UCN網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展，項目不斷擴產，公司在原有2臺130t／h循環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循環流化床鍋爐”系統中自控儀表部分就采用了2套ABB AC800FDCS系統，新的260t／h CBF鍋爐從經濟和穩定性上考慮，采用的是霍尼韋爾公司的TPS系統，集中了連續控制、批量控制、順序邏輯控制、數據采集等功能于一體。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系統中的任何一個環節一旦出現問題，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 系統介紹

該系統是美國Honeywell公司在TDC－3000系統基礎上推出的將工廠的信息系統與生產過程控制系統統一在一個平臺上的全廠一體化解決方案控制系統。系統中，配置了兩對冗余的高性能過程管理器HPM（節點號為11和12冗余，13和14冗余），其主要功能是，快速的內部數據處理和強大的存儲能力，以及通過網絡點對點通信共享數據的控制能力，最終完成掃描、控制系統過程數據。一對冗余的網絡接口模件NIM（Network Interface Module）（節點號為21和22冗余），主要用于系統組態、通信、報警、命令處理、時鐘廣播等。一個公用的歷史模件（節點號為25），用于存儲整個系統的系統文件、屬性文件、用戶組態文件和工藝參數及其產生的歷史數據；4臺GUS站，1臺用作工程師站，其他3臺為操作站（互為備用），大大提高了系統的安全可靠性。整個系統通過一條冗余的UCN網和一條冗余的LCN網連接而成。具體配置如圖1。

2 UCN網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網產生噪音的次數，故障狀態為：某一條，或兩條電纜底色為紅色，電纜不能正常切換，或者UCN電纜噪音數增長很快（如圖2），嚴重時導致UCN網數據不能上傳，控制器狀態顯示一串問號（？？？？？？？？），或者導致NIM節點FAIL。

圖1 系統網絡圖

圖2 UCN網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以千計的電纜噪音，使得DCS系統出現通信中斷，系統無法投入正常運行；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作業。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各節點接口模板（HPM）或MODOM（PM／APM）故障；

（8）接地系統混亂時的干擾；

（9）施工和安裝不規范造成的系統干擾。

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場服務，通過對比安裝Honeywell DCS的施工標準，對系統的各個方面進行檢查和消缺。他們發現了我公司的主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較多，其中有的畫面達到了200多個，我們把這些點經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，技術人員發現UCN A網和UCN B網出現了混接并且TAP頭的主纜和細纜混接。按照規范，UCN網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，且接地總干線經過動力電纜橋架，系統接地已經違反 《儀表系統接地設計規定》及TPS系統接地要求。我們把系統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，改善系統的抗干擾能力。

最后，改善系統的屏蔽能力。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；對產生干擾比較多的13號控制器下的TAP頭（TAPS：用于連接UCN網絡和UCN網絡設備件的設備）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系統通信故障問題。

3 結 語

霍尼韋爾TPS系統在我公司生產現場已使用4a多，其功能強大，多處采用冗余設置，增加了系統的可靠性；從電氣設備來的數字輸入量信號及全部的數字量輸出采用繼電器隔離，不直接接入系統，避免瞬間大電流、高電壓傳入系統而造成系統設備的損壞。此外，該系統的卡件、通訊卡件和網絡還具有自診斷功能，任何地方出現故障都能在操作界面上清楚地顯示出來，并且能盡快排除。雖然系統總體穩定性還算可以，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，該系統的LCN網采用的是令牌環傳遞式總線網，數據傳送是廣播方式的，有時網絡通訊出現問題時，故障源的查找工作十分困難。以上是筆者對TPS系統的一點淺薄認識，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 ［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［3］周杏鵬.現代檢測技術 ［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儀表系統接地設計規定.

［7］GB 50093－2002自動化儀表工程施工及驗收規范.