智能仪表变送器环境温度通信至DCS的设计与实现

内蒙古某公司利用内蒙古锡林浩特胜利煤田的褐煤作为原料，选择固定床干法排灰纯氧碎煤加压气化、低温甲醇洗净化及镍基催化剂甲烷化等技术生产代用天然气。设计规模确定为公称能力每天 1 200 万 Nm3。项目计划分 3 期建设，建成投产后生产的产品为每年 40 亿立方米代用天然气及其他副产品。目前 I 期已建成投用生产，II 期正稳步推进，主工艺控制系统采用 Foxboro IA’ S DCS 控制系统控制。项目建设地址位于内蒙古赤峰市克什克腾旗达日罕乌拉苏木锡腾海，室外极端#低气温达到－ 40℃ ( 一月) ，#冷月( 一月) 平均气温－ 25． 5℃，因此气候、地理环境等因素给室外仪表安全稳定运行带来极大的挑战。仪表变送器输出采用直流 4 ～ 20mA 模拟信号，只能显示单一检测参数，若为室外仪表安装温度检测设备，需大量电缆、设备和安装费用。由此，笔者提出智能仪表变送器自身温度参数自带 HART 协议，通过 Foxboro IA’S DCS 组态软件 IACC 重新组态调试，上传至 DCS 控制系统进行集中监视。

1 硬件要求

智能仪表设备需要设有 HART( Highway Ad- dressable Remote Transducer) 协议具备通信功能， HART 是可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国 ROSEMOUNT 公司于 1985 年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。利用贝尔 202 频移键控( FSK) 标准，将低电平的数字通信信号叠加在 4 ～ 20mA 之上，不会对 4 ～ 20mA 信号造成干扰。仪表设备配备温度模件，可连接智能手操器( 如 HART475) 查看是否具备相关功能。

控制系统硬件( 图 1) 主要由控制处理机、现场通信组件及现场总线组件等构成。DCS 控制系统采用了 FCP270 控制处理机，其好特的容错运行结构极大地增强了可靠性，并与它相连的现场总线组件( FBM) 一起，对组态好的控制方案进行过程控制。它既能实现常规的连续控制、梯型逻辑控制、顺序控制以及批量处理等功能，又能实现数据采集、检测、报警和传送信息的功能。使用 EXACT( 专家自适应控制整定算法) 和EXACTMV( EXACT 多变量控制) 算法控制过程的变量。这些算法包含在功能控制块中，现场过程工程师可对它们进行组态，以完成所要求的控制方案。现场通信组件采用 FEM100 通过高速、可选冗余的 10Mb /s 以太网基的现场总线，提供现场总线组件( FBM) 与 I/A 系列控制站的通信接口。 FEM100 把控制站使用的 10Mb /s 以太网信号转换为 FBM 使用的 2Mb /s 信号，反之 FBM 所使用的 2Mb /s 信号也可转换为控制站使用的 10Mb /s 以太网信号。现场智能仪表变送器与控制室 DCS 硬件连接采用 Foxboro 的 FBM216b，即 HART 通信冗余输入接口组件，它具有 8 路通道隔离的 4 ～ 20mA 模拟量输入通道，每个通道接收一个标准的 4 ～ 20mA 信号，或一个搭载在 4 ～ 20mA 的模拟输入信号上的数字 HART 移频键控信号。每个通道为现场设备提供双向数字通信，并完成设备的 4 ～ 20mA 输入信号从模拟量向数字量的转换，每个

通道均有自己的 FSK 调制解调器。

2 控制策略

以现场一个罗斯蒙特智能压力变送器环境温度上传至 DCS 为例进行说明，输出标准采用4 ～ 20mA，基于 HART 协议的数字信号，位号为 PT-27312，控制原理如图 2 所示。

在工程师站打开 DCS 组态软件 IACC，在定义网络、硬件项( Network) 中，查看测点 PT-27312 所在控制器 CPB113( FCP270) 下的现场总线卡件 B1132B( FBM216B) 通道 B12B_1 工作模式，发现仅能接收直流 4 ～ 20mA 信号，需要对其工作模式进行重新修改组态，把 Dvopts 项参数由 4 ～ 20 改为 HART( 图 3) ，并下装到控制器当中。

在 IACC 组态软件的 Plant 选项中，找到测点 PT-27312的策略图形( 图4 ) ，在此新加入一个 RIN 模块和一个 AIN 模块，分别命名为“PTT _ 37312R”和“PTT_37312”。

lom_id 中填入修改过的 ECB 通道号 B12B_1; Pnt_no 改为 SV( Secondary Variable) ，SV 即罗斯蒙特智能仪表压力变送器环境温度在 HART 协议传输的参数地址; Sci 中输入信号修正索引，选 “0”不需要对 HART 作信号修正，输出等于输入; 量程填入 0 ～ 100; 单位填入℃ ，完成后下装到控制器中。组态 AIN 模块“PTT_37312”参数( 图 6) ，io-mopt －取“0”即模块的输入信号从它的 MEAS 参数取输入值，并且 Sci 参数选“0”不对输入信号进行修正。量程和单位同 RIN 模块，完成后下装到控制器中。利用 Foxboro DCS 上位机组态软件 foxdraw，将测点显示出来供运行人员监控，又将所有测点加入历史库，便于实时查询数据，并根据环境温度变化将低于 5、0℃ 发出的报警信息显示出来，部分界区上位机显示和报警界面如图 7 所示。

Foxboro I/A 系统提供 OPC 接口站，OPC 服务器具有单向发送功能，只允许向外部发送数据，不允许从外部接收数据，以抵御外部恶意或是无意

对 DCS 的攻击或修改。OPC 服务器挂在单元机组 DCS 系统的 Mesh 网交换机上作为 DCS 系统的一个节点，交换机通信速率为 100Mb /s/或 Gb /s，同时配置防火墙，以确保网络和 DCS 数据的安全性。利用此接口将组态好的数据，上传至厂级监控系统( SIS) 显示，管理人员可随时可监控。

3 结束语

目前该公司各个界区煤气水分离、净化、空分、甲烷化、浓盐水、污水、酚氨回收 A/B 单元、气化 A 单元及气化 B 单元等 300 余多块室外智能

仪表变送器环境温度均已实现 DCS 监控，并加入历史库和报警信息。仪控人员又将所有数据引入厂级监控系统监视，极大地方便了设备管理人员根据温度变化情况制定防冻措施，解决了以往冬季需要占用大量人力巡检仪表的问题，保证了冬季智能仪表变送器所在环境温度在#佳范围内安

全稳定运行。自投用两个冬季以来未发生因仪表设备冻坏而引起的机组等装置非计划停车，有利于集中控制管理、运行人员平稳操作和安全生产。