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一、前言
设计和施工是工程实践活动的主要环节，其中系统的现场安装与调试在施工过程中占据重要地位。系统现场安装与调试的方法和措施不得当，不仅导致工期的延误，甚至导致设备损坏，现场安装调试的方法和措施是否得当也决定了系统今后的运行效果和生产管理模式。
由于自控系统多采用集成方式实现，安装调试会遇到多个设备厂家的产品。由于系统的结构是多级的网络结构，又由于系统是一个软硬件结合体。因此，自动控制系统的安装与调试过程也与传统的电气与自动化系统的方法不同，合理有效地安装与调试措施，是完成一个工业自控系统的关键环节。
二、工业自动控制系统现状
目前，工业上广泛应用的自动化系统结构类型有分布式控制系统（DCS系统）、现场总线系统（FCS系统）等。DCS系统的特点是分散控制、集中管理，见图1。根据工艺流程布局、生产和管理的需要，设置几台（≥1台）中央操作管理站、且互为冗余，数个控制站（≥1个），通过控制网络实现系统的通信。操作管理站选用高可靠性的工控PC机、或品牌PC机，完成系统的操作、监视、报警、记录、存储和报表等功能；控制站一般选用PLC、或DCS产品，完成系统的数据采集、处理和控制功能；基本配置由CPU模块、网络通信模块I/O模块、电源模块、底板等构成。控制网络目前用的较多的是工业以太网、DH十网Control Net网、Device Net网、MB+网等。
现场总线是一种用于智能化现场设备和自动化系统之间的全数字、串行、双向、多站网络，通过一根通信电缆将所有现场设备由具有某种通信协议的通信接口连接起来，把I/O通道分散到现场设备，使安装和布线的费用减少到最小，实现了彻底的分散控制，见图2。FCS系统将控制站的功能移到现场智能设备中，从而构成虚拟控制站，通过现场总线仪表就可构成控制回路。目前应用较广泛的现场总线有FF，LONWORKS，FIP，PROFIBUS，CAN等。
现代企业的生产和管理要求将企业的经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、生产过程的自动控制紧密地结合起来，要求将生产过程自动控制、办公自动化、经营管理、市场营销等多层次的系统互联成网络、构成复合型网络，实现信息的沟通汇集与数据共享，即构成管控一体化系统。前者由DCS或FCS系统体系完成，后者由一般的办公自动化系统体系来完成，网络技术已成功使局域网与Internet合为Intranet。
自动控制系统特点如下。
1．系统的通信。不论是DCS系统、还是FCS系统均需网络体系实现系统的通信。
2．系统的配置。不论是现场控制站，还是现场设备单元，都是由一系列的特性模块或板卡构成，根据系统的实际情况可随时修改这些配置，即系统具有扩展性。
3．I/O信号。系统面对现场对象，接受现场的各类实时输入／输出信号（I/O信号）。
4．软件环境。自控系统是一软硬件结合的系统，系统功能均是由软件体系实现的。
5．监控功能。每个自控系统根据工艺要求都要实现一系列的监控功能，如工艺流程的实时监视、报警、数据趋势、记录、存储和报表等功能。
三、安装与调试程序
根据项目总的施工工期要求，配合土建、工艺等的工期和项目的监理，合理安排系统安装与调试程序，是确保高效优质地完成安装与调试任务的关键。
根据自控系统的结构，安装调试需从系统的基本组成部分进行，如系统的通信、系统的配置、I/O信号、软件和实现功能等方面。制定出如图3所示的现场安装与调试程序。
调试工作必须一步一步循序进行，只有完成了前一步的工作，才能进行后一步的工作。同时，对各部的调试进行详细记录，形成项目的调试报告
四、安装与调试措施
（一）前期技术准备
前期技术工作准备越充分，安装与调试工作进行越顺利。准备工作如下。
1．熟悉工艺流程及工艺设备。因为所有的自控系统都是为工艺服务的，所以必须熟悉工艺流程，特别是吃透工艺对生产设备的控制要求，同时熟悉各工艺设备的性能及对安装调试的要求，才能明确下一步系统要实现的功能及其意义、明确下一步安装调试的内容。
2．吃透控制系统的设计资料。包括操作站功能及机型情况，控制站的功能及配置情况，通信网络的结构及各节点的分布情况，现场I/O信号的名称、种类、数量及在现场的分布情况，现场各电气设备功能及分布情况，各仪表及执行器的功能及现场分布情况等。
3．吃透系统的功能。对工艺流程图、联锁图、功能图、逻辑框图进行消化吸收。
4．对系统软硬件产品进行商检。申乙双方共同进行，确认设备、备品备件、随机技术资料、附件等的型号、数量、规格等是否与所定的货一致。商检结束，双方签署交换清单。
5．实验室调试。对商检后的产品进行实验室调试，包括质量检验、性能检验、系统实验室运行和系统结构合理性检验。按系统配置将所有板卡安装好，至少要通电连续运行72h，同时通过软件平台激活硬件平台，联通整个网络。
6．软件组态。根据设计资料和系统配置，制定出系统I/O信号点总表，具体到每个信号的规格、名称、现场位置、板卡位置等，根据I/O点表在软件平台下进行组态编程。
（二）电缆敷设时的防干扰措施
在土建完工、电缆沟和桥架已具备工作条件后，即可进行电缆的敷设，包括I/O信．号电缆和通信电缆。在敷设过程中通过有力的措施消除各种干扰是电缆敷设的关键。
I/O信号电缆敷设时，主要措施有信号线不与动力线平行敷设，并尽量避开大的用电设备，使信号线免于强磁场的干扰；对采用桥架式敷设的现场，应使用双绞线或几何中心重合的电缆，并结合绞合敷设的方式；投资允许的情况下，现场模拟信号采用屏蔽电缆，这种方式非常有效，缺点是投资较高；信号线在电缆沟或明敷时采用穿管敷设的方式；线路在敷设过程中尽量避开上、下水、通风及工艺金属管道；在处理一次仪表接线时，不使接头外露。
通信电缆敷设时，主要是针对信号衰减的措施，普通的通信电缆长度每增加1 m信号衰减0.8dB，每个分支器信号衰减14 dB，每个电缆接头信号衰减1 dB。主要措施有：规划好电缆的敷设方向，使距离最短、分支器最少、电缆接头最少，并进行紧密连接；最好采用单总线方式，由统一的通信干线通过分支器连接，不采用呈星状放射形敷设；主控制站（对有主控制站的系统）两边的分支点数和距离应尽可能一致，这样能较好地保证网络阻抗的匹配；分支器应尽可能靠近控制站或操作站；网络两端应接入75Ω终端电阻或终端器；通信电缆与高压电缆间距至少应保证40cm/kV，必须交叉时应垂直交叉；避免与动力线平行敷设，并尽量避开大的感性用电设备；避开高温及易受化学污染地区，并不破坏电缆的屏蔽层。
（三）设备安装与接线
根据设计资料，将现场每台电气设备、就地控制箱、控制柜和现场各传感器、变送器和执行器等一次仪表等安装到位、；同时将各操作站、控制站、控制柜、配置中的各板卡及附件等安装到位。对敷设好的电缆进行校线，之后对安装到位的各类设备进行接线，包括电气设备的控制回路、主回路、自控系统的I/O信号回路、通信线路等。
（四）系统接地
接地技术作为供配电设计的一个组成部分，对抑制电网干扰有独特的多方面作用。目前在工业企业常用的三相4线制的配电网络中最常用的是中性点直接接地，按规程同时还要进行重复接地，这样能大大地消除由于各相间的不平衡负载引起的中性线上的电流和漏电流，及由这种电流引起的中性点电位的漂移。
过去有些规范要求电子设备单独接地，目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。现在的工程领域不提倡单独接地，在IEC标准和ITU相关标准中都不提倡单独接地，美国标准IEEEStd-1100-1992更尖锐地指出：不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、计算机的、电子的或几其它这类不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点，应采用联合接地的方法，即通过等电位连接至共用接地系统，且接地电阻≤IΩ。
1．操作站与控制站用10 mm2，的编织铜线汇接在一起经引下线接至接地网。
2．I/O设备本体的接地用单独引下线接至接地网。
3．通信电缆屏蔽层应在控制站或操作站的一端汇集起来接到接地网，另一端悬空。
4．对使用屏蔽电缆的I/O信号线，在控制站端将屏蔽层汇集到接地网，现场端悬空。
5．控制站中各I/O模块的接地应接至电源中性线上。
（五）控制网络通信
控制网络的正常通信是进行以后调试工作的基础，调试方法如下：
1．对敷设好的通信电缆进行校线、衰减测试（对长距离尤其重要）；
2．对通信网络进行连接，尤其注意对通信电缆接头、分支器接线、终端电阻的连接；
3．检查各控制站、操作站的现场情况后，对各节．点设备进行通电；
4．通过对硬件的开关置位或软件的设置，对各节点设备设置独立的节点号；
5．按控制系统的通信协议标准及接口设备的要求，设置通信参数、接口参数，连通整个网络，使网络正常工作。
（六）现场I/O信号连通
通过通信网络，在操作站上对各1/O点是否几连通进行检查，包括对从现场各设备到控制站的I/O元件端子排之间的线路、或从现场各设备到现场电控柜（一般在低压配电室处）再到控制站的I/O元件端子排之间的线路的检查，同时对接线方法的正确性进行检查。
为确保不损坏设备，并尽快将各I/O信号连通，分以下两步进行：第一，在断电的情况下，通过短接查通断的方法对各I/O点的信号线路进行检查；第二，在控制站、操作站通电运行而现场设备断电情况下，网络联通，通过在现场短接、或用信号发生器模拟各信号，在操作站上检查各I/O信号的连通。
（七）系统模拟联调
将经过实验室调试、并组态好的软件投入实际工艺运行，通过现场工艺设备的I/O信号状态变化，对系统的各项功能进行验证。
模拟联调时的措施如下。
1．将现场各电气设备（主要指拖动设备）、特别是大功率的电机，主回路断开（断开任意二相即可），二次控制回路投人运行，使现场设备不运行，而I/O信号正常发生，即进行空投实验。在反复调试过程中，确保大的用电设备不会频繁启／停。
2．对模拟联调空投实验中不能实际动作的执行器、料位开关、限位开关、仪表的开关量和模拟量的输人、输出信号等，在与系统联锁时，视具体情况采用手动辅助、外部输人、软件强制等措施加以模拟，使整个系统按设计的正确逻辑联锁关系运行。
3．逐项对系统的各功能进行验证，特别是顺序控制、联锁控制、故障联锁控制、生产过程控制回路、单台设备启／停控制和生产线联锁启／停控制功能等。同时对控制要求的延迟时间、设置方法、信号指示等进行验证，对产生各I/O信号的继电器、接触器、开关、阀门等的动作状况也要进行检查。
（八）单体试车
单体试车的调试目的是确认控制系统能否驱动现场设备的实际运行，同时检验设备的运行状态信号、现场仪表与执行器的信号能否反馈到控制系统。这一调试目的也是检验系统必不可少的单动功能实现状况的必要手段。
前提条件：在进行单体试车的调试前，应将现场就地电气设备、仪表的安装与接线，就地手动或效验的工作完成，使所有设备就地正常运行、所有仪表能正常工作。这一准备工作可在进行现场设备安装与接线时进行。
实施方法为：在操作站上，通过操作画面对各设备进行“启／停”操作，通过画面上的信号变化来判断是否正常。
安全措施为：在进行此项调试时整个工艺流程现场环境状况复杂，应特别注意在被调试的设备旁、电控柜旁应有专业人员同时进行现场观察，并及时将意见反馈到中央控制室的调试人员，在确保安全的情况下使调试工作顺利进行。
（九）无负荷联动
经过单体试车后验证了控制系统能正常控制现场设备，经过模拟联调验证了控制系统的各项控制功能、操作功能的正确性。无负荷联动则是综合这两种调试功能的结果，按工艺要求进行实际运行，检验各流程的控制功能、检验信号系统的正确性、检验各外部节点的可靠性和稳定性、检验整个系统的各项控制功能。同时，在无负荷联动调试时要对系统的报警、参数趋势、记录、权限、存储和报表等系统的所有管理功能进行调试和检验。参加人员要有工程技术人员、调试工程师、现场巡检人员、工艺人员和监理。
无负荷联动调试后，系统将实现经过现场实际运行验证和修改的全部设计功能。
无负荷联动调试的步骤如下：
1．制定无负荷联动调试的方案，要明确到各工艺流程顺序、各设备、各项功能、人员的配合、紧急事故处理及调试顺序等；
2．对操作人员和各岗位的现场巡检人员等进行培训，且人员到岗；
3．对全部设备进行一次全面的检查；
4．按工艺流程顺序，执行制定的无负荷联动调试方案；
5．对调试过程、中间结果、处理方法等进行详细记录；
6．总结调试结果，对存在问题的地方进行进一步的修改。
（十）带负荷联动
带负荷联动是整个安装与调试工作的最后一个环节，也是最关键的环节。与无负荷联动调试的步骤相同，区别是要进行实际的生产运行，其结果将决定以后的生产运行和管理方式。
带负荷联动调试有以下注意事项：
1．在制定带负荷联动调试方案时，增加工艺生产与管理的内容；
2．所有人员按工艺生产和管理要求全部到岗，并建议在调试过程中的操作，应在调试工程师的指导下由工厂今后的生产操作人员适当进行；
3．在调试过程中，对设备运行间隔时间、过程控制参数设定与调整、工艺生产极限状况等要特别注意，这些状况往往与无负荷联调时的变化较大；
4．对调试过程形成的各类生产报表和调试报告与设计的工艺要求进行分析、判断，这对整个项目的工艺达标和验收非常重要；
5．按规程规范进行72h或48h的试生产运行，同时准备自动控制系统的验收。
五、结束语 工业自控系统现场安装与调试工作涉及面非常广泛，出现的问题往往随机性很强，要求技术人员具有较强的综合处理问题的能力，采取的措施强调及时有效，本文所探讨的措施是多年从事安装与调试工作的经验总结，涉及冶金、化工、水处理等多个企业的自控系统项目。根据现场具体情况、系统的结构以及工程的实际进度，合理安排安装与调试程序，科学进行安装与调试工作，即可顺利完成安装与调试任务。
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