現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用及困惑

圖1FCS基本構(gòu)成圖

一、問題的提出
裝置采用FCS的初衷，是將大型空分裝置及其所屬相關(guān)工藝裝置原來FoxboroSPEC200組裝儀表更新改造成FCS，這是繼CETEM、CETEM-CS、TDC3000TPS等多套大型DCS系統(tǒng)在我廠所屬50萬噸/年大化肥、甲醇、丁醇、辛醇等化工裝置改造、運(yùn)行成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。計劃改造規(guī)模：現(xiàn)場總線型AI92點、AO91點及其常規(guī)點AI、DI、DO近千點。但令人遺憾的是：實際只完成計劃改造規(guī)模的1/2不到，對于過程反應(yīng)激烈的工藝裝置的改造計劃實難被各方認(rèn)可而流產(chǎn)，其中的困惑和無奈是多方面的，但FCS自身的許多缺陷難逃干系。
二、故障實例
1.現(xiàn)場總線卡兩次損壞
2004年9月5日，操作人員反映空分裝置的一個生產(chǎn)單元的多塊儀表突然失靈，經(jīng)儀表維修人員緊急排查發(fā)現(xiàn)：一塊現(xiàn)場總線卡上的故障（Error）“紅燈”亮起，該卡所帶的兩個通道（Port1、Port2）即兩個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)段（Fieldbusnetworksegments）的全部信息處于故障狀態(tài)，近20臺現(xiàn)場變送器、調(diào)節(jié)閥信息及人—機(jī)對話全部中斷，使該裝置的一個生產(chǎn)單元的相關(guān)儀表全部處于失控狀態(tài)。手足無措的儀表維修人員緊急向廠商技術(shù)支持求助，要求技術(shù)支持提供處理方法的同時，要對該裝置生產(chǎn)的安全提供承諾，但得到的回答都是“不保證”或“不敢肯定”的答復(fù)。該控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線卡故障這已是第二次，它是一個月前大修期間剛換上的新備件卡，且無論如何也不能軟恢復(fù)的硬件故障。見圖，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成。

2.現(xiàn)場總線接線箱進(jìn)雨水
2003年9月12日雨后，操作人員發(fā)現(xiàn)數(shù)臺儀表、閥門的數(shù)據(jù)同時回零，接報后的儀表維修人員根據(jù)出問題的區(qū)域，果斷確認(rèn)是某條總線段出現(xiàn)了故障。認(rèn)真排查了現(xiàn)場總線卡、總線電源等都沒有發(fā)現(xiàn)問題。當(dāng)打開現(xiàn)場總線接線箱FJB（FieldJunctionBox）時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部滲有水滴。問題十分明確：是現(xiàn)場總線接線箱滲進(jìn)雨水，造成這條現(xiàn)場總線主干電纜線上的某點接地或短路，致使這條總線主干電纜所帶數(shù)臺儀表、閥門的數(shù)據(jù)全部回零。

FCS的應(yīng)用指南中要求用戶，現(xiàn)場總線雙絞線不能接地、短路、開路是用戶必須“絕對”遵守的準(zhǔn)則。為了防止類似事故的再次發(fā)生，根據(jù)廠商的建議和推薦，我們利用2004年8月裝置大修的機(jī)會，將廠商提供的普通型總線集線器全部拆除，換上了具有防接地、短路、開路保護(hù)功能的MTLMegablock系列被動型現(xiàn)場總線式集線器（Passivehubsforfieldbusnetworks）。據(jù)資料介紹，該系列被動型現(xiàn)場總線式集線器具有較強(qiáng)的接地、短路、開路保護(hù)功能，可以及時將故障點從回路中切除，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大并保證其他無故障回路的正常運(yùn)行。資料沒有介紹是利用硬的方法還是軟的方法檢測出故障點并及時切除該故障點的，其準(zhǔn)確性、可靠性如何，有待于時間和現(xiàn)場實際運(yùn)行的考驗。

3.信息流阻塞

“數(shù)據(jù)刷新太慢了，而且越急越上不來”，這是操作人員對總線控制系統(tǒng)不時發(fā)出的報怨。為了滿足工藝控制的基本要求，利用檢修的機(jī)會我們作了兩項調(diào)整工作：一是將重要控制點調(diào)出總線控制系統(tǒng)，并進(jìn)一步調(diào)整并削減了每條總線段上的掛載量，原則上每條總線段要少于6臺現(xiàn)場儀表；二是將重要點的邏輯掃描時間由系統(tǒng)默認(rèn)的500ms調(diào)整到100ms，但這已是FCS給用戶選擇的極限掃描速度。

4.軟件版本升級
針對操作界面的死鎖；控制器時間程序系統(tǒng)的吃內(nèi)存，造成控制器內(nèi)存不夠而死鎖等軟件缺陷和漏洞。我們利用2004年8月裝置大修的機(jī)會，與廠商簽訂合同將軟件版本進(jìn)行升級，廠商保證升級后的版本軟件不存在安全、使用方面的缺陷和漏洞。但令人遺憾的是：由于控制器硬件的限制，系統(tǒng)軟件不能采用最新版本進(jìn)行升級。

5.數(shù)字式定位器死機(jī)

2003年11月7日，操作人員從其他工藝參數(shù)判斷某調(diào)節(jié)閥自行關(guān)閉，檢查操作畫面卻無任何異常信息報出。經(jīng)儀表維護(hù)人員現(xiàn)場檢查確認(rèn)是總線定位器DVC5010F失靈無輸出，致氣動薄膜調(diào)節(jié)閥失氣全關(guān)。進(jìn)一步檢查組態(tài)窗口發(fā)現(xiàn)定位器內(nèi)部AO塊返回PID的信號在線顯紅色報錯，但系統(tǒng)診斷無錯。從控制室手操輸出100%，定位器輸出仍然為零，在資源管理器（EXPLORER）中調(diào)出通信模件看到定位器仍無輸出，重新識別也不認(rèn)，只好更換新的定位器。以上故障出現(xiàn)過兩次，都更換了定位器。