UCN网络故障的分析和处理

孔维华

（兖矿国泰化工有限公司，山东滕州 277527）

0 引 言

随着我公司的迅速发展，项目不断扩产，公司在原有2台130t／h循环流化床锅炉的基础上再增加1台260t／h的CBF锅炉。在原来的“130t／h循环流化床锅炉”系统中自控仪表部分就采用了2套ABB AC800FDCS系统，新的260t／h CBF锅炉从经济和稳定性上考虑，采用的是霍尼韦尔公司的TPS系统，集中了连续控制、批量控制、顺序逻辑控制、数据采集等功能于一体。虽然DCS在管理上采取了管理、操作、显示、记录的集中方式，在控制上采取了功能分散、负荷分散、危险分散的工作方式，但是，DCS系统中的任何一个环节一旦出现问题，都将会带来严重的后果。因此，如何正确地使用、维护DCS，确保DCS的长周期安全运行显得尤为重要。

1 系统介绍

该系统是美国Honeywell公司在TDC－3000系统基础上推出的将工厂的信息系统与生产过程控制系统统一在一个平台上的全厂一体化解决方案控制系统。系统中，配置了两对冗余的高性能过程管理器HPM（节点号为11和12冗余，13和14冗余），其主要功能是，快速的内部数据处理和强大的存储能力，以及通过网络点对点通信共享数据的控制能力，最终完成扫描、控制系统过程数据。一对冗余的网络接口模件NIM（Network Interface Module）（节点号为21和22冗余），主要用于系统组态、通信、报警、命令处理、时钟广播等。一个公用的历史模件（节点号为25），用于存储整个系统的系统文件、属性文件、用户组态文件和工艺参数及其产生的历史数据；4台GUS站，1台用作工程师站，其他3台为操作站（互为备用），大大提高了系统的安全可靠性。整个系统通过一条冗余的UCN网和一条冗余的LCN网连接而成。具体配置如图1。

2 UCN网络故障的分析和处理

UCN CABLE STATES查看和A／B缆通讯的切换，以及观察UCN网产生噪音的次数，故障状态为：某一条，或两条电缆底色为红色，电缆不能正常切换，或者UCN电缆噪音数增长很快（如图2），严重时导致UCN网数据不能上传，控制器状态显示一串问号（？？？？？？？？），或者导致NIM节点FAIL。

图1 系统网络图

图2 UCN网络噪音造成通信故障

UCN噪音报警是开车初期一直困扰霍尼韦尔TDC3000系统在我公司正常运行的问题，特别是有大型电器设备启动时UCN电缆检测到每小时数以千计的电缆噪音，使得DCS系统出现通信中断，系统无法投入正常运行；如果不及时解决UCN电缆噪音问题，一旦UCN两条线同时通信中断，将造成DCS通信瘫痪，从而影响整个锅炉的生产作业。为了确保DCS的长周期运行，车间专门提出了针对DCS通信故障攻关这一课题。通过咨询霍尼韦尔厂家，向有类似问题的同行请教和查阅相关资料，我们分析了干扰的主要来源和途径。

（1）NIM MODOM卡件硬件故障，此情况最为严重，须维修或更换卡件；

（2）UCN TAP盒故障，须更换TAP盒；

（3）UCN电缆75Ω堵头阻值发生变化，须更换堵头；

（4）UCN连接时没有用力矩扳手，接口处连接时用力不均造成松紧不一；

（5）由于气候变化，温／湿度变化大，有强振动源位于控制器附近等造成电缆接头松动或变形，须用力矩扳手重新拧紧或更换接头；

（6）电磁干扰等原因；

（7）UCN各节点接口模板（HPM）或MODOM（PM／APM）故障；

（8）接地系统混乱时的干扰；

（9）施工和安装不规范造成的系统干扰。

针对上述问题，我们逐一排查和处理，采取了几项有效的措施和技术解决方案，具体如下。

首先，我公司请来霍尼韦尔技术人员现场服务，通过对比安装Honeywell DCS的施工标准，对系统的各个方面进行检查和消缺。他们发现了我公司的主NIM的负载比较高，达到了60%以上（一般在30%～40%是正常的）。原因在于部分流程画面点数较多，其中有的画面达到了200多个，我们把这些点经过工艺确认以后分到了其他的画面上，减小了NIM的负载。

然后，技术人员发现UCN A网和UCN B网出现了混接并且TAP头的主缆和细缆混接。按照规范，UCN网由冗余的同轴电缆组成，其中一根电缆叫做UCN A，另一根叫做UCN B；UCN A和UCN B电缆之间必须分开连接，即UCN A电缆连接UCN A电缆，UCN B电缆连接UCN B电缆，两者之间不能混接。而且，TAPS在接法上的特点是，上带有白点的一端必须和另外一个TAPS不带白点的一端连接。另外，UCN的主干缆（粗缆）应该接到带白点一端，按照直线的顺序接好，即由控制器11到控制器13到NIM上，其他分缆接到TPA头的其他位置。TAP头上空着的接口用75Ω的终端电阻接好。

其次，通过和霍尼韦尔公司技术人员交流，确认TPS系统的接地有三个：Safety Ground（安全地）、Lightning Ground（雷击地）、Master Reference Ground（主参考地，简称MRG），其中安全地与MRG为独立接地。而我公司接地系统是将保护地和工作地汇总至1个总接地极，且接地总干线经过动力电缆桥架，系统接地已经违反 《仪表系统接地设计规定》及TPS系统接地要求。我们把系统和通信屏蔽地与保护地完全隔离（分开），避免多点接地和电位差不同造成的共模干扰，改善系统的抗干扰能力。

最后，改善系统的屏蔽能力。我们将UCN电缆穿过金属管并在金属管的一头接地，消除部分电磁干扰；对产生干扰比较多的13号控制器下的TAP头（TAPS：用于连接UCN网络和UCN网络设备件的设备）以及UCN缆进行更换，并对其他的TAP头进行酒精清洗和静电放电处理；对TAP头上的终端电阻进行逐个测量，如果不符合要求（电阻为75Ω）就进行更换，并对各接头用力矩扳手紧固。

针对UCN网络故障，我们进行了1a多的长期改造。从近2a的运行情况来看，消除了外界电磁干扰对UCN的通信干扰，解决了DCS系统通信故障问题。

3 结 语

霍尼韦尔TPS系统在我公司生产现场已使用4a多，其功能强大，多处采用冗余设置，增加了系统的可靠性；从电气设备来的数字输入量信号及全部的数字量输出采用继电器隔离，不直接接入系统，避免瞬间大电流、高电压传入系统而造成系统设备的损坏。此外，该系统的卡件、通讯卡件和网络还具有自诊断功能，任何地方出现故障都能在操作界面上清楚地显示出来，并且能尽快排除。虽然系统总体稳定性还算可以，但它的NIM和FTA使用起来并不是很理想，同时，其GUS操作站死机的频率也比较高。另外，该系统的LCN网采用的是令牌环传递式总线网，数据传送是广播方式的，有时网络通讯出现问题时，故障源的查找工作十分困难。以上是笔者对TPS系统的一点浅薄认识，不当之处敬请指教。

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

［2］林德杰.过程控制仪表及控制系统 ［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［3］周杏鹏.现代检测技术 ［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［4］张宏建.自动检测技术与装置 ［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［5］江秀汉.计算机控制原理及其应用 ［M］.西安：西安电子科技大学出版社，1995.

［6］HG／T 20513－2000仪表系统接地设计规定.

［7］GB 50093－2002自动化仪表工程施工及验收规范.