基金會現場總線儀表與系統的調試

柴占杰

(惠生工程(中國)有限公司，武漢 201210)

目前，國內外有關基金會現場總線(FF)儀表與系統的調試標準和規范還未形成，在項目施工過程中，在此類儀表與系統的調試過程中，設計方、施工方和系統廠家的明確和細化分工，將有利于項目的順利實施。筆者以突尼斯36萬t/a濃縮磷酸項目為例，介紹有關基金會現場總線儀表與系統的調試內容和過程，給出了具體的調試方法和程序。

突尼斯磷酸項目位于地中海沿岸，設計為年產36萬t濃縮磷酸，筆者參與了該項目的設計、采購、現場施工、調試和開車的全過程。該項目采用基金會現場總線技術，H1層采用符合IEC 61158-2標準的現場總線物理層，其傳輸波特率為31.25kbit/s，H1層以網段為單位，同一網段內的現場設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，分別設置在現場的總線接線箱和機柜內的FF電源調節器，現場設備/儀表、FF電纜、FIM卡、FF電源調節器及接線箱等共同構成了FF的H1網段[1]，該項目共有總線儀表410塊，劃分為56個網段；H2則采用高速以太網為其物理層(又稱HSE)，H2層采用Honeywell的FTE網絡， 其網絡架構如圖1所示。

從總線的組織結構來看，FF總線采取一對多的連接方式，雙向傳輸信號，現場儀表直接接至FIM卡，比傳統DCS現場儀表和控制器之間一對一的連接節省了大量電纜、IO卡件、接線端子和機柜空間[2]。控制功能也可由現場儀表實現，FF儀表通過功能塊的組態在現場完成監視、報警、PID控制、串級控制及比例控制等，而儀表狀態和故障診斷信息可自主發送到工程師站和操作站，實現真正的控制分散。比傳統DCS通過控制器冗余配置實現分散控制更加可靠徹底。但由于FF總線的特點，H1層除總線接口卡、電源和電源調節器外無法實現真正的網段冗余，在該項目中FF電源調節器也只是一種配置冗余，而不是在線冗余，因為一個網段中一個時刻只能有兩個終端器，這就降低了應用的可靠性。

圖1 現場總線H2層網絡架構示意圖

從H1層的現場施工來看，電纜敷設和接線的工作大幅減少，施工也非常方便，無需專門的機具。該項目兩萬多米總線電纜兩個作業組共12個人不到4天全部敷設完畢。

2 FF儀表調試與系統聯調

該項目中的FF儀表數量不算多，但施工單位對FF調試工具準備不足、缺乏有經驗的FF調試人員，這給儀表調試工作帶來了難題。

在H1網段中，FF儀表作為訪問對象，有工程師站或調試設備通過在線或離線兩種方式接入，完成網段地址設置、位號設置、量程設定及功能塊組態等初始化工作；在鏈路層，通過鏈路活動調度器(LAS)分配獲取周期和非周期通信時間的令牌，按照預先設置發送或接收信息并處理該信息，具備一定的自主性，這與傳統儀表有明顯不同，傳統儀表只能在物理層被動地發送或接收信號，而自身并不明晰傳輸信號的意義和對錯，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，除了進行檢測元件測量測試、變送器或轉換器正常工作測試、FF通信模塊測試外，為滿足FF規定的互操作性測試，還要進行不同FF儀表間的通信測試，通過調試設備或工程師站進行，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。可見，FF儀表比傳統儀表的調試更為復雜嚴格。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認證并獲取FF Licence，該項目就出現了這個問題，現場無法調試而帶回國內重新升級認證)完成儀表內部參數的讀取、初始值的設定(量程、位號、缺省地址)、功能塊的訪問，為組態做準備。

b. 儀表安裝完成后，由控制主機下載組態信息，分配永久地址，完成監視、報警、控制方式的組態，手操器在現場協助組態工作，調試過程中有兩個文件非常重要——DD文件和CFF文件，DD文件描述總線接口可訪問的信息，包括內部參數位號、工程單位、量程及參數關系等；CFF文件描述儀表功能塊數量、功能塊數據含義及通信數據含義等，共同構成FF儀表的驅動程序。

考慮到施工單位不熟悉總線施工的具體情況，結合FF總線特點，筆者參考了相關標準文獻，編寫了FF儀表單體的調試建議：儀表調試和投運前的組態和測試為系統運行提供必要的準備，儀表調試需要在建立總線網段的情況下進行，最小配置為一臺手操器、待校儀表、終端器、FF電源調節器和接線端子板[3]；調試工具包括支持FF的375手操器、兩個終端器、一個FF電源調節器、一個接線端子板、電源；測試項目包括常規檢查(儀表技術規格檢查，包括位號和銘牌(注意FF標識)、電氣和過程連接、電壓及電流(用于校驗FF網段負荷)等。)、FF功能測試(訪問儀表功能塊進行輸入輸出測試，確認功能塊的完整性，其中AI/AO和診斷模塊是總線儀表的必須測試項，PID是閥門定位器的必須測試項；讀取內部參數，包括位號、設備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；鏈路主設備功能測試并記錄)、 標定測試(量程、單位、零點校正)，針對閥門，為達到較好的調試效果，建議采用專用軟件進行調試，如ValveLink。

根據以上建議，設計搭建的調試回路如圖2所示。

圖2 現場總線儀表單校回路

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

調試過程應注意，在修改儀表內部參數或設置功能時，一定要置相應功能塊的服務狀態為OSS，只有在OSS狀態下，方能進行參數和功能的設置。由于建立通信時間較長，一次調試掛接儀表數量最好為1～2臺，儀表較多時進入FF功能塊的時間將增加，影響調試進度。

在H1網段施工完畢，并且系統上電后，就可以進行儀表和系統之間的聯調了。聯調過程：設備匹配，檢驗DCS系統位號和地址與現場FF儀表的一致性，并建立連接；功能塊連接，系統部分下裝組態功能塊，此下裝不下載具體組態信息，用于儀表和系統建立功能塊的連接；儀表信息上載，量程及單位等信息裝載到系統數據庫中；組態信息下裝，控制功能、參數通道及服務功能等下裝到現場儀表。

調試中應當注意，在進行到“功能塊連接”時，Honeywell要求資源塊全部下載，按這樣的步驟，聯調初期儀表單體調試部分內容會被沖掉，需重新組態，在與系統軟件工程師溝通后，采用部分下裝方式，可保留原有組態信息，避免了重復工作。對于電磁流量計、雷達液位計及電氣閥門定位器等較復雜儀表的調試，應注意按照儀表調試說明正確設置輸入輸出功能塊參數和通道。系統廠家不熟悉現場儀表，部分功能參數和通道的選擇比較隨意，而且部分儀表的調試說明相對簡單不具備可操作性，這增加了調試的難度，設計人員應配合調試，及時溝通并協調系統和儀表廠家，盡量減少調試出錯的可能。聯調中曾發現閥門定位器無法正常工作，由于缺乏必要的調試說明，在系統下裝完組態信息后，無法激活AO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，發現一個通道定義有問題，重新調試組態后解決。后來在國內四川某項目現場也出現類似問題，也用同樣的方法得以解決。

3 設計人員調試中的職責

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

筆者在項目現場的做法：調試前由設計方提出和統籌，DCS和施工單位共同商定雙方的調試分工，確定調試內容和調試參數，避免造成調試方面的沖突(FF儀表中菜單設置非常多，要避免雙方設置不一致)；施工方負責網段地址、位號、測量參數和范圍、工程單位的設置，在不影響儀表正常工作的情況下，可對引起上述參數的相關設置進行修改，并在參數設置后復原這些設置，如OSS功能；DCS調試方負責輸入輸出功能塊的組態，并根據相關文件核對位號、測量參數及范圍等參數的正確性，原則上不修改儀表資源塊的組態信息；雙方對儀表調試中修改的參數做必要的記錄，調試以DCS為主要目標，應首先保證DCS對儀表的通信和組態的正常進行。

為了更好地指導施工，設計人員應該能夠指導搭建FF調試回路，指導調試器DD和CFF文件的升級工作。該項目調試回路的搭建以及375手操器的DD和CFF文件的升級皆由筆者完成。

4 結束語

筆者以實際工程項目為例，就基金會現場總線儀表與系統調試的必要性、方法、程序和調試各方分工職責進行了詳細介紹，以期為今后的現場總線項目提供切實可行的案例經驗。

[1] 任國良.基金會現場總線在某硫酸項目中的應用[J].科技資訊，2013,(5):91～92.

[2] 李喜剛.基金會現場總線的工程應用[J].化工自動化及儀表，1999,26(3)：24～29.

[3] 王信儀.基金會現場總線在三菱化學DCS系統中的應用[J].自動化博覽, 2011,(3):82～83.