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摘要：蘭州石化乙烯裂解裝置Honeywell TPS集散控制系統(tǒng)自2003年升級改造以來，多次出現(xiàn)UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警，甚至?xí)?dǎo)致UCN網(wǎng)絡(luò)冗余A/B網(wǎng)通訊電纜中斷，造成TPS系統(tǒng)失控。針對Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警，DCS系統(tǒng)維護(hù)人員采取有效的措施，避免了故障的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：Honeywell TPS集散控制系統(tǒng)；UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警；冗余通訊電纜

1　引言

蘭州石化公司16萬噸/年乙烯裂解裝置于1988年4月建成投產(chǎn)，生產(chǎn)能力達(dá)18萬噸/年，裝置由爐區(qū)、初分餾、壓縮三個崗位組成。DCS控制系統(tǒng)采用美國Honeywell TPS集散控制系統(tǒng)。裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)采用ESD安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，ESD系統(tǒng)采用北京康吉森自動化設(shè)備技術(shù)有限責(zé)任公司的安全邏輯控制系統(tǒng)Tricon TCS-3000系統(tǒng)。Tricon TCS-3000系統(tǒng)通過Honeywell SMM 4409通訊卡，將ESD系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)輸入DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接。

2　Honeywell TPS控制系統(tǒng)介紹

蘭州石化乙烯裂解裝置DCS控制系統(tǒng)采用的是美國Honeywell TPS控制系統(tǒng)，它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計算機(jī)（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。Honeywell TPS系統(tǒng)過程接口的數(shù)據(jù)采集和控制的范圍非常廣泛。它可以分散在一個或多個萬能控制網(wǎng)絡(luò)（UCN）上的HPM過程控制站、LM邏輯控制站上進(jìn)行，還可以從其它公司的設(shè)備上獲取數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)適用于系統(tǒng)所有模件。系統(tǒng)的控制策略包括有常規(guī)的、邏輯的、順控的、批量的控制。可從簡單的常規(guī)PID控制到先進(jìn)復(fù)雜的高級控制，生產(chǎn)的范圍從連續(xù)生產(chǎn)到間歇生產(chǎn)。乙烯裂解裝置TPS控制系統(tǒng)中，配置了4對冗余的高性能過程管理器HPM（節(jié)點號為11和12冗余、13和14冗余、15和16冗余、19和20冗余），其主要實現(xiàn)迅速進(jìn)行大量數(shù)據(jù)存儲和內(nèi)部數(shù)據(jù)運算功能，并通過UCN網(wǎng)絡(luò)與Tricon系統(tǒng)進(jìn)行通信，實現(xiàn)共享數(shù)據(jù)和聯(lián)鎖、控制信息交互，最終完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量、控制、邏輯程序處理運算功能。兩塊NIM（Net-work Interface Module）模塊實現(xiàn)冗余的網(wǎng)絡(luò)接口（節(jié)點號為1和2冗余），完成TPS系統(tǒng)的上位與下位數(shù)據(jù)組態(tài)、控制器間通訊、現(xiàn)場測點報警、運算指令輸出等功能。一塊HM公用數(shù)據(jù)記錄模塊（節(jié)點號為25），保存TPS系統(tǒng)的控制器數(shù)據(jù)、下位組態(tài)數(shù)據(jù)及上位操作設(shè)定參數(shù)和現(xiàn)場測點的趨勢記錄數(shù)據(jù)。一塊SM通訊模塊（節(jié)點號為17），外接裝置ESD系統(tǒng)TRICON TCS-3000的Honeywell SMM 4409通訊卡，實現(xiàn)Tricon系統(tǒng)與TPS系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)鏈接。冗余互備的4臺GUS操作站，有效、可靠地提供給操作人員監(jiān)控使用。Honeywell TPS系統(tǒng)操作層通過一對冗余、閉環(huán)的LCN網(wǎng)與控制器數(shù)據(jù)運算層通過一對冗余、閉環(huán)的UCN網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)互通而成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

圖1 蘭州石化乙烯裂解裝置TPS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

3　Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警

UCN網(wǎng)絡(luò)由冗余的同軸電纜組成，其中一根同軸電纜叫做UCN網(wǎng)絡(luò)A，另一根同軸電纜叫做UCN網(wǎng)絡(luò)B。采用IEEE 802.4和ISO標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，通訊速率5Mbit/s，令牌傳送方式，可掛接32對冗余節(jié)點。UCN網(wǎng)絡(luò)利用對等通訊功能（點對點PEER TO PEER）實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)共享和先進(jìn)復(fù)雜控制。UCN網(wǎng)絡(luò)通過NIM（Net-work Interface Module）網(wǎng)絡(luò)接口模塊和LCN上層網(wǎng)絡(luò)相連接，并進(jìn)行實時數(shù)據(jù)通訊。UCN網(wǎng)絡(luò)長度通常為700m，最長可達(dá)4900m。

DCS系統(tǒng)維護(hù)人員，每天巡檢、查看UCN CABLE STATES狀態(tài)、A/B纜通訊的切換和UCN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生噪音的次數(shù)等情況。UCN網(wǎng)絡(luò)冗余通訊電纜運行報警畫面出現(xiàn)，說明UCN網(wǎng)絡(luò)冗余通訊電纜出現(xiàn)故障。UCN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號17設(shè)備冗余通訊電纜運行報警畫面出現(xiàn)，說明UCN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號17設(shè)備掛載裝置ESD系統(tǒng)TRICON TCS-3000的通信網(wǎng)卡至NIM設(shè)備冗余通訊電纜故障斷網(wǎng)。UCN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號17設(shè)備產(chǎn)生噪音次數(shù)畫面顯示數(shù)據(jù)次數(shù)，說明UCN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號17設(shè)備冗余通訊電纜產(chǎn)生噪音次數(shù)。UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警出現(xiàn)表示冗余通訊A/B電纜通訊不能正常切換。UCN網(wǎng)絡(luò)噪音次數(shù)顯示增長過快，嚴(yán)重時導(dǎo)致UCN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸不暢，控制器狀態(tài)顯示畫面會出現(xiàn)問號，甚至引起NIM所有節(jié)點設(shè)備故障。

4　Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警原因

UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警是最近一段時間困擾蘭州石化乙烯裂解裝置Honeywell TPS系統(tǒng)正常運行的隱患，特別是系統(tǒng)運行一段時間后，UCN電纜產(chǎn)生電纜噪音幾天數(shù)量就已過萬，導(dǎo)致TPS系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊中斷，系統(tǒng)顯示運行不正常。若DCS系統(tǒng)維護(hù)人員不能快速發(fā)現(xiàn)并處理UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警，可能導(dǎo)致UCN網(wǎng)絡(luò)冗余A/B網(wǎng)通訊電纜中斷，造成乙烯裂解裝置TPS系統(tǒng)失控，影響整個乙烯裂解裝置的正常生產(chǎn)運行。分析Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警原因如表1所示。

表1 Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警原因分析

5　Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警進(jìn)一步措施

介于以上9個隱患，DCS系統(tǒng)維護(hù)人員逐一逐項對照排查，并采取進(jìn)一步措施和處理方法，說明如下：

（1）Honeywell TPS系統(tǒng)的接地有三個：安全地Safety Ground、屏蔽地Shield Ground、工作地Working Ground，三種接地需獨立設(shè)備。蘭州石化乙烯裂解裝置接地系統(tǒng)經(jīng)過改造后，將安全地、屏蔽地和工作地完全隔離分開，從而在接地問題上按照施工標(biāo)準(zhǔn)實施，增強(qiáng)TPS系統(tǒng)的抗干擾能力。

（2）通過咨詢和查閱相關(guān)Honeywell TPS系統(tǒng)組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)文件，發(fā)現(xiàn)TPS系統(tǒng)上位操作畫面流程圖相關(guān)儀表數(shù)據(jù)鏈接點數(shù)量要求。Honeywell TPS系統(tǒng)技術(shù)文件要求單幅流程畫面儀表數(shù)據(jù)鏈接點最好不多于200個，易控制在120個以內(nèi)。對照蘭州石化乙烯裂解裝置NIM網(wǎng)絡(luò)接口模塊中點數(shù)超過200個的有19幅畫面之多，造成上位操作站與下位控制器調(diào)用數(shù)據(jù)頻繁，資源占用率較高，達(dá)到50%以上。利用2019年裝置車機(jī)會，將19幅流程圖畫面儀表數(shù)據(jù)鏈接點進(jìn)行分散布置，降低NIM網(wǎng)絡(luò)接口模塊資源占用率。

（3）通過咨詢和查閱相關(guān)Honeywell TPS系統(tǒng)安裝、施工、集成標(biāo)準(zhǔn)文件，確認(rèn)UCN網(wǎng)絡(luò)冗余A/B通訊電纜為同軸屏蔽專用電纜。在施工過程中，需確認(rèn)2根UCN網(wǎng)絡(luò)冗余A/B通訊電纜間必須分開鋪設(shè)，A通訊電纜必須連接對應(yīng)A通訊電纜，B通訊電纜必須連接對應(yīng)B通訊電纜，相互之間不能搭接混接。依照標(biāo)準(zhǔn)核對，蘭州石化乙烯裂解裝置Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)冗余A/B通訊電纜的連接施工正確，符合標(biāo)準(zhǔn)。

（4）通過咨詢和查閱相關(guān)Honeywell TPS系統(tǒng)安裝、施工、集成標(biāo)準(zhǔn)文件，確認(rèn)UCN網(wǎng)絡(luò)冗余A/B通訊電纜的TAP盒之間的連接需遵循相鄰兩個TAP盒之間，一個TAP盒盒面白點與相鄰TAP盒盒面無白點處，用同軸屏蔽專用電纜連接。經(jīng)檢查，蘭州石化乙烯裂解裝置Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)TAP盒連接符合技術(shù)要求。如圖2所示。

圖2 Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)TAP盒

（5）通過咨詢和查閱相關(guān)Honeywell TPS系統(tǒng)安裝、施工、集成標(biāo)準(zhǔn)文件，確認(rèn)UCN網(wǎng)絡(luò)冗余A/B通訊電纜主電纜（略粗）需接入TAP盒盒面白點處，并且直線連接。且TAP盒未連接通訊電纜處，需加裝75Ω的終端電阻，TAP盒上接地處需用黃綠屏蔽線連接入工作地。經(jīng)檢查，蘭州石化乙烯裂解裝置Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)TAP盒連接符合技術(shù)要求。

（6）通過咨詢和查閱相關(guān)Honeywell TPS系統(tǒng)硬件維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)文件，對TAP盒和UCN網(wǎng)絡(luò)冗余A/B通訊電纜需定期進(jìn)行更換，并用酒精（75%）擦洗相關(guān)設(shè)備、接口和連接處。定期對TAP盒終端電阻進(jìn)行緊固，測試、更換。經(jīng)檢查，DCS系統(tǒng)維護(hù)人員將蘭州石化乙烯裂解裝置Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號17設(shè)備A纜進(jìn)行更換。

（7）通過咨詢和查閱相關(guān)Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)冗余A/B通訊電纜維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)文件，對產(chǎn)生干擾比較多的UCN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號17設(shè)備A纜，將A纜一端斷開，線芯與機(jī)柜工作地銅排接觸數(shù)秒，進(jìn)行靜電放電操作。靜電放電處理完成后，恢復(fù)A纜連接。

6　結(jié)束語

針對Honeywell TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警，DCS系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行了以上處置。通過裂解裝置2019~2021年近3年運行時周期考驗，消除了外界電磁干擾對UCN的通信干擾，解決了TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)運行報警問題，確保了蘭州石化乙烯裂解裝置長周期、安全、穩(wěn)定的運行，消除了故障隱患。

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作者簡介：

杜　勇（1979-），男，甘肅蘭州人，高級工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于中國石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部，主要研究方向為儀表。

摘自《自動化博覽》2022年第3期