华润水泥（罗定）有限公司 527224
摘要：针对水泥生产中的过程压力检测，设计了一套数据采集系统，即用基于Profibus现场总线的控制系统方案予以实现。在分析PA协议功能块原理基础上，详细阐述控制系统中使用的2600T264系列基于PA协议压力/差压仪表的安装调试和组态，并根据实际经验对PA仪表的维护作出一般性的总结。目前，该系统运行正常、可靠。
关键词：总线；组态；维护；水泥生产；数据采集
前言
从1989年Profibus总线被确定为现场总线的国际标准以来，经过多年的发展，PA 总线仪表的产品门类、产品品牌、通用性等都大大提升，国内外多个厂商都相继推出了自己的 PA 总线仪表。本文写了某设计院院在水泥厂的设计调试中，使用了ABB公司生产的两款 PA 总线仪表：TTH300-Y0 的温度仪表和2600T-264 的压力仪表，DCS 系统使用的是 ABB 的Freelance2000。
1 总线仪表系统的设计和安装
水泥厂二线工程，总线仪表设备第一次使用，没有选择温度表，只是准备在关键测压点使用压力/差压仪表。经过现场实际考察，以及与相关人员的沟通、分析，决定采用43台表。其中20台压力表和23台差压表分别安装在五级旋风预热器、分解炉、生料磨、均化库、窑头罩、篦冷机、煤立磨等关键设备的测压点上。这些需测压设备的地理位置分别集中在窑头和窑尾，所以把总线仪表系统分为两段，分别挂接在窑头和窑尾控制站。
1.1设备选型
控制系统采用的是ABB的基于总线技术的DCS系统，现场控制器采用AC800F，Profibus模块为FI830F，耦合器是PL810。组态软件选用CBF8. 1，总线仪表选用ABB的2600T264系列基于PA协议的压力/差压仪表，仪表的接线选用A型PA电缆。
1.2系统安装
控制器AC800F通过Profibus模块FI830F与耦合器连接，耦合器通过一根PA线与接线盒连接，仪表再与接线盒相连。仪表与系统相连有树型结构、总线型结构或两者复合结构，窑头站采用的是树型结构；窑尾站采用的是复合混合型结构。系统结构如图1所示。
1.3系统的屏蔽和接地
此系统单独布线，尽量地避开了强电电磁干扰、高温高粉尘区。从耦合器连接到现场的所有线缆的屏蔽层都连接在一起，单独接地，且屏蔽层在仪表端悬空。
2 系统的接线
与Hart表点对点的接线方式不同，PA总线的接线方式是一点对多点，从耦合器出来的 PA 电缆，进入车间后，通过总线连接器，逐一连接各个PA仪表，PA 表的测量信号不进 I/O 模块，直接通过耦合器和与之连接的Profibus模块进入系统。PA电缆与动力电缆分层布置，尽量避开强电的电磁干扰。耦合器与现场连接的 PA 线的屏蔽层都连接在一起，屏蔽层在仪表侧悬空。
3 PA仪表的调试
Hart表送到中控的是实时4～20m A的模拟量信号，而 PA 表的信号是分时传输的数字量信号：在一个总线扫描周期内，扫描总线上的每一块仪表数据送到中控，根据仪表 DP 地址的不同，来区分每一块仪表的测量值。因此，要准确地读取到PA仪表的测量值，首先要进行DP地址设定和参数组态等工作。
3.1 地址设定
总线上的每块 PA 仪表需要指定一个特定的地址，设定地址的方法有很多种，通过 DCS 在中控直接设定是比较常用的一种方法。ABB PA 设备的默认地址是126，多块未设定地址的 PA 表同时挂到总线上，会出现地址冲突，因此必须逐一设定地址后往总线上挂。挂上之后，进行总线地址扫描，当扫描到地址未指定的 PA 表，再进行地址设定和 I/O 编辑。此处需注意：一是设定地址要避开 PA 表的默认地址 126，否则挂下一块表时，会出现地址冲突的现象；二是在挂压力仪表的时候，新地址只有在变送器的供电之后才会发生作用；三是务必在设定地址后，将压力仪表拆线断电后再送电，否则总线将不能正常扫描到该设备，会出现从设备不存在或从设备没有就绪等报警。
3.2 组态参数设定
压力仪表不需要特殊的参数设定，温度仪表的参数设定主要是设定过程量的单位、通道号、测温元件类型和接线方式等。其中，status format代表状态字的编码方式；Parameterization 代表组态方式：GSD、EDD或DTM；measurement type 代表过程量的计算值的算法，可以设定为等于传感器 1 的测量值，等于传感器2的测量值，传感器1、2测量值的差值，传感器1、2测量值的平均值等等；PV unit是过程量的单位，可以选择华氏、摄氏、开尔文、欧姆、毫伏等；signal characteristic 代表测量值的变化速度；其他还有测量元件的组态，如热电阻、热电偶，接线方式组态，如三线制、四线制等。这些设定，对正确的读取测量值非常重要。
3.3 PA仪表的设置与显示
与 Hart 仪表传输的 4～20 m A 模拟量信号不同，PA表采用数字通讯方式传输仪表的测量结果，测量值可以由上位机直接读取，不需要在下位机程序中做数据类型转换。这一点，也为中控编程人员提供了方便。
4 总线仪表的故障排查和校验
4.1故障排查
仪表显示不正常（如显示固定一个值不变、中控显示通信有问题等），则判断仪表已出现故障，可以按仪表本身的问题或系统的问题进行分析。首先应确定此仪表的位置，确定发生问题仪表的所在网段，如该网段其它设备正常，则可判断是仪表本身的问题，与系统其它设备无关。此时可以通过表头LCD显示的字符串（如果有显示）来确定问题所在，也可以通过查看DPV1参数中物理块中的标准自诊断（DIAGNOSIS）参数和由设备制造商专有的扩展自诊断（DIAGNOSIS EXT）进行参考，大体可确定故障的总体状况。大多数故障是因为参数设置错误，找出错误并将参数设定成正确的即可；如找不出，则可对设备进行冷启动，恢复成工厂设置。一条PA线上多台或全部仪表中控显示异常，可能是一直不正常，也可能是瞬时不正常，在这些情况下确定故障不容易。此类故障的确定可从以下方面入手：查看硬件（包括接线）；查看接线有没有短路、接线长度是否超出规定，耦合器等硬件有没有故障；查看工程软件的设置是否正确，如通信速率对于耦合器应设为93.75 kbps；查看仪表和走线附近有没有强电干扰，如果有，则在条件允许的情况下，针对那一段电缆做好相应的屏蔽，或者改变走线。本工程的走线采用混合型就是因为有一段电缆附近有强电干扰。
4.2总线仪表的校验
工厂设备检修、工艺参数改变时都需要对仪表进行校验。总线仪表的校验概念和模拟仪表是不同的，对模拟仪表来说，其校验和量程设定使用的是同一组电位器，可以说校验和量程设定是等价的，但对于总线仪表来说，校验是指对传感器的读数和物理输出进行校正，检查是否符合已知标准。总线仪表进行校准和模拟仪表一样必须施加标准参考源。而量程设定是不需要施加参考源的，仅仅是在测量值需要运算时才进行的，不影响原始测量值的读数。PA总线仪表有关校验的参数都在压力转换块中，如高点校正（TB CAL POINT HI）和低点校正（TBCAL POINT LO）这两个参数。进行校验首先要选择合适的工具，我们采用的校准工具是U形管差压计，使用乳胶管和一个自制三通管连接上U形管差压计。具体过程是：首先使用TBSENSOR UNIT参数在规定范围内选择希望的单位，这时高低校验数值按所选单位自动作相应改变；然后施加低校验值的压力，并将该参数值键入相应对话框后，点击屏幕上“写入”钮，数据将通过总线下传并存储在变送器中，TB PRIMARY VALUE值即改变为刚才下传的TB CAL POINT LO值。高点的标定过程与此完全一样。TB CAL MIN SPAN是通知操作者该变送器所允许的高低标定数值间最小差，高低校验点之差要大于此参数。
5 结束语
系统调试完毕以后，在试机期间运行良好，变送器工作稳定，所测得的数据准确可靠。综合整个工程来看，体现了应用总线技术产品的优势，这既节省成本、安装调试省工省时、操作维护简便，也为工厂实现生产过程优化奠定了基础。
参考文献：
[1]现场总线Profibus-PA关键技术研究及产品开发[J]. 洪锦，张永德. 自动化仪表. 2005（05）
[2]PROFIBUS PA行规中的模型分析与设备管理技术[J]. 谢昊飞，王平，王浩. 工业控制计算机. 2005（09）
论文作者:林凡芸
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/6/19
标签：仪表论文; 总线论文; 耦合器论文; 地址论文; 测量论文; 组态论文; 的是论文; 《基层建设》2018年第7期论文;