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摘要：蘭州石化乙烯裂解裝置Honeywell TPS集散控制系統自2003年升級改造以來，多次出現UCN網絡運行報警，甚至會導致UCN網絡冗余A/B網通訊電纜中斷，造成TPS系統失控。針對Honeywell TPS系統UCN網絡運行報警，DCS系統維護人員采取有效的措施，避免了故障的再次發生。

關鍵詞：Honeywell TPS集散控制系統；UCN網絡運行報警；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，生產能力達18萬噸/年，裝置由爐區、初分餾、壓縮三個崗位組成。DCS控制系統采用美國Honeywell TPS集散控制系統。裝置的安全聯鎖保護系統采用ESD安全聯鎖控制系統，ESD系統采用北京康吉森自動化設備技術有限責任公司的安全邏輯控制系統Tricon TCS-3000系統。Tricon TCS-3000系統通過Honeywell SMM 4409通訊卡，將ESD系統數據通過Honeywell TPS系統UCN網絡輸入DCS系統，實現數據連接。

2　Honeywell TPS控制系統介紹

蘭州石化乙烯裂解裝置DCS控制系統采用的是美國Honeywell TPS控制系統，它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。Honeywell TPS系統過程接口的數據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絡（UCN）上的HPM過程控制站、LM邏輯控制站上進行，還可以從其它公司的設備上獲取數據。這些數據適用于系統所有模件。系統的控制策略包括有常規的、邏輯的、順控的、批量的控制。可從簡單的常規PID控制到先進復雜的高級控制，生產的范圍從連續生產到間歇生產。乙烯裂解裝置TPS控制系統中，配置了4對冗余的高性能過程管理器HPM（節點號為11和12冗余、13和14冗余、15和16冗余、19和20冗余），其主要實現迅速進行大量數據存儲和內部數據運算功能，并通過UCN網絡與Tricon系統進行通信，實現共享數據和聯鎖、控制信息交互，最終完成現場數據測量、控制、邏輯程序處理運算功能。兩塊NIM（Net-work Interface Module）模塊實現冗余的網絡接口（節點號為1和2冗余），完成TPS系統的上位與下位數據組態、控制器間通訊、現場測點報警、運算指令輸出等功能。一塊HM公用數據記錄模塊（節點號為25），保存TPS系統的控制器數據、下位組態數據及上位操作設定參數和現場測點的趨勢記錄數據。一塊SM通訊模塊（節點號為17），外接裝置ESD系統TRICON TCS-3000的Honeywell SMM 4409通訊卡，實現Tricon系統與TPS系統的大量數據鏈接。冗余互備的4臺GUS操作站，有效、可靠地提供給操作人員監控使用。Honeywell TPS系統操作層通過一對冗余、閉環的LCN網與控制器數據運算層通過一對冗余、閉環的UCN網，進行數據互聯互通而成。系統網絡圖如圖1所示。

圖1 蘭州石化乙烯裂解裝置TPS系統網絡圖

3　Honeywell TPS系統UCN網絡運行報警

UCN網絡由冗余的同軸電纜組成，其中一根同軸電纜叫做UCN網絡A，另一根同軸電纜叫做UCN網絡B。采用IEEE 802.4和ISO標準通訊協議，通訊速率5Mbit/s，令牌傳送方式，可掛接32對冗余節點。UCN網絡利用對等通訊功能（點對點PEER TO PEER）實現過程數據共享和先進復雜控制。UCN網絡通過NIM（Net-work Interface Module）網絡接口模塊和LCN上層網絡相連接，并進行實時數據通訊。UCN網絡長度通常為700m，最長可達4900m。

DCS系統維護人員，每天巡檢、查看UCN CABLE STATES狀態、A/B纜通訊的切換和UCN網絡產生噪音的次數等情況。UCN網絡冗余通訊電纜運行報警畫面出現，說明UCN網絡冗余通訊電纜出現故障。UCN網絡節點號17設備冗余通訊電纜運行報警畫面出現，說明UCN網絡節點號17設備掛載裝置ESD系統TRICON TCS-3000的通信網卡至NIM設備冗余通訊電纜故障斷網。UCN網絡節點號17設備產生噪音次數畫面顯示數據次數，說明UCN網絡節點號17設備冗余通訊電纜產生噪音次數。UCN網絡運行報警出現表示冗余通訊A/B電纜通訊不能正常切換。UCN網絡噪音次數顯示增長過快，嚴重時導致UCN網絡數據傳輸不暢，控制器狀態顯示畫面會出現問號，甚至引起NIM所有節點設備故障。

4　Honeywell TPS系統UCN網絡運行報警原因

UCN網絡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系統正常運行的隱患，特別是系統運行一段時間后，UCN電纜產生電纜噪音幾天數量就已過萬，導致TPS系統數據通訊中斷，系統顯示運行不正常。若DCS系統維護人員不能快速發現并處理UCN網絡運行報警，可能導致UCN網絡冗余A/B網通訊電纜中斷，造成乙烯裂解裝置TPS系統失控，影響整個乙烯裂解裝置的正常生產運行。分析Honeywell TPS系統UCN網絡運行報警原因如表1所示。

表1 Honeywell TPS系統UCN網絡運行報警原因分析

5　Honeywell TPS系統UCN網絡運行報警進一步措施

介于以上9個隱患，DCS系統維護人員逐一逐項對照排查，并采取進一步措施和處理方法，說明如下：

（1）Honeywell TPS系統的接地有三個：安全地Safety Ground、屏蔽地Shield Ground、工作地Working Ground，三種接地需獨立設備。蘭州石化乙烯裂解裝置接地系統經過改造后，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準實施，增強TPS系統的抗干擾能力。

（2）通過咨詢和查閱相關Honeywell TPS系統組態標準文件，發現TPS系統上位操作畫面流程圖相關儀表數據鏈接點數量要求。Honeywell TPS系統技術文件要求單幅流程畫面儀表數據鏈接點最好不多于200個，易控制在120個以內。對照蘭州石化乙烯裂解裝置NIM網絡接口模塊中點數超過200個的有19幅畫面之多，造成上位操作站與下位控制器調用數據頻繁，資源占用率較高，達到50%以上。利用2019年裝置車機會，將19幅流程圖畫面儀表數據鏈接點進行分散布置，降低NIM網絡接口模塊資源占用率。

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

（4）通過咨詢和查閱相關Honeywell TPS系統安裝、施工、集成標準文件，確認UCN網絡冗余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。經檢查，蘭州石化乙烯裂解裝置Honeywell TPS系統UCN網絡TAP盒連接符合技術要求。如圖2所示。

圖2 Honeywell TPS系統UCN網絡TAP盒

（5）通過咨詢和查閱相關Honeywell TPS系統安裝、施工、集成標準文件，確認UCN網絡冗余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。經檢查，蘭州石化乙烯裂解裝置Honeywell TPS系統UCN網絡TAP盒連接符合技術要求。

（6）通過咨詢和查閱相關Honeywell TPS系統硬件維護標準文件，對TAP盒和UCN網絡冗余A/B通訊電纜需定期進行更換，并用酒精（75%）擦洗相關設備、接口和連接處。定期對TAP盒終端電阻進行緊固，測試、更換。經檢查，DCS系統維護人員將蘭州石化乙烯裂解裝置Honeywell TPS系統UCN網絡節點號17設備A纜進行更換。

（7）通過咨詢和查閱相關Honeywell TPS系統UCN網絡冗余A/B通訊電纜維護標準文件，對產生干擾比較多的UCN網絡節點號17設備A纜，將A纜一端斷開，線芯與機柜工作地銅排接觸數秒，進行靜電放電操作。靜電放電處理完成后，恢復A纜連接。

6　結束語

針對Honeywell TPS系統UCN網絡運行報警，DCS系統維護人員進行了以上處置。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UCN網絡運行報警問題，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，學士，現就職于中國石油蘭州石化公司電儀事業部，主要研究方向為儀表。

摘自《自動化博覽》2022年第3期