現場總線控制系統的應用及困惑

圖1FCS基本構成圖

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、運行成功的基礎上進行的。計劃改造規模：現場總線型AI92點、AO91點及其常規點AI、DI、DO近千點。但令人遺憾的是：實際只完成計劃改造規模的1/2不到，對于過程反應激烈的工藝裝置的改造計劃實難被各方認可而流產，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單元的多塊儀表突然失靈，經儀表維修人員緊急排查發現：一塊現場總線卡上的故障（Error）“紅燈”亮起，該卡所帶的兩個通道（Port1、Port2）即兩個現場總線網絡段（Fieldbusnetworksegments）的全部信息處于故障狀態，近20臺現場變送器、調節閥信息及人—機對話全部中斷，使該裝置的一個生產單元的相關儀表全部處于失控狀態。手足無措的儀表維修人員緊急向廠商技術支持求助，要求技術支持提供處理方法的同時，要對該裝置生產的安全提供承諾，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的硬件故障。見圖，現場總線控制系統的基本構成。

2.現場總線接線箱進雨水
2003年9月12日雨后，操作人員發現數臺儀表、閥門的數據同時回零，接報后的儀表維修人員根據出問題的區域，果斷確認是某條總線段出現了故障。認真排查了現場總線卡、總線電源等都沒有發現問題。當打開現場總線接線箱FJB（FieldJunctionBox）時發現內部滲有水滴。問題十分明確：是現場總線接線箱滲進雨水，造成這條現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臺儀表、閥門的數據全部回零。

FCS的應用指南中要求用戶，現場總線雙絞線不能接地、短路、開路是用戶必須“絕對”遵守的準則。為了防止類似事故的再次發生，根據廠商的建議和推薦，我們利用2004年8月裝置大修的機會，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、開路保護功能的MTLMegablock系列被動型現場總線式集線器（Passivehubsforfieldbusnetworks）。據資料介紹，該系列被動型現場總線式集線器具有較強的接地、短路、開路保護功能，可以及時將故障點從回路中切除，防止故障的進一步擴大并保證其他無故障回路的正常運行。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，其準確性、可靠性如何，有待于時間和現場實際運行的考驗。

3.信息流阻塞

“數據刷新太慢了，而且越急越上不來”，這是操作人員對總線控制系統不時發出的報怨。為了滿足工藝控制的基本要求，利用檢修的機會我們作了兩項調整工作：一是將重要控制點調出總線控制系統，并進一步調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臺現場儀表；二是將重要點的邏輯掃描時間由系統默認的500ms調整到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的吃內存，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，與廠商簽訂合同將軟件版本進行升級，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，系統軟件不能采用最新版本進行升級。

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閉，檢查操作畫面卻無任何異常信息報出。經儀表維護人員現場檢查確認是總線定位器DVC5010F失靈無輸出，致氣動薄膜調節閥失氣全關。進一步檢查組態窗口發現定位器內部AO塊返回PID的信號在線顯紅色報錯，但系統診斷無錯。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）中調出通信模件看到定位器仍無輸出，重新識別也不認，只好更換新的定位器。以上故障出現過兩次，都更換了定位器。