Foundation Fieldbus H1: проектиране и пускане в експлоатация на сегмент

Ръководство за полеви инженери за проектиране на FF H1 сегмент — обхваща изчисляване на енергиен бюджет, адресиране на устройства, планиране на функционални блокове и диагностика на комуникационни грешки.

Защо Foundation Fieldbus H1 е важен

Foundation Fieldbus (FF) H1 изпълнява функционални блокове вътре в полевите устройства. PROFIBUS PA и HART пренасят само измервателни стойности. Те не изпълняват управление в полето. В система за пожар и газ изпълнението на логика в полевото устройство елиминира забавянето при двупосочна комуникация. Управлението продължава дори при загуба на връзка с хоста. Затова FF H1 все още се използва за SIL-2 и SIL-3 вериги.

Проектирането на FF H1 сегмент изисква изчисляване на енергиен бюджет. Един сегмент захранва от 4 до 16 устройства от един захранващ клон. Ако бюджетът бъде надвишен, устройствата в края на сегмента няма да се включат. Emerson DeltaV и Yokogawa Stardom са двете най-често използвани DCS платформи за FF H1 днес.

Изчисляване на енергиен бюджет

Падът на напрежение е основната причина за отказ на сегмента. Сегментът работи при номинално напрежение 24–32 V DC. Всяко устройство консумира 10–25 mA. Съпротивлението на кабела причинява пад на напрежението. Напрежението на устройството не трябва да пада под 9 V DC, минималното за FF H1.

Изчислете бюджета преди инсталация. Общ ток = сума от покойните токове на устройствата + 10% резерв. Пад на напрежение = общ ток × съпротивление на веригата. Съпротивление на веригата = 2 × дължина на кабела × съпротивление на метър. За 18 AWG усукан чифт съпротивлението е 0.021 ома на метър. За 200 метра и 12 устройства по 15 mA, падът е 1.51 V. Напрежението на устройството е 22.5 V, значително над 9 V.

Вземете предвид пусковия ток. Някои устройства консумират 50 mA за 50 милисекунди при включване. Захранващ кондиционер с мек старт предотвратява едновременен пусков ток. Emerson KJ3002X1-BA1 и Yokogawa PW302 имат мек старт, ограничаващ пусковия ток до 350 mA на сегмент.

Стъпка по стъпка във въвеждането в експлоатация

Стъпка 1: Проверете непрекъснатостта и изолацията на кабела. Съпротивлението на веригата трябва да е под 50 ома за 500 метра. Съпротивлението на изолацията трябва да надвишава 100 MΩ при 500 V.

Стъпка 2: Свържете захранващия кондиционер. Настройте изхода на 24 V DC. Измерете на клемите — трябва да показва 24.0 ± 0.5 V DC. Свържете резистор 500 ома, за да симулирате товар. Напрежението не трябва да пада под 23.5 V.

Стъпка 3: Свържете устройствата от най-близкото към най-далечното. Изчакайте 30 секунди след всяко. Проверете текущото отчитане на сегмента. Yokogawa YTA310 консумира 18 mA. Emerson 3051S FF консумира 22 mA. Ако токът не се увеличава, проверете полярността на окабеляването.

Стъпка 4: Задайте постоянни адреси. Устройствата се включват с временни адреси (17–254). Задайте постоянни адреси от 1 до 16. Изтеглете файл за възможности (CFF) от регистъра на Fieldbus Foundation за всяко устройство.

Стъпка 5: Планирайте функционалните блокове. Настройте макроцикъла на 500 ms за повечето вериги, 100 ms за бързи вериги. Проверете реда на изпълнение: първо входни блокове, след това контролни, накрая изходни блокове.

Диагностика на комуникационни грешки

Пълна повреда на сегмента означава, че няма комуникация с устройствата. Проверете светодиода на захранващия кондиционер — червен означава претоварване или късо съединение. Изключете всички устройства и измерете съпротивлението към земя. Под 1000 ома означава късо. Проверете за проникване на вода в разклонителните кутии.

Периодични прекъсвания на устройства са най-разочароващата грешка. Измерете напрежението на устройството с мултицет. Под 12 V причинява периодично рестартиране. Ако напрежението е достатъчно, проверете за смущения от честотно регулирани задвижвания (VFD). Прекарайте FF H1 кабела поне на 300 мм разстояние от VFD кабели.

Проверка на терминаторния резистор: FF H1 изисква 100-омово терминално съпротивление на всеки край. Захранващият кондиционер има вграден терминатор. Терминаторът в далечния край е 100-омов резистор в защитен корпус. Измерете DC съпротивлението по сегмента с изключен захранващ кондиционер — трябва да е 50 ома (два 100-омови резистора паралелно).

Грешки във функционалните блокове се появяват като „Block Alarm“ в DCS. Проверете използването на макроцикъла. Ако надвишава 80%, намалете броя на функционалните блокове или увеличете периода на макроцикъла. Заменете бавни устройства или преместете техните блокове в DCS.

Заключение и препоръки

Foundation Fieldbus H1 сегментите изискват внимателно проектиране на енергийния бюджет, правилно планиране на функционалните блокове и подходящо окабеляване. Изчислете падането на напрежение за най-отдалеченото устройство. Използвайте захранващ кондиционер с мек старт. Планирайте блоковете в ред вход–управление–изход. Дръжте резервен FF H1 захранващ кондиционер и терминатор за всяка зона на завода.