現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的應用及困惑

圖1FCS基本構成圖

一、問(wèn)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(lái)FoxboroSPEC200組裝儀表更新改造成FCS，這是繼CETEM、CETEM-CS、TDC3000TPS等多套大型DCS系統在我廠(chǎng)所屬50萬(wàn)噸/年大化肥、甲醇、丁醇、辛醇等化工裝置改造、運行成功的基礎上進(jìn)行的。計劃改造規模：現場(chǎng)總線(xiàn)型AI92點(diǎn)、AO91點(diǎn)及其常規點(diǎn)AI、DI、DO近千點(diǎn)。但令人遺憾的是：實(shí)際只完成計劃改造規模的1/2不到，對于過(guò)程反應激烈的工藝裝置的改造計劃實(shí)難被各方認可而流產(chǎn)，其中的困惑和無(wú)奈是多方面的，但FCS自身的許多缺陷難逃干系。
二、故障實(shí)例
1.現場(chǎng)總線(xiàn)卡兩次損壞
2004年9月5日，操作人員反映空分裝置的一個(gè)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：一塊現場(chǎng)總線(xiàn)卡上的故障（Error）“紅燈”亮起，該卡所帶的兩個(gè)通道（Port1、Port2）即兩個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )段（Fieldbusnetworksegments）的全部信息處于故障狀態(tài)，近20臺現場(chǎng)變送器、調節閥信息及人—機對話(huà)全部中斷，使該裝置的一個(gè)生產(chǎn)單元的相關(guān)儀表全部處于失控狀態(tài)。手足無(wú)措的儀表維修人員緊急向廠(chǎng)商技術(shù)支持求助，要求技術(shù)支持提供處理方法的同時(shí)，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。該控制系統現場(chǎng)總線(xiàn)卡故障這已是第二次，它是一個(gè)月前大修期間剛換上的新備件卡，且無(wú)論如何也不能軟恢復的硬件故障。見(jiàn)圖，現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的基本構成。

2.現場(chǎng)總線(xiàn)接線(xiàn)箱進(jìn)雨水
2003年9月12日雨后，操作人員發(fā)現數臺儀表、閥門(mén)的數據同時(shí)回零，接報后的儀表維修人員根據出問(wèn)題的區域，果斷確認是某條總線(xiàn)段出現了故障。認真排查了現場(chǎng)總線(xiàn)卡、總線(xiàn)電源等都沒(méi)有發(fā)現問(wèn)題。當打開(kāi)現場(chǎng)總線(xiàn)接線(xiàn)箱FJB（FieldJunctionBox）時(shí)發(fā)現內部滲有水滴。問(wèn)題十分明確：是現場(chǎng)總線(xiàn)接線(xiàn)箱滲進(jìn)雨水，造成這條現場(chǎng)總線(xiàn)主干電纜線(xiàn)上的某點(diǎn)接地或短路，致使這條總線(xiàn)主干電纜所帶數臺儀表、閥門(mén)的數據全部回零。

FCS的應用指南中要求用戶(hù)，現場(chǎng)總線(xiàn)雙絞線(xiàn)不能接地、短路、開(kāi)路是用戶(hù)必須“絕對”遵守的準則。為了防止類(lèi)似事故的再次發(fā)生，根據廠(chǎng)商的建議和推薦，我們利用2004年8月裝置大修的機會(huì )，將廠(chǎng)商提供的普通型總線(xiàn)集線(xiàn)器全部拆除，換上了具有防接地、短路、開(kāi)路保護功能的MTLMegablock系列被動(dòng)型現場(chǎng)總線(xiàn)式集線(xiàn)器（Passivehubsforfieldbusnetworks）。據資料介紹，該系列被動(dòng)型現場(chǎng)總線(xiàn)式集線(xiàn)器具有較強的接地、短路、開(kāi)路保護功能，可以及時(shí)將故障點(diǎn)從回路中切除，防止故障的進(jìn)一步擴大并保證其他無(wú)故障回路的正常運行。資料沒(méi)有介紹是利用硬的方法還是軟的方法檢測出故障點(diǎn)并及時(shí)切除該故障點(diǎn)的，其準確性、可靠性如何，有待于時(shí)間和現場(chǎng)實(shí)際運行的考驗。

3.信息流阻塞

“數據刷新太慢了，而且越急越上不來(lái)”，這是操作人員對總線(xiàn)控制系統不時(shí)發(fā)出的報怨。為了滿(mǎn)足工藝控制的基本要求，利用檢修的機會(huì )我們作了兩項調整工作：一是將重要控制點(diǎn)調出總線(xiàn)控制系統，并進(jìn)一步調整并削減了每條總線(xiàn)段上的掛載量，原則上每條總線(xiàn)段要少于6臺現場(chǎng)儀表；二是將重要點(diǎn)的邏輯掃描時(shí)間由系統默認的500ms調整到100ms，但這已是FCS給用戶(hù)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(shí)間程序系統的吃?xún)却?，造成控制器內存不夠而死鎖等軟件缺陷和漏洞。我們利用2004年8月裝置大修的機會(huì )，與廠(chǎng)商簽訂合同將軟件版本進(jìn)行升級，廠(chǎng)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，系統軟件不能采用最新版本進(jìn)行升級。

5.數字式定位器死機

2003年11月7日，操作人員從其他工藝參數判斷某調節閥自行關(guān)閉，檢查操作畫(huà)面卻無(wú)任何異常信息報出。經(jīng)儀表維護人員現場(chǎng)檢查確認是總線(xiàn)定位器DVC5010F失靈無(wú)輸出，致氣動(dòng)薄膜調節閥失氣全關(guān)。進(jìn)一步檢查組態(tài)窗口發(fā)現定位器內部AO塊返回PID的信號在線(xiàn)顯紅色報錯，但系統診斷無(wú)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）中調出通信模件看到定位器仍無(wú)輸出，重新識別也不認，只好更換新的定位器。以上故障出現過(guò)兩次，都更換了定位器。