FF-現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用中值得探討的問(wèn)題

1、ff現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用中值得探討的問(wèn)題黃步余，吳國(guó)良摘要：闡述ff現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段的主要故障為 ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失，分析ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失的原因、可能造成的影響，提出了預(yù)防和處理的辦法。關(guān)鍵詞： ff現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；ff現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段；現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備；從網(wǎng)段上丟失；預(yù)防和處理的辦法ff現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的一些大、中型石油化工企業(yè)中獲得了成功的應(yīng)用，以上海賽科90萬(wàn)噸/年乙烯工廠、中海油惠州80萬(wàn)噸/年乙烯工廠等為代表的世界級(jí)規(guī)模石化聯(lián)合裝置的自動(dòng)化水平高，儀表和控制回路數(shù)量多，復(fù)雜程度相當(dāng)高，生產(chǎn)裝置及公用工程輔助設(shè)施持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，創(chuàng)造了顯著經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)踐證明ff現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)已

2、趨于成熟。ff現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)已被實(shí)踐所證明，在ams資產(chǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)用中，ff現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)要比hart診斷參數(shù)多。ff現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字閥門控制器（dvc）的離線和在線故障診斷技術(shù)的應(yīng)用，使石油化工裝置大量調(diào)節(jié)閥門的離線檢修工作從故障后檢修、預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修到先診斷后檢修的預(yù)測(cè)性檢修，減少調(diào)節(jié)閥門的離線檢修數(shù)量，節(jié)省維護(hù)成本，降低生命周期成本。上海賽科90萬(wàn)噸/年乙烯工程的ff現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐， ff現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段的主要故障現(xiàn)象為 ff總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失，是現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段受到干擾信號(hào)影響造成的，后果是影響到儀表的顯示和回路控制狀態(tài)。一般情況，丟失的總線設(shè)備會(huì)自動(dòng)返回網(wǎng)段，也出現(xiàn)過(guò)總線設(shè)備不能自

3、動(dòng)返回網(wǎng)段，需要手動(dòng)將它從decommissioning位置拖到commissioning位置才能回復(fù)?，F(xiàn)就ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失后可能造成的影響，ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失的原因，預(yù)防和處理這些故障等問(wèn)題，進(jìn)行分析及處理方法探討。一、 ff總線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備從網(wǎng)段上丟失后可能造成的影響丟失ff總線設(shè)備在回路中的地位可能造成的影響1指示回路ff總線設(shè)備丟失后其測(cè)量值pv能夠保持丟失前的最后數(shù)值，ff總線設(shè)備自動(dòng)返回后即指示恢復(fù)正常。2控制回路ff總線設(shè)備丟失后其測(cè)量值pv能夠保持丟失前的最后數(shù)值，但由于測(cè)量值pv出現(xiàn)壞值bad標(biāo)記，回路狀態(tài)將發(fā)生變化： 如發(fā)生在副回路中，則調(diào)節(jié)器從auto

4、或cas狀態(tài)自動(dòng)變?yōu)閙an； 如發(fā)生在主回路，則主回路調(diào)節(jié)器從auto自動(dòng)變?yōu)閙an，副回路可以繼續(xù)保持cas狀態(tài)。當(dāng)ff總線設(shè)備返回網(wǎng)段后，測(cè)量值pv變?yōu)檎＃芈窢顟B(tài)仍保持不變,不會(huì)自動(dòng)回復(fù)到自動(dòng)或串級(jí)狀態(tài)。如果操作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，則對(duì)工藝操作影響不大。3指示回路,參與其它回路參數(shù)運(yùn)算 （例如溫壓補(bǔ)償）ff總線設(shè)備丟失后其測(cè)量值pv能夠保持丟失前的最后數(shù)值，由于測(cè)量值pv出現(xiàn)壞值bad標(biāo)記，其它相關(guān)回路狀態(tài)將發(fā)生變化。調(diào)節(jié)閥門定位器 如果pid模塊設(shè)置在閥門定位器中，則pid模塊會(huì)與dcs失去通訊，調(diào)節(jié)回路仍保持auto狀態(tài)，只是dcs上不能改變它的設(shè)定值sp。 如果pid模塊在

5、dcs中，則調(diào)節(jié)器輸出處于iman狀態(tài)，表示dcs輸出不能控制調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥開度保持不變。 如果是變送器與定位器中的pid模塊之間通信中斷，則pid調(diào)節(jié)器從auto 或cas狀態(tài)自動(dòng)變?yōu)閙an。當(dāng)設(shè)備返回網(wǎng)段后，測(cè)量值pv變?yōu)檎?，回路狀態(tài)不能自動(dòng)回復(fù)到auto 或cas狀態(tài)。如果操作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，則對(duì)工藝操作影響不大。 5apc控制回路如果這個(gè)pid控制器用于apc控制，則它的rcas來(lái)自apc控制器輸出。當(dāng)變送器通信中斷后，pid控制器從rcas狀態(tài)變?yōu)閙an，輸出保持不變。通信恢復(fù)后，pid控制器的輸出會(huì)恢復(fù)到rout值。rout值是在組態(tài)時(shí)設(shè)定的，如果rout值設(shè)定為0，則

6、pid控制器的輸出變?yōu)?，這將影響工藝操作；如果rout值設(shè)定為bad，或apc控制器的掃描周期短，該pid控制器不接受的apc控制，當(dāng)通信恢復(fù)后，pid控制器輸出不會(huì)到rout的設(shè)定值，而保持man狀態(tài)不變，對(duì)工藝不會(huì)造成影響，所以組態(tài)時(shí)必須注意rout設(shè)定值。ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失不會(huì)馬上引起控制系統(tǒng)的擾動(dòng)，dcs系統(tǒng)將及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)（“comm.報(bào)警”）提示操作人員，只要及時(shí)處理，對(duì)生產(chǎn)不會(huì)造成很大問(wèn)題。這種情況發(fā)生的次數(shù)不多，涉及面很小，實(shí)際生產(chǎn)操作人員對(duì)此故障現(xiàn)象反響不大。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)維護(hù)人員來(lái)說(shuō)，必須認(rèn)真研究原因，檢查和處理ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失的故障問(wèn)題。二、

7、 如何尋找ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失現(xiàn)象ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失現(xiàn)象可以在dcs的網(wǎng)段故障診斷統(tǒng)計(jì)參數(shù)中或用網(wǎng)段監(jiān)視器 (ftb6)看到前期征兆。1在dcs網(wǎng)段端口的狀態(tài)診斷統(tǒng)計(jì)參數(shù)中尋找征兆識(shí)別網(wǎng)段故障的狀態(tài)診斷統(tǒng)計(jì)參數(shù)有三個(gè)： numdiitokenpasstimeout 這是關(guān)鍵的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，是dcs設(shè)備通信統(tǒng)計(jì)數(shù)字，如果該統(tǒng)計(jì)數(shù)字增加，表示現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備沒(méi)有收到發(fā)送給它的令牌（pt）信息，h1卡也沒(méi)有接收到令牌的應(yīng)答，或該設(shè)備保持令牌的時(shí)間超過(guò)令牌應(yīng)持有時(shí)間（tokenholdtime）。如果連續(xù)3次發(fā)送給同一設(shè)備的令牌沒(méi)有收到它的應(yīng)答，則las將此設(shè)備從網(wǎng)段設(shè)備清單（live li

8、st）中清除，該現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失。在正常運(yùn)行時(shí)，“numdiitokenpasstimeouts”該統(tǒng)計(jì)數(shù)字不會(huì)增加。對(duì)于任何通信網(wǎng)絡(luò)，總線上的噪聲或靈敏設(shè)備接收器的干擾信號(hào)會(huì)干擾網(wǎng)端正常工作，引起令牌或令牌應(yīng)答丟失。此時(shí)將會(huì)引起numdiitokenpasstimeout統(tǒng)計(jì)參數(shù)和另一個(gè)diiretries參數(shù)的不斷增加。噪聲源可來(lái)自大功率馬達(dá)和電氣設(shè)備源的電磁輻射，不正確的電氣接地和超容差設(shè)備變送器等。如果這個(gè)參數(shù)在“請(qǐng)求發(fā)送”（requestssent)數(shù)的1%或小于1%，通常不必進(jìn)行故障處理 diiretries 令牌重發(fā)次數(shù)， numlivelistappearencess

9、設(shè)備丟失又出現(xiàn)的次數(shù)。如果以上三個(gè)參數(shù)不斷增加，則表示ff現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段存在嚴(yán)重問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)表明干擾信號(hào)對(duì) numlivelistappearencess參數(shù)的影響較為明顯。在美國(guó)某公司現(xiàn)場(chǎng)總線研發(fā)中心，美國(guó)專家演示了干擾信號(hào)對(duì)ff網(wǎng)段的影響，將高頻干擾信號(hào)通過(guò)電阻/電容的電橋電路加入到網(wǎng)段上，在網(wǎng)段的ff信號(hào)方波上看到干擾信號(hào)的調(diào)制信號(hào)，當(dāng)不斷加大干擾信號(hào)時(shí)，dcs網(wǎng)段端口診斷參數(shù)numlivelistappearencess不斷增加，表示現(xiàn)場(chǎng)ff設(shè)備在不斷進(jìn)出網(wǎng)段?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)維護(hù)人員應(yīng)定期檢查dcs上這些診斷統(tǒng)計(jì)參數(shù)，若網(wǎng)段發(fā)生設(shè)備丟失，在dcs上顯示comm.報(bào)警之前預(yù)先發(fā)現(xiàn)某個(gè)網(wǎng)段存

10、在問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)一步的檢查處理。2使用網(wǎng)段監(jiān)視器(ftb6)尋找故障節(jié)點(diǎn)將網(wǎng)段監(jiān)視器(ftb6)連接到dcs接線機(jī)柜的網(wǎng)段端子上或網(wǎng)段上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，監(jiān)視器將顯示網(wǎng)端診斷信息，包括： retransmittes（令牌重發(fā)數(shù)）數(shù)； add (增加設(shè)備的地址)和 drop (減少設(shè)備的地址)，確定哪個(gè)位號(hào)的設(shè)備正在丟失或返回網(wǎng)段； 網(wǎng)段干擾信號(hào)值顯示干擾信號(hào)的峰值和平均值，能夠區(qū)分干擾信號(hào)的頻率范圍：lf(低于ff總線頻率)，ff（等于ff總線頻率），hf（高于ff總線頻率）三種。如果干擾信號(hào)平均值大于ff總線頻率、ff>75mv、lf、hf>150 mv時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警顯示； 顯示網(wǎng)端電纜

11、的“+”、“-”極性線與屏蔽線是否短路。如果短路，則測(cè)出的干擾信號(hào)有幾千mv。對(duì)網(wǎng)端做進(jìn)一步檢查時(shí)，使用網(wǎng)段監(jiān)視器(ftb6)。三、 ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失的原因分析ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失的主要原因是網(wǎng)段受到了嚴(yán)重的干擾。ff現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段上的通信卡（h1卡）和現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備之間發(fā)送的信號(hào)是32.15khz的方波信號(hào)，如果受到干擾信號(hào)的侵入，波形將發(fā)生畸變，h1卡及現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備將不能識(shí)別和接收這些信號(hào)，出現(xiàn)信號(hào)消失現(xiàn)象，導(dǎo)致總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失?，F(xiàn)場(chǎng)總線專家認(rèn)為影響ff現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段正常工作的諸多原因中，屏蔽接地不良和端子接觸不良是主要的原因。1.現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)總線電纜的屏蔽線接地不良，有

12、以下幾種現(xiàn)象： 在ff接線箱內(nèi)網(wǎng)段的干線電纜屏蔽線與支線電纜的屏蔽線沒(méi)有可靠的跨接，造成支線電纜屏蔽不接地； 支線電纜與現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備連接處被壓扁，屏蔽線通過(guò)設(shè)備本體接地，造成屏蔽線兩端同時(shí)接地； dcs機(jī)柜內(nèi)屏蔽線與系統(tǒng)接地排的接觸不良； 網(wǎng)段的干線電纜或支線電纜在施工時(shí)被壓扁，造成網(wǎng)段電纜的“+”、“-”極性線與屏蔽線短路。2.在dcs機(jī)柜、ff接線箱或現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備里接線端子沒(méi)擰緊，螺絲生銹或絲扣損壞無(wú)法擰緊等。接觸不良造成總線信號(hào)衰減，當(dāng)h1卡或現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備接收不到信號(hào)時(shí)，發(fā)生總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失現(xiàn)象。3.ff接線箱或總線電纜專用終端接線箱上電纜入口的防爆密封接頭沒(méi)壓緊，箱內(nèi)進(jìn)水或受潮，造

13、成漏電，總線信號(hào)衰減，影響總線信號(hào)的正常傳送。4. 個(gè)別現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備也可能成為網(wǎng)段的干擾源，當(dāng)把las功能放在這臺(tái)設(shè)備中時(shí)，整個(gè)網(wǎng)段的通信就出現(xiàn)故障，網(wǎng)段中所有現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的通信不正常；當(dāng)把這臺(tái)設(shè)備換掉時(shí)，整個(gè)網(wǎng)段的通信恢復(fù)正常。ff現(xiàn)場(chǎng)總線專家舉例說(shuō)明網(wǎng)段中某臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)ff總線設(shè)備產(chǎn)生干擾的原因：當(dāng)變送器內(nèi)部引線良好時(shí)，二根引線與變送器進(jìn)線孔之間的分布電容c1和c2對(duì)稱，數(shù)值相等，當(dāng)遇到干擾信號(hào)時(shí)，若電纜屏蔽不好，干擾信號(hào)在二根引線中產(chǎn)生的干擾電流i1和i2 大小相等，干擾信號(hào)差值電流i=0，對(duì)變送器電路不產(chǎn)生影響；若變送器內(nèi)部引線不良時(shí)，二根引線與變送器進(jìn)線孔之間的分布電容c1和c2不對(duì)稱，數(shù)

14、值不相等，當(dāng)遇到干擾信號(hào)時(shí)，若電纜屏蔽不好，干擾信號(hào)在二根引線中產(chǎn)生的干擾電流i1和i2 大小不相等，干擾信號(hào)差值電流i0，對(duì)變送器電路產(chǎn)生影響。5.一個(gè)網(wǎng)段上設(shè)置的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備越多，現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備從網(wǎng)段上丟失的機(jī)率就越大。如果減少該網(wǎng)段的設(shè)備數(shù)，網(wǎng)段通信就可能變得正常。網(wǎng)段上連接的儀表數(shù)量應(yīng)嚴(yán)格按照網(wǎng)段設(shè)計(jì)規(guī)定的要求，總線電源電壓、網(wǎng)段通信等都不能超負(fù)荷。6.個(gè)別ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備本身性能有問(wèn)題，如絕緣差、總線信號(hào)太弱等。干擾信號(hào)通過(guò)絕緣差的總線設(shè)備進(jìn)入網(wǎng)段時(shí)，會(huì)對(duì)網(wǎng)段產(chǎn)生干擾；總線信號(hào)太弱，其它設(shè)備就接收不到它的信號(hào)。在現(xiàn)場(chǎng)總線調(diào)試階段，發(fā)現(xiàn)個(gè)別現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備不能與dcs主機(jī)系統(tǒng)相配合，在網(wǎng)段上

15、找不到該現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，主要是由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的dd文件版本與dcs主機(jī)系統(tǒng)版本不一致造成的。值得注意的一點(diǎn)，確定現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)dcs主機(jī)設(shè)備的廠商和型號(hào)后，最好能夠采用miv(主儀表供應(yīng)商)框架協(xié)議方式，使用與dcs主機(jī)同一制造商提供的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備。如果采購(gòu)其它公司的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備時(shí)，必須先將該現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備與dcs主機(jī)進(jìn)行聯(lián)調(diào)測(cè)試，通過(guò)測(cè)試的設(shè)備才能使用。這樣就可以避免在回路調(diào)試時(shí)出現(xiàn)不匹配的問(wèn)題。7.現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段和現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的部分參數(shù)設(shè)置有問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段宏周期和控制模塊執(zhí)行時(shí)間設(shè)置不正確，引起部分功能來(lái)不及執(zhí)行，通過(guò)調(diào)整這些參數(shù)的設(shè)置改善總線回路中的控制性能。例如在溫度控制回路中，如果p

16、id模塊中的參數(shù)d(微分時(shí)間) 大于8倍的網(wǎng)段宏周期時(shí)間，pid模塊不應(yīng)設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)的閥門定位器中。關(guān)于網(wǎng)段宏周期和控制模塊執(zhí)行時(shí)間的設(shè)置，需要根據(jù)回路的具體情況和一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累。8.現(xiàn)場(chǎng)總線回路組態(tài)例如，ff現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備（尤其是數(shù)字閥門定位器）內(nèi)使用非揮發(fā)性儲(chǔ)存器（nvm），當(dāng)儲(chǔ)存量滿時(shí)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備中的nvm儲(chǔ)存器的儲(chǔ)存容量很大，當(dāng)nvm儲(chǔ)存器被寫滿后，重復(fù)寫入到設(shè)備中的值就不再被保存。這個(gè)問(wèn)題的產(chǎn)生與dcs組態(tài)有關(guān)。在控制模塊組態(tài)時(shí)，如果寫入現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備中的參數(shù)是來(lái)自于另一功能塊中的運(yùn)算式，或是以外部參考方式鏈接的，大約1-5秒執(zhí)行一次寫命令（不管數(shù)據(jù)是否有變化）。這種不斷重復(fù)

17、的寫入?yún)?shù)將使nvm儲(chǔ)存器的儲(chǔ)存量很快達(dá)到極限，具有ams診斷功能的nvm儲(chǔ)存器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，引起人們的注意。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是在組態(tài)時(shí)設(shè)置一個(gè)邏輯判斷表達(dá)式，當(dāng)參數(shù)的變化量超過(guò)某個(gè)值時(shí)，才將該參數(shù)寫入nvm儲(chǔ)存器中，這樣參數(shù)的寫入次數(shù)就會(huì)大大減少。當(dāng)ams診斷功能發(fā)現(xiàn)nvm儲(chǔ)存器的寫入次數(shù)增加得過(guò)快時(shí)，就應(yīng)該盡快查找原因。9.隨第三方設(shè)備帶來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備和回路的連接方式，可能與主流設(shè)備和回路的連接方式不同，例如某公司提供的總線電源和終端阻抗器是通過(guò)開關(guān)切換，發(fā)現(xiàn)有時(shí)終端阻抗器連接少于2個(gè)，造成回路阻抗增大，信號(hào)變得過(guò)大；如終端阻抗器連接多于2個(gè)，造成回路阻抗減小，信號(hào)變得過(guò)小。這兩種情況對(duì)網(wǎng)段正常工作都是不利的?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)外各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，世界著名的dcs供貨商的現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)日趨成熟，能滿足大型石油化工聯(lián)合工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的要求?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)在實(shí)際使用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：在工程設(shè)計(jì)階段，現(xiàn)場(chǎng)總線回路的設(shè)計(jì)應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范，回路組態(tài)合理；在現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備采購(gòu)時(shí)，所選用的總線設(shè)備必須與dcs主機(jī)聯(lián)合測(cè)試，通過(guò)測(cè)試的總線設(shè)備才能使用；重視施工質(zhì)量，防止總線電纜壓壞，屏蔽線接地正確，電纜連接接觸良好，加強(qiáng)檢查監(jiān)督；現(xiàn)場(chǎng)總線回路投用前，應(yīng)先使用網(wǎng)段監(jiān)視器fbt-6和fbt-5來(lái)測(cè)試總線