一、前言

    設(shè)計和施工是工程實踐活動的主要環(huán)節(jié)，其中系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝與調(diào)試在施工過程中占據(jù)重要地位。系統(tǒng)現(xiàn)場安裝與調(diào)試的方法和措施不得當(dāng)，不僅導(dǎo)致工期的延誤，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞，現(xiàn)場安裝調(diào)試的方法和措施是否得當(dāng)也決定了系統(tǒng)今后的運(yùn)行效果和生產(chǎn)管理模式。

由于自控系統(tǒng)多采用集成方式實現(xiàn)，安裝調(diào)試會遇到多個設(shè)備廠家的產(chǎn)品。由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是多級的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，又由于系統(tǒng)是一個軟硬件結(jié)合體。因此，自動控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試過程也與傳統(tǒng)的電氣與自動化系統(tǒng)的方法不同，合理有效地安裝與調(diào)試措施，是完成一個工業(yè)自控系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

二、工業(yè)自動控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，工業(yè)上廣泛應(yīng)用的自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型有分布式控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）、現(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS系統(tǒng)）等。DCS系統(tǒng)的特點是分散控制、集中管理，見圖1。根據(jù)工藝流程布局、生產(chǎn)和管理的需要，設(shè)置幾臺（≥1臺）中央操作管理站、且互為冗余，數(shù)個控制站（≥1個），通過控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)系統(tǒng)的通信。操作管理站選用高可靠性的工控PC機(jī)、或品牌PC機(jī)，完成系統(tǒng)的操作、監(jiān)視、報警、記錄、存儲和報表等功能；控制站一般選用PLC、或DCS產(chǎn)品，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理和控制功能；基本配置由CPU模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊I/O模塊、電源模塊、底板等構(gòu)成。控制網(wǎng)絡(luò)目前用的較多的是工業(yè)以太網(wǎng)、DH十網(wǎng)Control Net網(wǎng)、Device Net網(wǎng)、MB+網(wǎng)等。

      現(xiàn)場總線是一種用于智能化現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)之間的全數(shù)字、串行、雙向、多站網(wǎng)絡(luò)，通過一根通信電纜將所有現(xiàn)場設(shè)備由具有某種通信協(xié)議的通信接口連接起來，把I/O通道分散到現(xiàn)場設(shè)備，使安裝和布線的費(fèi)用減少到最小，實現(xiàn)了徹底的分散控制，見圖2。FCS系統(tǒng)將控制站的功能移到現(xiàn)場智能設(shè)備中，從而構(gòu)成虛擬控制站，通過現(xiàn)場總線儀表就可構(gòu)成控制回路。目前應(yīng)用較廣泛的現(xiàn)場總線有FF，LONWORKS，FIP，PROFIBUS，CAN等。

      現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)和管理要求將企業(yè)的經(jīng)營決策、管理、計劃、調(diào)度、過程優(yōu)化、故障診斷、生產(chǎn)過程的自動控制緊密地結(jié)合起來，要求將生產(chǎn)過程自動控制、辦公自動化、經(jīng)營管理、市場營銷等多層次的系統(tǒng)互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)、構(gòu)成復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息的溝通匯集與數(shù)據(jù)共享，即構(gòu)成管控一體化系統(tǒng)。前者由DCS或FCS系統(tǒng)體系完成，后者由一般的辦公自動化系統(tǒng)體系來完成，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成功使局域網(wǎng)與Internet合為Intranet。

      自動控制系統(tǒng)特點如下。

      1．系統(tǒng)的通信。不論是DCS系統(tǒng)、還是FCS系統(tǒng)均需網(wǎng)絡(luò)體系實現(xiàn)系統(tǒng)的通信。

      2．系統(tǒng)的配置。不論是現(xiàn)場控制站，還是現(xiàn)場設(shè)備單元，都是由一系列的特性模塊或板卡構(gòu)成，根據(jù)系統(tǒng)的實際情況可隨時修改這些配置，即系統(tǒng)具有擴(kuò)展性。

      3．I/O信號。系統(tǒng)面對現(xiàn)場對象，接受現(xiàn)場的各類實時輸入／輸出信號（I/O信號）。

      4．軟件環(huán)境。自控系統(tǒng)是一軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，系統(tǒng)功能均是由軟件體系實現(xiàn)的。

5．監(jiān)控功能。每個自控系統(tǒng)根據(jù)工藝要求都要實現(xiàn)一系列的監(jiān)控功能，如工藝流程的實時監(jiān)視、報警、數(shù)據(jù)趨勢、記錄、存儲和報表等功能。

三、安裝與調(diào)試程序

      根據(jù)項目總的施工工期要求，配合土建、工藝等的工期和項目的監(jiān)理，合理安排系統(tǒng)安裝與調(diào)試程序，是確保高效優(yōu)質(zhì)地完成安裝與調(diào)試任務(wù)的關(guān)鍵。

      根據(jù)自控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，安裝調(diào)試需從系統(tǒng)的基本組成部分進(jìn)行，如系統(tǒng)的通信、系統(tǒng)的配置、I/O信號、軟件和實現(xiàn)功能等方面。制定出如圖3所示的現(xiàn)場安裝與調(diào)試程序。

調(diào)試工作必須一步一步循序進(jìn)行，只有完成了前一步的工作，才能進(jìn)行后一步的工作。同時，對各部的調(diào)試進(jìn)行詳細(xì)記錄，形成項目的調(diào)試報告

四、安裝與調(diào)試措施

（一）前期技術(shù)準(zhǔn)備

前期技術(shù)工作準(zhǔn)備越充分，安裝與調(diào)試工作進(jìn)行越順利。準(zhǔn)備工作如下。

1．熟悉工藝流程及工藝設(shè)備。因為所有的自控系統(tǒng)都是為工藝服務(wù)的，所以必須熟悉工藝流程，特別是吃透工藝對生產(chǎn)設(shè)備的控制要求，同時熟悉各工藝設(shè)備的性能及對安裝調(diào)試的要求，才能明確下一步系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能及其意義、明確下一步安裝調(diào)試的內(nèi)容。

2．吃透控制系統(tǒng)的設(shè)計資料。包括操作站功能及機(jī)型情況，控制站的功能及配置情況，通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及各節(jié)點的分布情況，現(xiàn)場I/O信號的名稱、種類、數(shù)量及在現(xiàn)場的分布情況，現(xiàn)場各電氣設(shè)備功能及分布情況，各儀表及執(zhí)行器的功能及現(xiàn)場分布情況等。

3．吃透系統(tǒng)的功能。對工藝流程圖、聯(lián)鎖圖、功能圖、邏輯框圖進(jìn)行消化吸收。

4．對系統(tǒng)軟硬件產(chǎn)品進(jìn)行商檢。申乙雙方共同進(jìn)行，確認(rèn)設(shè)備、備品備件、隨機(jī)技術(shù)資料、附件等的型號、數(shù)量、規(guī)格等是否與所定的貨一致。商檢結(jié)束，雙方簽署交換清單。

5．實驗室調(diào)試。對商檢后的產(chǎn)品進(jìn)行實驗室調(diào)試，包括質(zhì)量檢驗、性能檢驗、系統(tǒng)實驗室運(yùn)行和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理性檢驗。按系統(tǒng)配置將所有板卡安裝好，至少要通電連續(xù)運(yùn)行72h，同時通過軟件平臺激活硬件平臺，聯(lián)通整個網(wǎng)絡(luò)。

6．軟件組態(tài)。根據(jù)設(shè)計資料和系統(tǒng)配置，制定出系統(tǒng)I/O信號點總表，具體到每個信號的規(guī)格、名稱、現(xiàn)場位置、板卡位置等，根據(jù)I/O點表在軟件平臺下進(jìn)行組態(tài)編程。

（二）電纜敷設(shè)時的防干擾措施

在土建完工、電纜溝和橋架已具備工作條件后，即可進(jìn)行電纜的敷設(shè)，包括I/O信．號電纜和通信電纜。在敷設(shè)過程中通過有力的措施消除各種干擾是電纜敷設(shè)的關(guān)鍵。

I/O信號電纜敷設(shè)時，主要措施有信號線不與動力線平行敷設(shè)，并盡量避開大的用電設(shè)備，使信號線免于強(qiáng)磁場的干擾；對采用橋架式敷設(shè)的現(xiàn)場，應(yīng)使用雙絞線或幾何中心重合的電纜，并結(jié)合絞合敷設(shè)的方式；投資允許的情況下，現(xiàn)場模擬信號采用屏蔽電纜，這種方式非常有效，缺點是投資較高；信號線在電纜溝或明敷時采用穿管敷設(shè)的方式；線路在敷設(shè)過程中盡量避開上、下水、通風(fēng)及工藝金屬管道；在處理一次儀表接線時，不使接頭外露。

通信電纜敷設(shè)時，主要是針對信號衰減的措施，普通的通信電纜長度每增加1 m信號衰減0.8dB，每個分支器信號衰減14 dB，每個電纜接頭信號衰減1 dB。主要措施有：規(guī)劃好電纜的敷設(shè)方向，使距離最短、分支器最少、電纜接頭最少，并進(jìn)行緊密連接；最好采用單總線方式，由統(tǒng)一的通信干線通過分支器連接，不采用呈星狀放射形敷設(shè)；主控制站（對有主控制站的系統(tǒng)）兩邊的分支點數(shù)和距離應(yīng)盡可能一致，這樣能較好地保證網(wǎng)絡(luò)阻抗的匹配；分支器應(yīng)盡可能靠近控制站或操作站；網(wǎng)絡(luò)兩端應(yīng)接入75Ω終端電阻或終端器；通信電纜與高壓電纜間距至少應(yīng)保證40cm/kV，必須交叉時應(yīng)垂直交叉；避免與動力線平行敷設(shè)，并盡量避開大的感性用電設(shè)備；避開高溫及易受化學(xué)污染地區(qū)，并不破壞電纜的屏蔽層。

（三）設(shè)備安裝與接線

根據(jù)設(shè)計資料，將現(xiàn)場每臺電氣設(shè)備、就地控制箱、控制柜和現(xiàn)場各傳感器、變送器和執(zhí)行器等一次儀表等安裝到位、；同時將各操作站、控制站、控制柜、配置中的各板卡及附件等安裝到位。對敷設(shè)好的電纜進(jìn)行校線，之后對安裝到位的各類設(shè)備進(jìn)行接線，包括電氣設(shè)備的控制回路、主回路、自控系統(tǒng)的I/O信號回路、通信線路等。  

（四）系統(tǒng)接地

接地技術(shù)作為供配電設(shè)計的一個組成部分，對抑制電網(wǎng)干擾有獨(dú)特的多方面作用。目前在工業(yè)企業(yè)常用的三相4線制的配電網(wǎng)絡(luò)中最常用的是中性點直接接地，按規(guī)程同時還要進(jìn)行重復(fù)接地，這樣能大大地消除由于各相間的不平衡負(fù)載引起的中性線上的電流和漏電流，及由這種電流引起的中性點電位的漂移。

過去有些規(guī)范要求電子設(shè)備單獨(dú)接地，目的是防止電網(wǎng)中雜散電流或暫態(tài)電流干擾設(shè)備的正常工作?，F(xiàn)在的工程領(lǐng)域不提倡單獨(dú)接地，在IEC標(biāo)準(zhǔn)和ITU相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都不提倡單獨(dú)接地，美國標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd-1100-1992更尖銳地指出：不建議采用任何一種所謂分開的、獨(dú)立的、計算機(jī)的、電子的或幾其它這類不正確的大地接地體作為設(shè)備接地導(dǎo)體的一個連接點，應(yīng)采用聯(lián)合接地的方法，即通過等電位連接至共用接地系統(tǒng)，且接地電阻≤IΩ。

    1．操作站與控制站用10 mm2，的編織銅線匯接在一起經(jīng)引下線接至接地網(wǎng)。

    2．I/O設(shè)備本體的接地用單獨(dú)引下線接至接地網(wǎng)。

    3．通信電纜屏蔽層應(yīng)在控制站或操作站的一端匯集起來接到接地網(wǎng)，另一端懸空。

    4．對使用屏蔽電纜的I/O信號線，在控制站端將屏蔽層匯集到接地網(wǎng)，現(xiàn)場端懸空。

5．控制站中各I/O模塊的接地應(yīng)接至電源中性線上。

（五）控制網(wǎng)絡(luò)通信

    控制網(wǎng)絡(luò)的正常通信是進(jìn)行以后調(diào)試工作的基礎(chǔ)，調(diào)試方法如下：

    1．對敷設(shè)好的通信電纜進(jìn)行校線、衰減測試（對長距離尤其重要）；

    2．對通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，尤其注意對通信電纜接頭、分支器接線、終端電阻的連接；

    3．檢查各控制站、操作站的現(xiàn)場情況后，對各節(jié)．點設(shè)備進(jìn)行通電；

    4．通過對硬件的開關(guān)置位或軟件的設(shè)置，對各節(jié)點設(shè)備設(shè)置獨(dú)立的節(jié)點號；

5．按控制系統(tǒng)的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)及接口設(shè)備的要求，設(shè)置通信參數(shù)、接口參數(shù)，連通整個網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)正常工作。

（六）現(xiàn)場I/O信號連通

通過通信網(wǎng)絡(luò)，在操作站上對各1/O點是否幾連通進(jìn)行檢查，包括對從現(xiàn)場各設(shè)備到控制站的I/O元件端子排之間的線路、或從現(xiàn)場各設(shè)備到現(xiàn)場電控柜（一般在低壓配電室處）再到控制站的I/O元件端子排之間的線路的檢查，同時對接線方法的正確性進(jìn)行檢查。

為確保不損壞設(shè)備，并盡快將各I/O信號連通，分以下兩步進(jìn)行：第一，在斷電的情況下，通過短接查通斷的方法對各I/O點的信號線路進(jìn)行檢查；第二，在控制站、操作站通電運(yùn)行而現(xiàn)場設(shè)備斷電情況下，網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，通過在現(xiàn)場短接、或用信號發(fā)生器模擬各信號，在操作站上檢查各I/O信號的連通。

（七）系統(tǒng)模擬聯(lián)調(diào)

    將經(jīng)過實驗室調(diào)試、并組態(tài)好的軟件投入實際工藝運(yùn)行，通過現(xiàn)場工藝設(shè)備的I/O信號狀態(tài)變化，對系統(tǒng)的各項功能進(jìn)行驗證。

    模擬聯(lián)調(diào)時的措施如下。

    1．將現(xiàn)場各電氣設(shè)備（主要指拖動設(shè)備）、特別是大功率的電機(jī)，主回路斷開（斷開任意二相即可），二次控制回路投人運(yùn)行，使現(xiàn)場設(shè)備不運(yùn)行，而I/O信號正常發(fā)生，即進(jìn)行空投實驗。在反復(fù)調(diào)試過程中，確保大的用電設(shè)備不會頻繁啟／停。

    2．對模擬聯(lián)調(diào)空投實驗中不能實際動作的執(zhí)行器、料位開關(guān)、限位開關(guān)、儀表的開關(guān)量和模擬量的輸人、輸出信號等，在與系統(tǒng)聯(lián)鎖時，視具體情況采用手動輔助、外部輸人、軟件強(qiáng)制等措施加以模擬，使整個系統(tǒng)按設(shè)計的正確邏輯聯(lián)鎖關(guān)系運(yùn)行。

3．逐項對系統(tǒng)的各功能進(jìn)行驗證，特別是順序控制、聯(lián)鎖控制、故障聯(lián)鎖控制、生產(chǎn)過程控制回路、單臺設(shè)備啟／停控制和生產(chǎn)線聯(lián)鎖啟／?？刂乒δ艿取Ｍ瑫r對控制要求的延遲時間、設(shè)置方法、信號指示等進(jìn)行驗證，對產(chǎn)生各I/O信號的繼電器、接觸器、開關(guān)、閥門等的動作狀況也要進(jìn)行檢查。

（八）單體試車

    單體試車的調(diào)試目的是確認(rèn)控制系統(tǒng)能否驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備的實際運(yùn)行，同時檢驗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號、現(xiàn)場儀表與執(zhí)行器的信號能否反饋到控制系統(tǒng)。這一調(diào)試目的也是檢驗系統(tǒng)必不可少的單動功能實現(xiàn)狀況的必要手段。

    前提條件：在進(jìn)行單體試車的調(diào)試前，應(yīng)將現(xiàn)場就地電氣設(shè)備、儀表的安裝與接線，就地手動或效驗的工作完成，使所有設(shè)備就地正常運(yùn)行、所有儀表能正常工作。這一準(zhǔn)備工作可在進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備安裝與接線時進(jìn)行。

    實施方法為：在操作站上，通過操作畫面對各設(shè)備進(jìn)行“啟／?！辈僮鳎ㄟ^畫面上的信號變化來判斷是否正常。

安全措施為：在進(jìn)行此項調(diào)試時整個工藝流程現(xiàn)場環(huán)境狀況復(fù)雜，應(yīng)特別注意在被調(diào)試的設(shè)備旁、電控柜旁應(yīng)有專業(yè)人員同時進(jìn)行現(xiàn)場觀察，并及時將意見反饋到中央控制室的調(diào)試人員，在確保安全的情況下使調(diào)試工作順利進(jìn)行。

（九）無負(fù)荷聯(lián)動

    經(jīng)過單體試車后驗證了控制系統(tǒng)能正?？刂片F(xiàn)場設(shè)備，經(jīng)過模擬聯(lián)調(diào)驗證了控制系統(tǒng)的各項控制功能、操作功能的正確性。無負(fù)荷聯(lián)動則是綜合這兩種調(diào)試功能的結(jié)果，按工藝要求進(jìn)行實際運(yùn)行，檢驗各流程的控制功能、檢驗信號系統(tǒng)的正確性、檢驗各外部節(jié)點的可靠性和穩(wěn)定性、檢驗整個系統(tǒng)的各項控制功能。同時，在無負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試時要對系統(tǒng)的報警、參數(shù)趨勢、記錄、權(quán)限、存儲和報表等系統(tǒng)的所有管理功能進(jìn)行調(diào)試和檢驗。參加人員要有工程技術(shù)人員、調(diào)試工程師、現(xiàn)場巡檢人員、工藝人員和監(jiān)理。

    無負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試后，系統(tǒng)將實現(xiàn)經(jīng)過現(xiàn)場實際運(yùn)行驗證和修改的全部設(shè)計功能。

    無負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試的步驟如下：

    1．制定無負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試的方案，要明確到各工藝流程順序、各設(shè)備、各項功能、人員的配合、緊急事故處理及調(diào)試順序等；

    2．對操作人員和各崗位的現(xiàn)場巡檢人員等進(jìn)行培訓(xùn)，且人員到崗；

    3．對全部設(shè)備進(jìn)行一次全面的檢查；

    4．按工藝流程順序，執(zhí)行制定的無負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試方案；

    5．對調(diào)試過程、中間結(jié)果、處理方法等進(jìn)行詳細(xì)記錄；

6．總結(jié)調(diào)試結(jié)果，對存在問題的地方進(jìn)行進(jìn)一步的修改。

（十）帶負(fù)荷聯(lián)動

    帶負(fù)荷聯(lián)動是整個安裝與調(diào)試工作的最后一個環(huán)節(jié)，也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。與無負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試的步驟相同，區(qū)別是要進(jìn)行實際的生產(chǎn)運(yùn)行，其結(jié)果將決定以后的生產(chǎn)運(yùn)行和管理方式。

    帶負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試有以下注意事項：

    1．在制定帶負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試方案時，增加工藝生產(chǎn)與管理的內(nèi)容；

    2．所有人員按工藝生產(chǎn)和管理要求全部到崗，并建議在調(diào)試過程中的操作，應(yīng)在調(diào)試工程師的指導(dǎo)下由工廠今后的生產(chǎn)操作人員適當(dāng)進(jìn)行；

    3．在調(diào)試過程中，對設(shè)備運(yùn)行間隔時間、過程控制參數(shù)設(shè)定與調(diào)整、工藝生產(chǎn)極限狀況等要特別注意，這些狀況往往與無負(fù)荷聯(lián)調(diào)時的變化較大；

    4．對調(diào)試過程形成的各類生產(chǎn)報表和調(diào)試報告與設(shè)計的工藝要求進(jìn)行分析、判斷，這對整個項目的工藝達(dá)標(biāo)和驗收非常重要；

5．按規(guī)程規(guī)范進(jìn)行72h或48h的試生產(chǎn)運(yùn)行，同時準(zhǔn)備自動控制系統(tǒng)的驗收。

五、結(jié)束語