UCN網(wǎng)絡故障的分析和處理

孔維華

（兗礦國泰化工有限公司，山東滕州 277527）

0 引 言

隨著我公司的迅速發(fā)展，項目不斷擴產(chǎn)，公司在原有2臺130t／h循環(huán)流化床鍋爐的基礎上再增加1臺260t／h的CBF鍋爐。在原來的“130t／h循環(huán)流化床鍋爐”系統(tǒng)中自控儀表部分就采用了2套ABB AC800FDCS系統(tǒng)，新的260t／h CBF鍋爐從經(jīng)濟和穩(wěn)定性上考慮，采用的是霍尼韋爾公司的TPS系統(tǒng)，集中了連續(xù)控制、批量控制、順序邏輯控制、數(shù)據(jù)采集等功能于一體。雖然DCS在管理上采取了管理、操作、顯示、記錄的集中方式，在控制上采取了功能分散、負荷分散、危險分散的工作方式，但是，DCS系統(tǒng)中的任何一個環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)問題，都將會帶來嚴重的后果。因此，如何正確地使用、維護DCS，確保DCS的長周期安全運行顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)介紹

該系統(tǒng)是美國Honeywell公司在TDC－3000系統(tǒng)基礎上推出的將工廠的信息系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng)一在一個平臺上的全廠一體化解決方案控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中，配置了兩對冗余的高性能過程管理器HPM（節(jié)點號為11和12冗余，13和14冗余），其主要功能是，快速的內部數(shù)據(jù)處理和強大的存儲能力，以及通過網(wǎng)絡點對點通信共享數(shù)據(jù)的控制能力，最終完成掃描、控制系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)。一對冗余的網(wǎng)絡接口模件NIM（Network Interface Module）（節(jié)點號為21和22冗余），主要用于系統(tǒng)組態(tài)、通信、報警、命令處理、時鐘廣播等。一個公用的歷史模件（節(jié)點號為25），用于存儲整個系統(tǒng)的系統(tǒng)文件、屬性文件、用戶組態(tài)文件和工藝參數(shù)及其產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)；4臺GUS站，1臺用作工程師站，其他3臺為操作站（互為備用），大大提高了系統(tǒng)的安全可靠性。整個系統(tǒng)通過一條冗余的UCN網(wǎng)和一條冗余的LCN網(wǎng)連接而成。具體配置如圖1。

2 UCN網(wǎng)絡故障的分析和處理

UCN CABLE STATES查看和A／B纜通訊的切換，以及觀察UCN網(wǎng)產(chǎn)生噪音的次數(shù)，故障狀態(tài)為：某一條，或兩條電纜底色為紅色，電纜不能正常切換，或者UCN電纜噪音數(shù)增長很快（如圖2），嚴重時導致UCN網(wǎng)數(shù)據(jù)不能上傳，控制器狀態(tài)顯示一串問號（？？？？？？？？），或者導致NIM節(jié)點FAIL。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡圖

圖2 UCN網(wǎng)絡噪音造成通信故障

UCN噪音報警是開車初期一直困擾霍尼韋爾TDC3000系統(tǒng)在我公司正常運行的問題，特別是有大型電器設備啟動時UCN電纜檢測到每小時數(shù)以千計的電纜噪音，使得DCS系統(tǒng)出現(xiàn)通信中斷，系統(tǒng)無法投入正常運行；如果不及時解決UCN電纜噪音問題，一旦UCN兩條線同時通信中斷，將造成DCS通信癱瘓，從而影響整個鍋爐的生產(chǎn)作業(yè)。為了確保DCS的長周期運行，車間專門提出了針對DCS通信故障攻關這一課題。通過咨詢霍尼韋爾廠家，向有類似問題的同行請教和查閱相關資料，我們分析了干擾的主要來源和途徑。

（1）NIM MODOM卡件硬件故障，此情況最為嚴重，須維修或更換卡件；

（2）UCN TAP盒故障，須更換TAP盒；

（3）UCN電纜75Ω堵頭阻值發(fā)生變化，須更換堵頭；

（4）UCN連接時沒有用力矩扳手，接口處連接時用力不均造成松緊不一；

（5）由于氣候變化，溫／濕度變化大，有強振動源位于控制器附近等造成電纜接頭松動或變形，須用力矩扳手重新擰緊或更換接頭；

（6）電磁干擾等原因；

（7）UCN各節(jié)點接口模板（HPM）或MODOM（PM／APM）故障；

（8）接地系統(tǒng)混亂時的干擾；

（9）施工和安裝不規(guī)范造成的系統(tǒng)干擾。

針對上述問題，我們逐一排查和處理，采取了幾項有效的措施和技術解決方案，具體如下。

首先，我公司請來霍尼韋爾技術人員現(xiàn)場服務，通過對比安裝Honeywell DCS的施工標準，對系統(tǒng)的各個方面進行檢查和消缺。他們發(fā)現(xiàn)了我公司的主NIM的負載比較高，達到了60%以上（一般在30%～40%是正常的）。原因在于部分流程畫面點數(shù)較多，其中有的畫面達到了200多個，我們把這些點經(jīng)過工藝確認以后分到了其他的畫面上，減小了NIM的負載。

然后，技術人員發(fā)現(xiàn)UCN A網(wǎng)和UCN B網(wǎng)出現(xiàn)了混接并且TAP頭的主纜和細纜混接。按照規(guī)范，UCN網(wǎng)由冗余的同軸電纜組成，其中一根電纜叫做UCN A，另一根叫做UCN B；UCN A和UCN B電纜之間必須分開連接，即UCN A電纜連接UCN A電纜，UCN B電纜連接UCN B電纜，兩者之間不能混接。而且，TAPS在接法上的特點是，上帶有白點的一端必須和另外一個TAPS不帶白點的一端連接。另外，UCN的主干纜（粗纜）應該接到帶白點一端，按照直線的順序接好，即由控制器11到控制器13到NIM上，其他分纜接到TPA頭的其他位置。TAP頭上空著的接口用75Ω的終端電阻接好。

其次，通過和霍尼韋爾公司技術人員交流，確認TPS系統(tǒng)的接地有三個：Safety Ground（安全地）、Lightning Ground（雷擊地）、Master Reference Ground（主參考地，簡稱MRG），其中安全地與MRG為獨立接地。而我公司接地系統(tǒng)是將保護地和工作地匯總至1個總接地極，且接地總干線經(jīng)過動力電纜橋架，系統(tǒng)接地已經(jīng)違反 《儀表系統(tǒng)接地設計規(guī)定》及TPS系統(tǒng)接地要求。我們把系統(tǒng)和通信屏蔽地與保護地完全隔離（分開），避免多點接地和電位差不同造成的共模干擾，改善系統(tǒng)的抗干擾能力。

最后，改善系統(tǒng)的屏蔽能力。我們將UCN電纜穿過金屬管并在金屬管的一頭接地，消除部分電磁干擾；對產(chǎn)生干擾比較多的13號控制器下的TAP頭（TAPS：用于連接UCN網(wǎng)絡和UCN網(wǎng)絡設備件的設備）以及UCN纜進行更換，并對其他的TAP頭進行酒精清洗和靜電放電處理；對TAP頭上的終端電阻進行逐個測量，如果不符合要求（電阻為75Ω）就進行更換，并對各接頭用力矩扳手緊固。

針對UCN網(wǎng)絡故障，我們進行了1a多的長期改造。從近2a的運行情況來看，消除了外界電磁干擾對UCN的通信干擾，解決了DCS系統(tǒng)通信故障問題。

3 結 語

霍尼韋爾TPS系統(tǒng)在我公司生產(chǎn)現(xiàn)場已使用4a多，其功能強大，多處采用冗余設置，增加了系統(tǒng)的可靠性；從電氣設備來的數(shù)字輸入量信號及全部的數(shù)字量輸出采用繼電器隔離，不直接接入系統(tǒng)，避免瞬間大電流、高電壓傳入系統(tǒng)而造成系統(tǒng)設備的損壞。此外，該系統(tǒng)的卡件、通訊卡件和網(wǎng)絡還具有自診斷功能，任何地方出現(xiàn)故障都能在操作界面上清楚地顯示出來，并且能盡快排除。雖然系統(tǒng)總體穩(wěn)定性還算可以，但它的NIM和FTA使用起來并不是很理想，同時，其GUS操作站死機的頻率也比較高。另外，該系統(tǒng)的LCN網(wǎng)采用的是令牌環(huán)傳遞式總線網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳送是廣播方式的，有時網(wǎng)絡通訊出現(xiàn)問題時，故障源的查找工作十分困難。以上是筆者對TPS系統(tǒng)的一點淺薄認識，不當之處敬請指教。

［1］Honeywell.Universal Control Network Guidelines UN12－510.

［2］林德杰.過程控制儀表及控制系統(tǒng) ［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［3］周杏鵬.現(xiàn)代檢測技術 ［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［4］張宏建.自動檢測技術與裝置 ［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2004.

［5］江秀漢.計算機控制原理及其應用 ［M］.西安：西安電子科技大學出版社，1995.

［6］HG／T 20513－2000儀表系統(tǒng)接地設計規(guī)定.

［7］GB 50093－2002自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范.