霍尼韋爾TPS系統UCN故障報警的原因分析與接地系統的優化改造

張翼飛，孫 永

兗礦國泰化工有限公司，山東滕州 277527

1 TPS 系統簡介

TPS 系統把整個公司的生產過程控制系統和商業信息系統整合在一個平臺上。TPS 的全稱是Total Plant Solution，TPS 系統是一個自動化系統，該系統具有如下特點：

1）公司綜合管理控制一體化

依照公司綜合管理的需求，TPS 系統能夠和公司信息網相連，從而組成包含廣泛內容的計算機綜合網絡系統，進而對整個公司的生產計劃、產品開發、銷售、生產過程、有關物質流和信息流進行全面管理。

2）開放性

TPS 系統的LCN、UCN 通信網絡都遵循公司自動化協議網絡標準，二者均應用美國電機及電子工程師學會制定的IEEE 8024 與國際標準化組織制定的ISO 802 4 開放系統互連的標準。

TPS 系統的PCN 網絡選用的是以太網，而以太網是當前辦公自動化領域中應用最廣泛的網絡；TPS 系統中的GUS 全方位操作站提供標準的以太網接口，從而可以讓整個公司實現管、控一體化目標。

3）人機接口

在TPS 系統中，操作者可以實現豐富多彩且具有特色的操作，能夠設計從簡單到復雜的各類用戶顯示界面。TPS 系統全方位用戶操作站應用了智能顯示技術、高分辨彩色液晶顯示器技術與窗口技術等技術，是面向過程的單一窗口，且各個GUS 工作站均可以存取TPS 系統大量的數據。

4）過程控制功能

TPS 系統能夠實現從簡單的常規PID 控制到復雜的高級控制，控制策略包括順控的、常規的、批量的、邏輯的控制。

TPS 系統能夠從其它公司的設備上采集數據，也可以在一個或者多個萬能控制網絡(UCN)上的HPM 過程控制站、INI邏輯控制站上采集數據。TPS 系統過程接口的數據采集與控制的范圍非常廣泛，而且這些數據對系統所有模件都適用。

2 系統故障情況

兗礦國泰化工有限公司3#鍋爐DCS 系統采用霍尼韋爾TPS 系統，系統采用2 對冗余控制器，1 對冗余NIM，3 臺操作站，1 臺工程師站，該系統目前已經運行2 年多，系統運行較為穩定。但是系統在運行中上也存在一些問題。系統自投運以來噪聲干擾故障頻繁出現，天津Honeywell 公司技術人員來現場排查，發現了一些故障問題，現將影響較大的故障主要有：

1）2010 年3 月13 日系統因噪聲干擾引起HPM13 控制器B 網通訊故障，導致4 臺GUS 操作站通訊錯誤；

2）2010 年3 月19 日系統因噪聲干擾引起HPM1；

3）控制器B 網通訊故障，導致4 臺GUS 操作站通訊錯誤；

4）UCN 報警造成網絡故障，引起電腦數據無法正常顯示；由于TPS 系統通過UCN 電纜把數據傳到電腦上，UCN 的故障導致數據也無法正常傳輸到電腦上。

圖1 造成B 網無法切換干擾統計

3 故障原因

通過對UCN 網絡接地檢查及DCS 系統總接地檢查，初步判斷故障原因為系統接地不良，從而造成模件上的靜電不能得到有效釋放，產生噪聲干擾，進而擾亂模件的有效運轉。

Master Reference Ground(主參考地)、Safety Ground （安全地）、Lightning Ground （雷擊地）是TPS 系統的三個接地系統，其中主參考地與安全地都是獨立接地。系統現在采用的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。經過現場檢查及技術交流，基本判定系統噪聲干擾主要是由系統接地不好引起。

4 系統改造

4.1 系統改造目的

通過對系統接地改造，消除因接地不好引起的噪聲干擾及系統通訊故障。

4.2 系統改造依據

1）HG/T 20508-2000 控制室設計規定；

2）HG/T 20513-2000 儀表系統接地設計規定；

3）GB 50093-2002 自動化儀表工程施工及驗收規范。

4.3 系統改造技術要求

1）接地系統的導線需要選用電纜或者多股絞合銅芯絕緣線；

2）機柜里的保護接地匯流排需要和機柜進行可靠的電氣連接；

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用防松件或者采用焊接，需要應用銅接線片和鍍鋅鋼質螺栓進行連接。接地系統的各種連接需要保證良好的導電性，應該牢固、可靠；

5）機柜內接地線采用4mm2黃綠接地線；

6）機柜內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）儀表及控制系統的接地連接電阻不應大于1Ω。接地連接電阻是接地極到儀表或者設備的接地端子之間的連接點與導線的電阻總和；

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

10）如果接地干線在室外走線，而且接地干線的長度大于10m，就需要內層單點接地，外層兩端接地，采用雙層屏蔽，從而防止電磁脈沖的干擾。如果接地干線長度大于10 m 或者附近存在強磁場設備，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單端接地，或者對接地干線進行穿鋼管保護，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行壓接，壓線鼻緊固處需掛錫防止接觸不良；

12）單獨接地體與獨立和防直擊雷接地體必須相距20m以上，與其它電氣專業接地體必須相距5m 以上；

13）接地體推薦采用3 根2.5m 長的50*50 的角鋼打入地下，接著用鍍鋅扁鐵（40*4）焊接起來，此過程建議用堆焊；用≥35mm2的導線（通常保持導線長度≤20m）引到控制室接地銅排的方式，以達到接地電阻小于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 保護接地線采用25mm2黃綠接地線。

4.4 改造措施

4.4.1 接地系統改造措施

1）對DCS 系統接地進行重新劃分，機柜內安裝保護接地和工作接地匯流排；

2）取消保護接地和工作接地匯流排的連接電纜，將保護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#鍋爐廠房南側空地增加保護接地和工作接地2 個獨立接地體；

4）現用接地體作為UPS 的保護接地；

4.4.2 減少或消除UCN 報警故障措施

1）檢查系統接地，有虛接地，客戶已緊固；

2）查看報警日志，發現噪音主要出現在B 纜，而且集中在13/14 節點；

3）改善B 主纜路徑，遠離電源；

4）改善TAP 接地。

4.5 改造結果

1）通過對系統接地的改造，消除了因接地不好引起的噪聲干擾及系統通訊故障，減少了停車事故的發生；

2）對系統進行改造以后，明顯降低了系統報警次數，提高了系統的穩定性，取得了明顯的經濟效益。

[1]方志亮，徐濤，劉建宇，許蘭波.Honeywell TPS系統應用技術的探討[J].數字石油和化工，2008(3).

[2]楊增華.TPS系統組態調試及維護[J].石油化工自動化，2005(6).

[3]曹志偉，周曉東，王成剛.TPS可移植性及其評估方法研究[J].國外電子測量技術，2007(9).

[4]邱遠，趙陽.基于Honeywell的TPS系統遠程控制及串口通訊的設計與應用[J].河南理工大學學報：自然科學版，2006(5).

[5]于成.TPS系統維護技術研究[J].科技信息，2008(35).