柴占杰

(惠生工程(中國)有限公司，武漢 201210)

目前，國內(nèi)外有關(guān)基金會(huì)現(xiàn)場總線(FF)儀表與系統(tǒng)的調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還未形成，在項(xiàng)目施工過程中，在此類儀表與系統(tǒng)的調(diào)試過程中，設(shè)計(jì)方、施工方和系統(tǒng)廠家的明確和細(xì)化分工，將有利于項(xiàng)目的順利實(shí)施。筆者以突尼斯36萬t/a濃縮磷酸項(xiàng)目為例，介紹有關(guān)基金會(huì)現(xiàn)場總線儀表與系統(tǒng)的調(diào)試內(nèi)容和過程，給出了具體的調(diào)試方法和程序。

突尼斯磷酸項(xiàng)目位于地中海沿岸，設(shè)計(jì)為年產(chǎn)36萬t濃縮磷酸，筆者參與了該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、采購、現(xiàn)場施工、調(diào)試和開車的全過程。該項(xiàng)目采用基金會(huì)現(xiàn)場總線技術(shù)，H1層采用符合IEC 61158-2標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線物理層，其傳輸波特率為31.25kbit/s，H1層以網(wǎng)段為單位，同一網(wǎng)段內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備用一根總線連接至總線接口卡(FIM)，主干電纜兩端配置終端器，分別設(shè)置在現(xiàn)場的總線接線箱和機(jī)柜內(nèi)的FF電源調(diào)節(jié)器，現(xiàn)場設(shè)備/儀表、FF電纜、FIM卡、FF電源調(diào)節(jié)器及接線箱等共同構(gòu)成了FF的H1網(wǎng)段[1]，該項(xiàng)目共有總線儀表410塊，劃分為56個(gè)網(wǎng)段；H2則采用高速以太網(wǎng)為其物理層(又稱HSE)，H2層采用Honeywell的FTE網(wǎng)絡(luò)， 其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

從總線的組織結(jié)構(gòu)來看，F(xiàn)F總線采取一對多的連接方式，雙向傳輸信號，現(xiàn)場儀表直接接至FIM卡，比傳統(tǒng)DCS現(xiàn)場儀表和控制器之間一對一的連接節(jié)省了大量電纜、IO卡件、接線端子和機(jī)柜空間[2]。控制功能也可由現(xiàn)場儀表實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)F儀表通過功能塊的組態(tài)在現(xiàn)場完成監(jiān)視、報(bào)警、PID控制、串級控制及比例控制等，而儀表狀態(tài)和故障診斷信息可自主發(fā)送到工程師站和操作站，實(shí)現(xiàn)真正的控制分散。比傳統(tǒng)DCS通過控制器冗余配置實(shí)現(xiàn)分散控制更加可靠徹底。但由于FF總線的特點(diǎn)，H1層除總線接口卡、電源和電源調(diào)節(jié)器外無法實(shí)現(xiàn)真正的網(wǎng)段冗余，在該項(xiàng)目中FF電源調(diào)節(jié)器也只是一種配置冗余，而不是在線冗余，因?yàn)橐粋€(gè)網(wǎng)段中一個(gè)時(shí)刻只能有兩個(gè)終端器，這就降低了應(yīng)用的可靠性。

圖1 現(xiàn)場總線H2層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

從H1層的現(xiàn)場施工來看，電纜敷設(shè)和接線的工作大幅減少，施工也非常方便，無需專門的機(jī)具。該項(xiàng)目兩萬多米總線電纜兩個(gè)作業(yè)組共12個(gè)人不到4天全部敷設(shè)完畢。

2 FF儀表調(diào)試與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

該項(xiàng)目中的FF儀表數(shù)量不算多，但施工單位對FF調(diào)試工具準(zhǔn)備不足、缺乏有經(jīng)驗(yàn)的FF調(diào)試人員，這給儀表調(diào)試工作帶來了難題。

在H1網(wǎng)段中，F(xiàn)F儀表作為訪問對象，有工程師站或調(diào)試設(shè)備通過在線或離線兩種方式接入，完成網(wǎng)段地址設(shè)置、位號設(shè)置、量程設(shè)定及功能塊組態(tài)等初始化工作；在鏈路層，通過鏈路活動(dòng)調(diào)度器(LAS)分配獲取周期和非周期通信時(shí)間的令牌，按照預(yù)先設(shè)置發(fā)送或接收信息并處理該信息，具備一定的自主性，這與傳統(tǒng)儀表有明顯不同，傳統(tǒng)儀表只能在物理層被動(dòng)地發(fā)送或接收信號，而自身并不明晰傳輸信號的意義和對錯(cuò)，完全取決于控制器的解釋和控制，是層次很低的信息處理方式。要保證FF儀表可靠工作，除了進(jìn)行檢測元件測量測試、變送器或轉(zhuǎn)換器正常工作測試、FF通信模塊測試外，為滿足FF規(guī)定的互操作性測試，還要進(jìn)行不同F(xiàn)F儀表間的通信測試，通過調(diào)試設(shè)備或工程師站進(jìn)行，以保證不同廠家間的儀表備換和同一控制回路儀表間的通信?？梢?，F(xiàn)F儀表比傳統(tǒng)儀表的調(diào)試更為復(fù)雜嚴(yán)格。具體步驟如下：

a. 通過手操器(如支持FF的Hart375/475，手操器一定要取得FF認(rèn)證并獲取FF Licence，該項(xiàng)目就出現(xiàn)了這個(gè)問題，現(xiàn)場無法調(diào)試而帶回國內(nèi)重新升級認(rèn)證)完成儀表內(nèi)部參數(shù)的讀取、初始值的設(shè)定(量程、位號、缺省地址)、功能塊的訪問，為組態(tài)做準(zhǔn)備。

b. 儀表安裝完成后，由控制主機(jī)下載組態(tài)信息，分配永久地址，完成監(jiān)視、報(bào)警、控制方式的組態(tài)，手操器在現(xiàn)場協(xié)助組態(tài)工作，調(diào)試過程中有兩個(gè)文件非常重要——DD文件和CFF文件，DD文件描述總線接口可訪問的信息，包括內(nèi)部參數(shù)位號、工程單位、量程及參數(shù)關(guān)系等；CFF文件描述儀表功能塊數(shù)量、功能塊數(shù)據(jù)含義及通信數(shù)據(jù)含義等，共同構(gòu)成FF儀表的驅(qū)動(dòng)程序。

考慮到施工單位不熟悉總線施工的具體情況，結(jié)合FF總線特點(diǎn)，筆者參考了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)，編寫了FF儀表單體的調(diào)試建議：儀表調(diào)試和投運(yùn)前的組態(tài)和測試為系統(tǒng)運(yùn)行提供必要的準(zhǔn)備，儀表調(diào)試需要在建立總線網(wǎng)段的情況下進(jìn)行，最小配置為一臺手操器、待校儀表、終端器、FF電源調(diào)節(jié)器和接線端子板[3]；調(diào)試工具包括支持FF的375手操器、兩個(gè)終端器、一個(gè)FF電源調(diào)節(jié)器、一個(gè)接線端子板、電源；測試項(xiàng)目包括常規(guī)檢查(儀表技術(shù)規(guī)格檢查，包括位號和銘牌(注意FF標(biāo)識)、電氣和過程連接、電壓及電流(用于校驗(yàn)FF網(wǎng)段負(fù)荷)等。)、FF功能測試(訪問儀表功能塊進(jìn)行輸入輸出測試，確認(rèn)功能塊的完整性，其中AI/AO和診斷模塊是總線儀表的必須測試項(xiàng)，PID是閥門定位器的必須測試項(xiàng)；讀取內(nèi)部參數(shù)，包括位號、設(shè)備ID號、地址(重要)、DD版本號(重要)及CFF版本(重要)等并記錄；極性敏感性測試并記錄；鏈路主設(shè)備功能測試并記錄)、 標(biāo)定測試(量程、單位、零點(diǎn)校正)，針對閥門，為達(dá)到較好的調(diào)試效果，建議采用專用軟件進(jìn)行調(diào)試，如ValveLink。

根據(jù)以上建議，設(shè)計(jì)搭建的調(diào)試回路如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場總線儀表單?；芈?/p>

調(diào)試初期，由于施工單位缺乏必要的調(diào)試工具，沒有終端器和FF電源調(diào)節(jié)器，筆者曾考慮用電感元件代替終端器，但由于阻抗問題(只有電氣專業(yè)的電抗器可選，效果不好)，后來拆DCS系統(tǒng)柜內(nèi)的FF電源調(diào)節(jié)器完成了FF儀表單體的調(diào)試。

調(diào)試過程應(yīng)注意，在修改儀表內(nèi)部參數(shù)或設(shè)置功能時(shí)，一定要置相應(yīng)功能塊的服務(wù)狀態(tài)為OSS，只有在OSS狀態(tài)下，方能進(jìn)行參數(shù)和功能的設(shè)置。由于建立通信時(shí)間較長，一次調(diào)試掛接儀表數(shù)量最好為1～2臺，儀表較多時(shí)進(jìn)入FF功能塊的時(shí)間將增加，影響調(diào)試進(jìn)度。

在H1網(wǎng)段施工完畢，并且系統(tǒng)上電后，就可以進(jìn)行儀表和系統(tǒng)之間的聯(lián)調(diào)了。聯(lián)調(diào)過程：設(shè)備匹配，檢驗(yàn)DCS系統(tǒng)位號和地址與現(xiàn)場FF儀表的一致性，并建立連接；功能塊連接，系統(tǒng)部分下裝組態(tài)功能塊，此下裝不下載具體組態(tài)信息，用于儀表和系統(tǒng)建立功能塊的連接；儀表信息上載，量程及單位等信息裝載到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中；組態(tài)信息下裝，控制功能、參數(shù)通道及服務(wù)功能等下裝到現(xiàn)場儀表。

調(diào)試中應(yīng)當(dāng)注意，在進(jìn)行到“功能塊連接”時(shí)，Honeywell要求資源塊全部下載，按這樣的步驟，聯(lián)調(diào)初期儀表單體調(diào)試部分內(nèi)容會(huì)被沖掉，需重新組態(tài)，在與系統(tǒng)軟件工程師溝通后，采用部分下裝方式，可保留原有組態(tài)信息，避免了重復(fù)工作。對于電磁流量計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)及電氣閥門定位器等較復(fù)雜儀表的調(diào)試，應(yīng)注意按照儀表調(diào)試說明正確設(shè)置輸入輸出功能塊參數(shù)和通道。系統(tǒng)廠家不熟悉現(xiàn)場儀表，部分功能參數(shù)和通道的選擇比較隨意，而且部分儀表的調(diào)試說明相對簡單不具備可操作性，這增加了調(diào)試的難度，設(shè)計(jì)人員應(yīng)配合調(diào)試，及時(shí)溝通并協(xié)調(diào)系統(tǒng)和儀表廠家，盡量減少調(diào)試出錯(cuò)的可能。聯(lián)調(diào)中曾發(fā)現(xiàn)閥門定位器無法正常工作，由于缺乏必要的調(diào)試說明，在系統(tǒng)下裝完組態(tài)信息后，無法激活A(yù)O和PID功能塊(功能一直為“OSS”，無法投到“AUTO”)，在與廠家多次溝通后，發(fā)現(xiàn)一個(gè)通道定義有問題，重新調(diào)試組態(tài)后解決。后來在國內(nèi)四川某項(xiàng)目現(xiàn)場也出現(xiàn)類似問題，也用同樣的方法得以解決。

3 設(shè)計(jì)人員調(diào)試中的職責(zé)

在傳統(tǒng)DCS儀表施工工程中，系統(tǒng)廠家和施工單位是以端子排為界分工的，對于傳統(tǒng)DCS的施工，不存在問題；但對于FF總線施工來說，必須認(rèn)識到總線施工的整體性。以調(diào)試為例，在調(diào)試初期，施工單位調(diào)試人員沒有考慮系統(tǒng)的要求，F(xiàn)F儀表地址設(shè)置為臨時(shí)地址，功能塊也沒有從OSS切換到AUTO，給系統(tǒng)調(diào)試增加了困難；而系統(tǒng)調(diào)試方不熟悉現(xiàn)場儀表情況，部分參數(shù)和通道設(shè)置與儀表單體調(diào)試有沖突。對于設(shè)計(jì)方而言，必須協(xié)調(diào)雙方的工作，做好分工，以保證調(diào)試工作順利進(jìn)行。

筆者在項(xiàng)目現(xiàn)場的做法：調(diào)試前由設(shè)計(jì)方提出和統(tǒng)籌，DCS和施工單位共同商定雙方的調(diào)試分工，確定調(diào)試內(nèi)容和調(diào)試參數(shù)，避免造成調(diào)試方面的沖突(FF儀表中菜單設(shè)置非常多，要避免雙方設(shè)置不一致)；施工方負(fù)責(zé)網(wǎng)段地址、位號、測量參數(shù)和范圍、工程單位的設(shè)置，在不影響儀表正常工作的情況下，可對引起上述參數(shù)的相關(guān)設(shè)置進(jìn)行修改，并在參數(shù)設(shè)置后復(fù)原這些設(shè)置，如OSS功能；DCS調(diào)試方負(fù)責(zé)輸入輸出功能塊的組態(tài)，并根據(jù)相關(guān)文件核對位號、測量參數(shù)及范圍等參數(shù)的正確性，原則上不修改儀表資源塊的組態(tài)信息；雙方對儀表調(diào)試中修改的參數(shù)做必要的記錄，調(diào)試以DCS為主要目標(biāo)，應(yīng)首先保證DCS對儀表的通信和組態(tài)的正常進(jìn)行。

為了更好地指導(dǎo)施工，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該能夠指導(dǎo)搭建FF調(diào)試回路，指導(dǎo)調(diào)試器DD和CFF文件的升級工作。該項(xiàng)目調(diào)試回路的搭建以及375手操器的DD和CFF文件的升級皆由筆者完成。

4 結(jié)束語

筆者以實(shí)際工程項(xiàng)目為例，就基金會(huì)現(xiàn)場總線儀表與系統(tǒng)調(diào)試的必要性、方法、程序和調(diào)試各方分工職責(zé)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，以期為今后的現(xiàn)場總線項(xiàng)目提供切實(shí)可行的案例經(jīng)驗(yàn)。

[1] 任國良.基金會(huì)現(xiàn)場總線在某硫酸項(xiàng)目中的應(yīng)用[J].科技資訊，2013,(5):91～92.

[2] 李喜剛.基金會(huì)現(xiàn)場總線的工程應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表，1999,26(3)：24～29.

[3] 王信儀.基金會(huì)現(xiàn)場總線在三菱化學(xué)DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化博覽, 2011,(3):82～83.