再論現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應用及困惑

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在技術上具有許多特點：具有系統(tǒng)的開放性；互可操作性與互用性；現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性；系統(tǒng)結構的高度分散性；對現(xiàn)場環(huán)境的適應性。由于FCS在技術上的特點，因此體現(xiàn)出許多優(yōu)越性：節(jié)省硬件數量與投資；節(jié)省安裝、維護費用；用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權；提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性。鑒于FCS的種種優(yōu)越性，我們在2001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、運行成功的基礎上進行的。計劃改造規(guī)模：現(xiàn)場總線型AI 92點、AO 91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(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單元的多塊儀表突然失靈，經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)場總線網絡段（Fieldbus network segments）的全部信息處于故障狀態(tài)，近20臺現(xiàn)場變送器、調節(jié)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(tài)。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(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的硬件故障。見圖，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基本構成。

2. 現(xiàn)場總線接線箱進雨水

2003年9月12日雨后，操作人員發(fā)現(xiàn)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(qū)域，果斷確認是某條總線段出現(xiàn)了故障。認真排查了現(xiàn)場總線卡、總線電源等都沒有發(fā)現(xiàn)問題。當打開現(xiàn)場總線接線箱FJB（Field Junction Box）時發(fā)現(xiàn)內部滲有水滴。問題十分明確：是現(xiàn)場總線接線箱滲進雨水，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臺儀表、閥門的數據全部回零。

FCS的應用指南中要求用戶，現(xiàn)場總線雙絞線不能接地、短路、開路是用戶必須“絕對”遵守的準則。為了防止類似事故的再次發(fā)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MTL Megablock系列被動型現(xiàn)場總線式集線器（Passive hubs for fieldbus networks）。據資料介紹，該系列被動型現(xiàn)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(xiàn)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(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(tǒng)，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(xiàn)場儀表；二是將重要點的邏輯掃描時間由系統(tǒng)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。

針對操作界面的死鎖；控制器時間程序系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)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(xiàn)場檢查確認是總線定位器DVC5010F失靈無輸出，致氣動薄膜調節(jié)閥失氣全關。進一步檢查組態(tài)窗口發(fā)現(xiàn)定位器內部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(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故障自動解除，顯然這是軟件故障；還有一次現(xiàn)場總線定位器DVC5010F的反饋桿自行脫落，DVC5010F并無察覺，控制系統(tǒng)并無報錯，操作人員通過其他參數確定其閥門動作異常，儀表維修人員跑到現(xiàn)場才找出真正故障原因。FCS投用至今，已有多臺數字式定位器或因死機頻繁或因硬損壞被換下
。由于總線數字式定位器軟故障的疊加，其綜合故障、壞損率要遠高于常規(guī)數字型定位器。