再論現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用及困惑

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在技術(shù)上具有許多特點(diǎn)：具有系統(tǒng)的開放性；互可操作性與互用性；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。由于FCS在技術(shù)上的特點(diǎn)，因此體現(xiàn)出許多優(yōu)越性：節(jié)省硬件數(shù)量與投資；節(jié)省安裝、維護(hù)費(fèi)用；用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)；提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。鑒于FCS的種種優(yōu)越性，我們?cè)?001年裝置控制系統(tǒng)更新改造中毅然選擇了FCS。

圖1 FCS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Foxboro SPEC200組裝儀表更新改造成FCS，這是繼CETEM、CETEM-CS、TDC3000 TPS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(jì)劃改造規(guī)模：現(xiàn)場(chǎng)總線型AI 92點(diǎn)、AO 91點(diǎn)及其常規(guī)點(diǎn)AI、DI、DO近千點(diǎn)。但令人遺憾的是：實(shí)際只完成計(jì)劃改造規(guī)模的1/2不到，對(duì)于過程反應(yīng)激烈的工藝裝置的改造計(jì)劃實(shí)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(shí)例

1. 現(xiàn)場(chǎng)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(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(xiàn)：一塊現(xiàn)場(chǎng)總線卡上的故障（Error）“紅燈”亮起，該卡所帶的兩個(gè)通道（Port1、Port2）即兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)段（Fieldbus network segments）的全部信息處于故障狀態(tài)，近20臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)變送器、調(diào)節(jié)閥信息及人—機(jī)對(duì)話全部中斷，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(shí)，要對(duì)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(chǎng)總線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，且無論如何也不能軟恢復(fù)的硬件故障。見圖，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成。

2. 現(xiàn)場(chǎng)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(tái)儀表、閥門的數(shù)據(jù)同時(shí)回零，接報(bào)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(chǎng)總線卡、總線電源等都沒有發(fā)現(xiàn)問題。當(dāng)打開現(xiàn)場(chǎng)總線接線箱FJB（Field Junction Box）時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部滲有水滴。問題十分明確：是現(xiàn)場(chǎng)總線接線箱滲進(jìn)雨水，造成這條現(xiàn)場(chǎng)總線主干電纜線上的某點(diǎn)接地或短路，致使這條總線主干電纜所帶數(shù)臺(tái)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(chǎng)總線雙絞線不能接地、短路、開路是用戶必須“絕對(duì)”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(huì)，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MTL Megablock系列被動(dòng)型現(xiàn)場(chǎng)總線式集線器（Passive hubs for fieldbus networks）。據(jù)資料介紹，該系列被動(dòng)型現(xiàn)場(chǎng)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(shí)將故障點(diǎn)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(cè)出故障點(diǎn)并及時(shí)切除該故障點(diǎn)的，其準(zhǔn)確性、可靠性如何，有待于時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的考驗(yàn)。

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(duì)總線控制系統(tǒng)不時(shí)發(fā)出的報(bào)怨。為了滿足工藝控制的基本要求，利用檢修的機(jī)會(huì)我們作了兩項(xiàng)調(diào)整工作：一是將重要控制點(diǎn)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(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表；二是將重要點(diǎn)的邏輯掃描時(shí)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。

針對(duì)操作界面的死鎖；控制器時(shí)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(huì)，與廠商簽訂合同將軟件版本進(jìn)行升級(jí)，廠商保證升級(jí)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(jí)。

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(bào)出。經(jīng)儀表維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)是總線定位器DVC5010F失靈無輸出，致氣動(dòng)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(hào)在線顯紅色報(bào)錯(cuò)，但系統(tǒng)診斷無錯(cuò)。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(shí)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。

2003年3月6日，總線定位器DVC5010F也是突然失靈，但重新STAND BY再ON LINE故障自動(dòng)解除，顯然這是軟件故障；還有一次現(xiàn)場(chǎng)總線定位器DVC5010F的反饋桿自行脫落，DVC5010F并無察覺，控制系統(tǒng)并無報(bào)錯(cuò)，操作人員通過其他參數(shù)確定其閥門動(dòng)作異常，儀表維修人員跑到現(xiàn)場(chǎng)才找出真正故障原因。FCS投用至今，已有多臺(tái)數(shù)字式定位器或因死機(jī)頻繁或因硬損壞被換下
。由于總線數(shù)字式定位器軟故障的疊加，其綜合故障、壞損率要遠(yuǎn)高于常規(guī)數(shù)字型定位器。