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摘要：基金会现场总线(Fieldbus Foundation,FF)因其技术特点很大程度上促进了现场仪表的网络化、数字化、智能化，由于此类仪表价格昂贵，基本只应用于国际工程项目中，致使此类仪表的调试技术几乎由国外工程师垄断。为了打破技术壁垒，以浮式生产储油平台为依托，开展总线类仪表调试工作，重点阐述了FF总线类仪表的具体软件配置过程，虽然不同厂家应用的配置软件有所不同，但主要的配置顺序、注意事项基本一致，同时配合使用TREX、DRUCK、FDH-1等专用工具，通过测试工具FDH-1对节点分段设备segment进行健康状态检查，生成segment测试报告，这是总线设备调试的重要环节；并分析及解决了现场总线仪表在调试过程中出现的共性问题，总结了一套详细的调试方法，为后续总线仪表的应用提供参考和借鉴！
关键词：仪表调试；软件配置；健康报告；故障分析
0引言
伴随着基金会现场总线(Fieldbus Foundation,FF)协议的日趋成熟，并因其可靠性高、互换性好的特点，总线设备应用的场所也越来越广泛，随着国际工程项目中对此类仪表的大量使用，有逐步取代高速寻址类仪表的趋势(HART协议）。掌握相关的调试技术、积累必要的调试经验，对调试工程师而言已经是迫在眉睫的大事。
由于此类仪表测量精度高、过程数据采集全面，导致其价格是同类仪表价格的3倍，在国内海上石油平台应用较少，同时，因其在调试工程中涉及的测试步骤较多，相关调试经验基本空白，而国际项目已经大量应用此类型仪表，并且该类型仪表的调试工作基本都由国外工程师亲自完成，国内调试工程师很少有参与的机会。针对此问题，本文以国际浮式储油平台调试为依托，让调试工程师全程参与总线仪表调试，对不同种类型仪表进行技术分析，调试难点总结，优化调试步骤，打破技术壁垒，并着重阐述总线类仪表软件配置方法，这也是总线类仪表调试的关键步骤，并在设备调试完成后，试车期间对各种仪表进行功能验证；对调试过程中出现的普遍故障进行了具体的分析及解决[1],确保了总线设备调试的完整性。
近些年越来越多的国际项目登陆中国，更多采用本土工程师参与项目调试的模式，这也对工程师的技能水平提出了更高的挑战，具备足够的调试经验及问题处理能力显得突出重要，总线类仪表调试在国内并没有一套完整的调试流程，调试方法也相对复杂，本文总结调试流程，进行故障分析[2],为后涉及总线仪表的调试工作提供参考和借鉴！
1 FF总线仪表软件配置流程
现场总线基金会将现场总线定义为“智能测量和控制设备之间的数字、双向、多点通信链路”。在应用的项目中，共有1175个FF设备连接在167个节点分段设备上，通过C系列FIM8模块与霍尼韦尔Experion过程自动化系统CS300控制器集成，该项目系统如图1所示[3]。
检查FF总线设备，在控制系统(Control Builder)中打开“Monitoring Assignment”界面，选择正确的C300控制器及FIM接口卡，如图2所示。
红色圈说明这一设备还没有进行软件配置；双击带有问号的图标，可以打开FF设备的总线通讯模块界面，该界面会显示设备的具体信息，设备位号、地址、量程、设备ID、DD模板、厂家以及型号信息，如图3所示[4]。
对照设备的数据表，逐项对设备信息进行核对，确认无误，检查设备的功能级别，这步可以通过网络管理工具栏进行相应的配置；在离线设备进行数据库下装之前，首先要完成设备功能级别的配置工作；设备模板template的下装非常重要，如果下装错误，现场设备会显示模板没有安装或者错误的模板，导致后续工作无法进行[6];对于不同的设备，如压力表、变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器等，会有不同的模板库，设备模板下装之前，一定要确认好所下的模板对应于那种类型的仪表[5],避免出错，模板的选择栏如图4所示。
设备模板选择完成后，点击“Match from Uncommissioned to Project and Match from Project to Uncommissioned”指示栏，完成未调试设备与模板的匹配操作。这一步需要确保未经调试设备的能力等级与项目设备要求级别相一致。一个具有多种能力等级别的设备是否具有PID功能块还是具有不同功能块需要确认。确认操作如图5所示[7]。
设备匹配，这步需要对未测试的设备与项目参数设置进行匹配操作。在对所有设备相关信息进行核对无误后，进行项目设备与未测试设备进行匹配操作，同时点选未调试的设备和项目设备状态栏，点选界面如图6所示。
未测试设备的位号和节点地址很有可能与项目设备的位号及节点地址不同，主要因为已经购买的设备没有进行位号的配置。点击“Match from Project Device to Uncommissioned Device”按钮完成匹配操作，如果设备位号与节点地址相同，点击“continue”,进程继续，这一配置过程需要几分钟时间[8]。
下载将主要涵盖传感器和资源块参数。下载控制模块时，将在步骤12中下载功能块。在Control Builder的“项目”选项卡中选择适当的设备如图7所示。
在上部工具箱菜单中选择“使用鼠标右键下载”或“绿色下载箭头”，选择下载后，将出现加载操作框，在加载操作框中，取消选中部分负载复选框中的所有传感器块和资源块，这将确保所有设置为“加载”的参数的这些块的完全下载。选中“加载后将状态更改为加载后状态”复选框，这将在下载后自动将所有块设置为自动/正常模式[9]。单击“加载”框执行下载，如图8所示。
成功且无错误下载设备后，在“监视”选项卡中进行检查加载的传感器和资源块的状态。绿色表示正常模式和成功下载；蓝色表示错误，下载后块不处于正常模式；红色表示与设备没有FF通信。如果一个块显示为蓝色，则在适用的传感器块中调查原因，在报警选项卡中的错误描述中将解释该块未进入自动模式的原因，下载成功后的监视画面如图9所示。
CM(Control Module)的加载需要下载FF设备功能块和DCS将CM中使用的块连接到DUT和C300控制器；在Control Builder的项目选项卡中，在右侧控制器下的CEE(Control Execution Environment)中选择适当的CM,然后选择工具栏中的绿色下载箭头，或在CM上单击鼠标右键选择下载[10]。选择下载操作后，将显示加载操作框，加载画面如图10所示。
在加载操作框中，取消选中CM中所有FF功能块的部分加载复选框，这将确保将所有“加载”选定参数完全下载到C300控制器和DUT;选择“加载后将状态更改为加载后状态”，这将确保在成功下载后，块将自动转换到正常模式（通常这是AI的自动模式，AO功能块的CAS模式）。成功且无错误下载后，在监控选项卡中观察CM中的所有FF功能块均为绿色且处于正常模式，如图11所示。双击CM将打开控制策略，在此可以观察到功能块处于正常模式（例如AI自动）。绿色表示正常模式和成功下载；蓝色表示错误，下载后块不处于正常模式；红色表示与设备没有FF通信[11]。
“上载／更新到项目”框将需要上面屏幕截图（图11)中的设置，以确保完全上载到控制器和项目数据库，至此，现场设备软件配置全部完成。
2分段设备segment测试及健康报告生成
接线箱内第一个回路的测试，断开接线箱内安全栅端子排上所有的FF总线分支电缆[12],断开安全栅上的主干电缆，segment接线箱如图12所示。
打开系统盘柜内主干电缆的刀闸，用完用表测量系统输出电压，电压在3V左右则为正常，并在回路包内相应位置做好记录；将数据诊断工具FDH-1连接至备用分支电缆输入端，进行数据诊断，FDH-1测试如图13所示，设备健康报告如图14所示。
将接线箱内安全栅的主干电缆连接好[13],闭合系统柜内的刀闸开关，并用万用表测量输出电压，测量接线箱内安全栅上主干电缆端子的电压值，检查电源指示灯是否点亮绿色，接线箱与霍尼韦尔盘柜输出端的压降应小于3V,如果压降大于3V,需要进行数据分析，再重新进行测量。第一个设备的供电电缆连接至安全栅相应的端子排上，该仪表对应的分支电缆状态指示灯LED2应当熄灭，如果状态指示灯间断闪烁，说明有故障发生，需要进行问题排查。
3 FF总线仪表故障分析及解决
3.1案例1
问题描述：分段设备segment,安全栅端子排上所有仪表上电后，发现分支通道(spur channel)状态指示灯LED不停闪烁红色，平均1 s闪烁3次，过程控制系统(DCS)显示通讯故障。
解决办法：根据现场实际情况，对照segment故障信息表提示，测量分支通道电流和，发现电流超过320 mA,逐一断开分支电缆，分别对分支电缆进行冷态测试，电缆绝缘、短路、接地情况进行排查，发现第4通道电缆存在破皮情况，直接导致分支通道电流过大，更换电缆后，问题得到解决[14],segment故障信息对照表如图15所示。
3.2案例2
问题描述：在做调节阀回路测试过程中，发现有一台调节线性度非常不好，与阀门标尺指示差别很大，50%与75%开度与实际开度相差近5%,阀门上行程与下行程均存在同样问题。
解决办法：该阀门采用的定位器型号是FISHERDVC6200型阀门定位器，可能是阀门出厂之前没有进行定位器标定所致，现场使用EMERSON TREX手操器对阀门分别进行上行程、下行程标定，标定完成后转为DCS系统测试[15],测试合格，具体标定方法如下：对照数据表检查阀门的参数，参数包括valve size、valve class、Rate Travel、Leak Class、Flow Direction和Actuator Size等。在转化模块中，双击Calibrate,进入自动标定AutoTvlCalib。在StrokeValve中，可以手动设置阀门的开度，完成阀门的回路测试。
3.3案例3
问题描述：现场发现一台单法兰毛细管差压液位变送器在常压下读数不显示零的情况。
解决办法：这种情况在以往项目中普遍存在，主要是由于变送器产生了零点漂移，是由于毛细管内填充的硅油在常压状态产生的静压力所导致的，需要根据设备数据表对设备进行零点迁移的操作[16],操作及计算步骤如下。
(1)根据数据表确定量程：0~107.06 mba,需要进行零点迁移。
(2)仪表法兰与罐体下法兰高度相同，计算仪表零液位量程[17]。
(3)实际零液位时，差压变送器压力计算公式为
ΔP=0-ρ1 gH,ΔP<0,需要进行负迁移。
(4)实际满液位时，差压变送器压力计算公式为
ΔP=ρgH-ρ1 gH。
(5)变送器的实际量程为-ρ1 gH~ρgH-ρ1 gH。其中ρ1为填充液密度；ρ为罐内介质密度；H为罐体实际高度；g为重力加速度，9.8 m/s2。
(6)代入数据得到实际量程为-203.07~-96.01 mba;负迁移量为-96.01 mba,问题得到解决。
4结束语
本文通过对象总线设备的软件配置流程细致阐述，详细说明了控制系统与设备通信建立的流程，设备模板下装的方法，下装过程中需要认真核对的具体参数如设备位号、模板班次、设备级别、设备ID、设备地址等，其中的每一项都需要认真确认，软件配置的成功与否直接关系到后续测试能否顺利进行。同时，对segment健康情况检查也尤为重要，可以通过健康报告，诊断出总线设备是否处于良好状态，由于总线设备供电电压较低，且信号传输全部为数字量信号，易受到其他电磁干扰，导致设备出现故障，健康报告将作为有力参考为设备的故障解决提供依据。
伴随着总线设备在工厂控制系统中的应用越来越广泛，具备总线技术应用中的故障分析及解决能力显得更为重要，这也是保证生产过程中总线设备能够高质量运行的前提条件。本文列举了调试过程中的几个常见案例，可以作为后续项目的参考和借鉴！
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浮式储油平台总线仪表调试研究与故障分析论文
人参与 2024-12-30 11:18:51 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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