霍尼韦尔TPS系统UCN故障报警的原因分析与接地系统的优化改造

张翼飞，孙 永

兖矿国泰化工有限公司，山东滕州 277527

1 TPS 系统简介

TPS 系统把整个公司的生产过程控制系统和商业信息系统整合在一个平台上。TPS 的全称是Total Plant Solution，TPS 系统是一个自动化系统，该系统具有如下特点：

1）公司综合管理控制一体化

依照公司综合管理的需求，TPS 系统能够和公司信息网相连，从而组成包含广泛内容的计算机综合网络系统，进而对整个公司的生产计划、产品开发、销售、生产过程、有关物质流和信息流进行全面管理。

2）开放性

TPS 系统的LCN、UCN 通信网络都遵循公司自动化协议网络标准，二者均应用美国电机及电子工程师学会制定的IEEE 8024 与国际标准化组织制定的ISO 802 4 开放系统互连的标准。

TPS 系统的PCN 网络选用的是以太网，而以太网是当前办公自动化领域中应用最广泛的网络；TPS 系统中的GUS 全方位操作站提供标准的以太网接口，从而可以让整个公司实现管、控一体化目标。

3）人机接口

在TPS 系统中，操作者可以实现丰富多彩且具有特色的操作，能够设计从简单到复杂的各类用户显示界面。TPS 系统全方位用户操作站应用了智能显示技术、高分辨彩色液晶显示器技术与窗口技术等技术，是面向过程的单一窗口，且各个GUS 工作站均可以存取TPS 系统大量的数据。

4）过程控制功能

TPS 系统能够实现从简单的常规PID 控制到复杂的高级控制，控制策略包括顺控的、常规的、批量的、逻辑的控制。

TPS 系统能够从其它公司的设备上采集数据，也可以在一个或者多个万能控制网络(UCN)上的HPM 过程控制站、INI逻辑控制站上采集数据。TPS 系统过程接口的数据采集与控制的范围非常广泛，而且这些数据对系统所有模件都适用。

2 系统故障情况

兖矿国泰化工有限公司3#锅炉DCS 系统采用霍尼韦尔TPS 系统，系统采用2 对冗余控制器，1 对冗余NIM，3 台操作站，1 台工程师站，该系统目前已经运行2 年多，系统运行较为稳定。但是系统在运行中上也存在一些问题。系统自投运以来噪声干扰故障频繁出现，天津Honeywell 公司技术人员来现场排查，发现了一些故障问题，现将影响较大的故障主要有：

1）2010 年3 月13 日系统因噪声干扰引起HPM13 控制器B 网通讯故障，导致4 台GUS 操作站通讯错误；

2）2010 年3 月19 日系统因噪声干扰引起HPM1；

3）控制器B 网通讯故障，导致4 台GUS 操作站通讯错误；

4）UCN 报警造成网络故障，引起电脑数据无法正常显示；由于TPS 系统通过UCN 电缆把数据传到电脑上，UCN 的故障导致数据也无法正常传输到电脑上。

图1 造成B 网无法切换干扰统计

3 故障原因

通过对UCN 网络接地检查及DCS 系统总接地检查，初步判断故障原因为系统接地不良，从而造成模件上的静电不能得到有效释放，产生噪声干扰，进而扰乱模件的有效运转。

Master Reference Ground(主参考地)、Safety Ground （安全地）、Lightning Ground （雷击地）是TPS 系统的三个接地系统，其中主参考地与安全地都是独立接地。系统现在采用的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。经过现场检查及技术交流，基本判定系统噪声干扰主要是由系统接地不好引起。

4 系统改造

4.1 系统改造目的

通过对系统接地改造，消除因接地不好引起的噪声干扰及系统通讯故障。

4.2 系统改造依据

1）HG/T 20508-2000 控制室设计规定；

2）HG/T 20513-2000 仪表系统接地设计规定；

3）GB 50093-2002 自动化仪表工程施工及验收规范。

4.3 系统改造技术要求

1）接地系统的导线需要选用电缆或者多股绞合铜芯绝缘线；

2）机柜里的保护接地汇流排需要和机柜进行可靠的电气连接；

3）工作接地汇总板和工作接地汇流排需要采用绝缘支架固定；

4）接地线、接地干线、接地总干线与接地汇流排、接地汇总板的连接必须应用防松件或者采用焊接，需要应用铜接线片和镀锌钢质螺栓进行连接。接地系统的各种连接需要保证良好的导电性，应该牢固、可靠；

5）机柜内接地线采用4mm2黄绿接地线；

6）机柜内汇流排至接地总接线板采用16mm2黄绿接地线；

7）接地总接线板至接地体采用35mm2黄绿接地线；

8）仪表及控制系统的接地连接电阻不应大于1Ω。接地连接电阻是接地极到仪表或者设备的接地端子之间的连接点与导线的电阻总和；

9）仪表及控制系统的接地电阻不应大于4Ω。接地电阻是接地连接电阻与接地极对地电阻的总和；

10）如果接地干线在室外走线，而且接地干线的长度大于10m，就需要内层单点接地，外层两端接地，采用双层屏蔽，从而防止电磁脉冲的干扰。如果接地干线长度大于10 m 或者附近存在强磁场设备，则需要采取以下屏蔽措施：采用屏蔽电缆，钢管或者屏蔽电缆的屏蔽层应单端接地，或者对接地干线进行穿钢管保护，钢管间连为一体；

11）所有接地线两端需挂锡后利用压线鼻进行压接，压线鼻紧固处需挂锡防止接触不良；

12）单独接地体与独立和防直击雷接地体必须相距20m以上，与其它电气专业接地体必须相距5m 以上；

13）接地体推荐采用3 根2.5m 长的50*50 的角钢打入地下，接着用镀锌扁铁（40*4）焊接起来，此过程建议用堆焊；用≥35mm2的导线（通常保持导线长度≤20m）引到控制室接地铜排的方式，以达到接地电阻小于4Ω 为基本要求；如果地理状况特殊，则必须采用降阻剂以降低接地电阻；

14）UPS 保护接地线采用25mm2黄绿接地线。

4.4 改造措施

4.4.1 接地系统改造措施

1）对DCS 系统接地进行重新划分，机柜内安装保护接地和工作接地汇流排；

2）取消保护接地和工作接地汇流排的连接电缆，将保护接地汇流排和工作接地汇流排分别引至各自接地体；

3）在3#锅炉厂房南侧空地增加保护接地和工作接地2 个独立接地体；

4）现用接地体作为UPS 的保护接地；

4.4.2 减少或消除UCN 报警故障措施

1）检查系统接地，有虚接地，客户已紧固；

2）查看报警日志，发现噪音主要出现在B 缆，而且集中在13/14 节点；

3）改善B 主缆路径，远离电源；

4）改善TAP 接地。

4.5 改造结果

1）通过对系统接地的改造，消除了因接地不好引起的噪声干扰及系统通讯故障，减少了停车事故的发生；

2）对系统进行改造以后，明显降低了系统报警次数，提高了系统的稳定性，取得了明显的经济效益。

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