霍尼韋爾TPS系統(tǒng)UCN故障報(bào)警的原因分析與接地系統(tǒng)的優(yōu)化改造

張翼飛，孫 永

兗礦國(guó)泰化工有限公司，山東滕州 277527

1 TPS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

TPS 系統(tǒng)把整個(gè)公司的生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)和商業(yè)信息系統(tǒng)整合在一個(gè)平臺(tái)上。TPS 的全稱(chēng)是Total Plant Solution，TPS 系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1）公司綜合管理控制一體化

依照公司綜合管理的需求，TPS 系統(tǒng)能夠和公司信息網(wǎng)相連，從而組成包含廣泛內(nèi)容的計(jì)算機(jī)綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)公司的生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、銷(xiāo)售、生產(chǎn)過(guò)程、有關(guān)物質(zhì)流和信息流進(jìn)行全面管理。

2）開(kāi)放性

TPS 系統(tǒng)的LCN、UCN 通信網(wǎng)絡(luò)都遵循公司自動(dòng)化協(xié)議網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，二者均應(yīng)用美國(guó)電機(jī)及電子工程師學(xué)會(huì)制定的IEEE 8024 與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的ISO 802 4 開(kāi)放系統(tǒng)互連的標(biāo)準(zhǔn)。

TPS 系統(tǒng)的PCN 網(wǎng)絡(luò)選用的是以太網(wǎng)，而以太網(wǎng)是當(dāng)前辦公自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)；TPS 系統(tǒng)中的GUS 全方位操作站提供標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，從而可以讓整個(gè)公司實(shí)現(xiàn)管、控一體化目標(biāo)。

3）人機(jī)接口

在TPS 系統(tǒng)中，操作者可以實(shí)現(xiàn)豐富多彩且具有特色的操作，能夠設(shè)計(jì)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類(lèi)用戶顯示界面。TPS 系統(tǒng)全方位用戶操作站應(yīng)用了智能顯示技術(shù)、高分辨彩色液晶顯示器技術(shù)與窗口技術(shù)等技術(shù)，是面向過(guò)程的單一窗口，且各個(gè)GUS 工作站均可以存取TPS 系統(tǒng)大量的數(shù)據(jù)。

4）過(guò)程控制功能

TPS 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從簡(jiǎn)單的常規(guī)PID 控制到復(fù)雜的高級(jí)控制，控制策略包括順控的、常規(guī)的、批量的、邏輯的控制。

TPS 系統(tǒng)能夠從其它公司的設(shè)備上采集數(shù)據(jù)，也可以在一個(gè)或者多個(gè)萬(wàn)能控制網(wǎng)絡(luò)(UCN)上的HPM 過(guò)程控制站、INI邏輯控制站上采集數(shù)據(jù)。TPS 系統(tǒng)過(guò)程接口的數(shù)據(jù)采集與控制的范圍非常廣泛，而且這些數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)所有模件都適用。

2 系統(tǒng)故障情況

兗礦國(guó)泰化工有限公司3#鍋爐DCS 系統(tǒng)采用霍尼韋爾TPS 系統(tǒng)，系統(tǒng)采用2 對(duì)冗余控制器，1 對(duì)冗余NIM，3 臺(tái)操作站，1 臺(tái)工程師站，該系統(tǒng)目前已經(jīng)運(yùn)行2 年多，系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定。但是系統(tǒng)在運(yùn)行中上也存在一些問(wèn)題。系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)噪聲干擾故障頻繁出現(xiàn)，天津Honeywell 公司技術(shù)人員來(lái)現(xiàn)場(chǎng)排查，發(fā)現(xiàn)了一些故障問(wèn)題，現(xiàn)將影響較大的故障主要有：

1）2010 年3 月13 日系統(tǒng)因噪聲干擾引起HPM13 控制器B 網(wǎng)通訊故障，導(dǎo)致4 臺(tái)GUS 操作站通訊錯(cuò)誤；

2）2010 年3 月19 日系統(tǒng)因噪聲干擾引起HPM1；

3）控制器B 網(wǎng)通訊故障，導(dǎo)致4 臺(tái)GUS 操作站通訊錯(cuò)誤；

4）UCN 報(bào)警造成網(wǎng)絡(luò)故障，引起電腦數(shù)據(jù)無(wú)法正常顯示；由于TPS 系統(tǒng)通過(guò)UCN 電纜把數(shù)據(jù)傳到電腦上，UCN 的故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)也無(wú)法正常傳輸?shù)诫娔X上。

圖1 造成B 網(wǎng)無(wú)法切換干擾統(tǒng)計(jì)

3 故障原因

通過(guò)對(duì)UCN 網(wǎng)絡(luò)接地檢查及DCS 系統(tǒng)總接地檢查，初步判斷故障原因?yàn)橄到y(tǒng)接地不良，從而造成模件上的靜電不能得到有效釋放，產(chǎn)生噪聲干擾，進(jìn)而擾亂模件的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

Master Reference Ground(主參考地)、Safety Ground （安全地）、Lightning Ground （雷擊地）是TPS 系統(tǒng)的三個(gè)接地系統(tǒng)，其中主參考地與安全地都是獨(dú)立接地。系統(tǒng)現(xiàn)在采用的接地系統(tǒng)是將保護(hù)地和工作地匯總至1 個(gè)總接地極，且接地總干線經(jīng)過(guò)動(dòng)力電纜橋架，系統(tǒng)接地已經(jīng)違反《儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)定》及TPS 系統(tǒng)接地要求。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查及技術(shù)交流，基本判定系統(tǒng)噪聲干擾主要是由系統(tǒng)接地不好引起。

4 系統(tǒng)改造

4.1 系統(tǒng)改造目的

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)接地改造，消除因接地不好引起的噪聲干擾及系統(tǒng)通訊故障。

4.2 系統(tǒng)改造依據(jù)

1）HG/T 20508-2000 控制室設(shè)計(jì)規(guī)定；

2）HG/T 20513-2000 儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)定；

3）GB 50093-2002 自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范。

4.3 系統(tǒng)改造技術(shù)要求

1）接地系統(tǒng)的導(dǎo)線需要選用電纜或者多股絞合銅芯絕緣線；

2）機(jī)柜里的保護(hù)接地匯流排需要和機(jī)柜進(jìn)行可靠的電氣連接；

3）工作接地匯總板和工作接地匯流排需要采用絕緣支架固定；

4）接地線、接地干線、接地總干線與接地匯流排、接地匯總板的連接必須應(yīng)用防松件或者采用焊接，需要應(yīng)用銅接線片和鍍鋅鋼質(zhì)螺栓進(jìn)行連接。接地系統(tǒng)的各種連接需要保證良好的導(dǎo)電性，應(yīng)該牢固、可靠；

5）機(jī)柜內(nèi)接地線采用4mm2黃綠接地線；

6）機(jī)柜內(nèi)匯流排至接地總接線板采用16mm2黃綠接地線；

7）接地總接線板至接地體采用35mm2黃綠接地線；

8）儀表及控制系統(tǒng)的接地連接電阻不應(yīng)大于1Ω。接地連接電阻是接地極到儀表或者設(shè)備的接地端子之間的連接點(diǎn)與導(dǎo)線的電阻總和；

9）儀表及控制系統(tǒng)的接地電阻不應(yīng)大于4Ω。接地電阻是接地連接電阻與接地極對(duì)地電阻的總和；

10）如果接地干線在室外走線，而且接地干線的長(zhǎng)度大于10m，就需要內(nèi)層單點(diǎn)接地，外層兩端接地，采用雙層屏蔽，從而防止電磁脈沖的干擾。如果接地干線長(zhǎng)度大于10 m 或者附近存在強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)備，則需要采取以下屏蔽措施：采用屏蔽電纜，鋼管或者屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)單端接地，或者對(duì)接地干線進(jìn)行穿鋼管保護(hù)，鋼管間連為一體；

11）所有接地線兩端需掛錫后利用壓線鼻進(jìn)行壓接，壓線鼻緊固處需掛錫防止接觸不良；

12）單獨(dú)接地體與獨(dú)立和防直擊雷接地體必須相距20m以上，與其它電氣專(zhuān)業(yè)接地體必須相距5m 以上；

13）接地體推薦采用3 根2.5m 長(zhǎng)的50*50 的角鋼打入地下，接著用鍍鋅扁鐵（40*4）焊接起來(lái)，此過(guò)程建議用堆焊；用≥35mm2的導(dǎo)線（通常保持導(dǎo)線長(zhǎng)度≤20m）引到控制室接地銅排的方式，以達(dá)到接地電阻小于4Ω 為基本要求；如果地理狀況特殊，則必須采用降阻劑以降低接地電阻；

14）UPS 保護(hù)接地線采用25mm2黃綠接地線。

4.4 改造措施

4.4.1 接地系統(tǒng)改造措施

1）對(duì)DCS 系統(tǒng)接地進(jìn)行重新劃分，機(jī)柜內(nèi)安裝保護(hù)接地和工作接地匯流排；

2）取消保護(hù)接地和工作接地匯流排的連接電纜，將保護(hù)接地匯流排和工作接地匯流排分別引至各自接地體；

3）在3#鍋爐廠房南側(cè)空地增加保護(hù)接地和工作接地2 個(gè)獨(dú)立接地體；

4）現(xiàn)用接地體作為UPS 的保護(hù)接地；

4.4.2 減少或消除UCN 報(bào)警故障措施

1）檢查系統(tǒng)接地，有虛接地，客戶已緊固；

2）查看報(bào)警日志，發(fā)現(xiàn)噪音主要出現(xiàn)在B 纜，而且集中在13/14 節(jié)點(diǎn)；

3）改善B 主纜路徑，遠(yuǎn)離電源；

4）改善TAP 接地。

4.5 改造結(jié)果

1）通過(guò)對(duì)系統(tǒng)接地的改造，消除了因接地不好引起的噪聲干擾及系統(tǒng)通訊故障，減少了停車(chē)事故的發(fā)生；

2）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造以后，明顯降低了系統(tǒng)報(bào)警次數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

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