　　
　　現場總線電源容量要求。現場總線基金會規定zui大的段電流應由電源調節裝置限制在350毫安內。南海石化項目要求每個現場總線設備的zui大電流不超過30毫安。zui小操作電壓。南海石化項目要求每個現場總線設備的zui小操作電壓為直流10伏特。
　　
　　衰減率。現場總線的運行頻率為39千赫茲，在此頻率下現場總線電纜的哀減頻率應小于3分貝/千米，或1千米后的信號衰減小于70%。現場總線變送器可以發送出峰-峰值為0.75伏特的信號，那么現場總線接收器就要能檢測到峰-峰值為0.15伏特的信號。
　　
　　屏蔽接地。所有現場總線信號線芯應在整個網絡內得到保護，任何導體接地將引起在那個線上的所有現場總線設備失去通訊。
　　
　　2.12現場總線段設計確認
　　
　　怎樣考慮電纜長度、電壓降、電源容量等在現場總線段確認計算的關系，參見下圖：　　
　　本項目是將所有現場總線參數的zui大值和默認值都需要錄入INTOOLS數據庫（一種儀表專業的工程設計軟件），現場總線段設計的確認工作用INTOOLS軟件的現場總線段確認程序自動確認，然后給出報告，如果哪項要求不能滿足，需調整相關參數。
　　
　　2.13現場總線接線盒的要求
　　
　　現場總線接線盒必須有足夠的空間容納現場總線接線端子板。
　　
　　南海石化項目根據要求統一采用RELCOM848T端子板。