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(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（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(diào)節(jié)閥信息及人—機對話全部中斷，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 

         2 003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（Field Junction Box）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MTL Megablock系列被動型現(xiàn)場總線式集線器（Passive hubs for fieldbus networks）。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(zhǔn)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(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

        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。

        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(shù)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(shù)字式定位器或因死機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。

三、相關(guān)鏈接

        2004年10月，某廠完成了目前國內(nèi)最大的一套丁辛醇裝置的建設(shè)并如期投產(chǎn)，其丁辛醇產(chǎn)品綜合能耗、質(zhì)量達(dá)到當(dāng)今世界先進(jìn)水平。耐人尋味的是：專利和過程工藝包提供商著名的英國戴維過程技術(shù)有限公司DPT（Davy Process Technology）與我方簽訂的技術(shù)協(xié)議中，除中外雙方設(shè)計所遵循的規(guī)程規(guī)范外，特別強調(diào)“裝置DCS/ESD控制系統(tǒng)采用硬連線（4～20mA）方式，不推薦使用總線控制系統(tǒng)”。我們多次求證其原因都沒有獲得正面答復(fù)，最終在工程設(shè)計審查會上由一位DPT資深自控專家道出了其中原由。原來，DPT公司曾經(jīng)總包了美國一個大型化工裝置，部分裝置采用了總線控制系統(tǒng)，裝置開工試車過程中，由于總線控制系統(tǒng)通信速度慢等原因不被客戶認(rèn)可，被迫修改設(shè)計而延誤了合同工期，這是該工程公司承攬的眾多工程中最大的一次敗筆。之后，凡該公司提供工藝包或工程總成，都不推薦使用總線控制系統(tǒng)。

        之所以鏈接這段信息，不是刻意用它去證明什么，因為它也是筆者一段經(jīng)歷，也是筆者作為用戶自控總代表在丁辛醇項目的設(shè)計審查、設(shè)備訂貨談判所要遵循的準(zhǔn)則之一。當(dāng)然，這也是一個鮮活的案例，需要我們反復(fù)體味。

2、費用問題

        要注意的是：由于現(xiàn)場總線型變送器、定位器功能的增強，其價格要遠(yuǎn)高于普通智能型變送器、定位器；再加上費用咋舌的冗余型現(xiàn)場母線段電源系統(tǒng)（Redundant power system for fieldbus network segments）、被動保護(hù)型母線集線器，非一般特性且專用的總線電纜等，其綜合費用要比DCS的綜合費用高得多。值得注意的是：FCS節(jié)省費用的廣告，都無一例外地避開或淡化了現(xiàn)場總線儀表綜合費用的話題，但FCS離開現(xiàn)場總線相關(guān)儀表及附件能行嗎？

         為了避開FCS危險集中這一固有的缺陷，各廠商相繼開發(fā)了用于總線網(wǎng)絡(luò)段冗余電源系統(tǒng)；用于總線網(wǎng)絡(luò)母線的被動保護(hù)型母線集線器等輔助保護(hù)型總線產(chǎn)品。相信不久的將來定會出現(xiàn)：冗余式現(xiàn)場總線卡、冗余式總線隔離柵、冗余式通信母線等等。但是，為了一個概念或節(jié)省幾條電纜線下如此大的精力、財力值嗎？加上如此的配備還會省錢嗎？其回路價格比無疑要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于DCS的相同配置。

信息流阻塞、定位器死鎖等問題相信不久的將來會得到很好地解決，但同樣需要時間、費用和代價。

3、建議

        并不否認(rèn)FCS是今后的發(fā)展方向，但本文更贊同F(xiàn)CS會成為DCS大構(gòu)架下的一個重要分支，而非FCS一定會取代DCS。對大型石油化工裝置控制系統(tǒng)來講，選擇一套大構(gòu)架下的DCS控制系統(tǒng)，重要的控制回路選擇硬連線點—點式信號通信方式，當(dāng)然也可以選擇總線式變送器、調(diào)節(jié)閥等儀表；非重要回路選擇總線通信方式，由于非重要回路可以相應(yīng)減少保護(hù)性的配置，其綜合回路價格比當(dāng)然可以降下來。

五、出路

        現(xiàn)場總線技術(shù)理論上講有著眾多優(yōu)點，1984年有關(guān)組織已開始著手制定FCS的國際標(biāo)準(zhǔn)。令人遺憾的是，世界上一些大公司為了各自的經(jīng)濟(jì)利益，圍繞著FCS的國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了互不相讓的大戰(zhàn)，歷經(jīng)16年磨難與挫折，先后經(jīng)過9次投票表決而未獲通過。最終通過協(xié)商、妥協(xié)，1999年底通過了8種類型的現(xiàn)場總線作為IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)，加上IEC TC17B已通過的三種現(xiàn)場總 線國際標(biāo)準(zhǔn)，目前現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)共有12種之多。眾多標(biāo)準(zhǔn)的并存，對大公司來講好像皆大歡喜，但誰的產(chǎn)品也不可能覆蓋所有的應(yīng)用層面。面對眾多標(biāo)準(zhǔn)，面對大公司的技術(shù)封鎖，眾多中小儀表制造業(yè)的無所適從或干脆不從，造成現(xiàn)場總線儀表品種單一且價格嚴(yán)重離譜。一些用量雖少但生產(chǎn)現(xiàn)場決不可少的特種儀表品種空白，造成設(shè)計選型、用戶選擇、維護(hù)的極大困難。

         眾多現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)無疑就是無標(biāo)準(zhǔn)。我們呼喚盡快拆除籬笆統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，打破市場壟斷，使所有符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的各類儀表都可以互連互通，儀表生產(chǎn)企業(yè)也能騰出更多精力去開發(fā)更可靠、更貼近市場的總線產(chǎn)品，形成百花齊放的儀表市場，用戶選型、使用中的種種困惑和煩惱自然會迎刃而解，從而大大推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展。