复杂控制在三重化机组综合控制系统中成功应用

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关键词:摘要:三重化冗余机组综合控制系统,就是所有重要电路都实现三重化或物理三重化并且具备冗余功能,安全等级必须具备TUV 6级或SIL-3级认证。它克服了以往分散控制系统的缺点,把机组的各个控制部分,包括:机组联锁ESD、SOE事件顺序记录、机组控制PID(例如:防喘振控制、调速控制等)及常规指示记录功能,故障诊断功能等完美地结合在一起,集成为一套机组综合...
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  • 摘要:三重化冗余机组综合控制系统 ,就是所有重要电路都实现三重化或物理三重化并且具备冗余功能,安全等级必须具备TUV 6级或SIL-3级认证。它克服了以往分散控制系统的缺点,把机组的各个控制部分 ,包括:机组联锁ESD 、SOE事件顺序记录、机组控制PID(例如:防喘振控制、调速控制等)及常规指示记录功能,故障诊断功能等完美地结合在一起,集成为一套机组综合控制系统 。由于它的组态及编程功能强大 ,才使得复杂控制在三重化冗余综合控制系统中得到成功应用 ,并在石油 、化工、冶金等大型机组综合控制中得到广泛应用。

0、引言  大型机组在生产过程中起到心脏的作用,为此许多厂家对生产装置大型机组重要性的认识,逐年提高。为避免事故的发生 ,多数厂家已经采用三重化冗余综合控制系统 。目前在石油 、化工 、冶金等应用广泛的大型机组综合控制系统,有ICS Triplex控制系统TMR、CCC控制系统TMR、Tricon控制系统TMR 、Woodward MicroNet™控制系统TMR、GE GMR控制系统等综合控制系统。机组综合控制系统包括:机组联锁ESD、SOE事件顺序记录 、机组控制PID(例如:防喘振控制及调速控制等)及常规指示记录功能、故障诊断功能,为了让大家了解 ,复杂控制在三重化冗余机组综合控制系统中的成功应用,首先介绍三重化冗余综合控制系统概念。
  1、三重化冗余综合控制系统概念  三重化模块冗余-TMR:系统采用三重化技术,就是说:所有重要电路都实现三重化 ,三重化的每个部分是独立的,但三个部分的功能又完全相同 。三重化电路的输出信号在成为系统输出之前,经过一个三取二的表决芯片 。当三个电路中有一路发生故障 ,输出错误信号,经过三取二表决后该错误信号被屏蔽掉,系统仍然输出正确的信号(电压 、电流或开关状态)。系统不会因为内部故障而对过程产生影响。  冗余:系统能在线更换模块是三重化技术的必然要求 。在线更换必须达到冗余要求 ,就是在不中断系统正常运行的条件下 ,系统自动将发生故障模块(主),切换到备用模块,实现冗余功能。控制权交给备用模块之后 ,发生故障的模块可以在线拔出,对故障模块进行维护。  机组综合控制系统包括:机组联锁ESD、SOE事件顺序记录、机组控制PID(例如:防喘振控制及调速控制等)及常规指示记录功能 、故障诊断功能 。
  2、安全系统标准  IEC61508 是一个有关工业安全系统的国际标准。它涉及电子、电路以及可编程电子系统,涵盖硬件和软件两个方面。  德国TUV 标准和国际电工委员会IEC 61508 标准的对应关系



  三重化冗余综合控制系统必须具备TUV 6级或SIL-3级认证 ,就是说:当系统中出现一个或者多个故障时,系统能正常运行,同时故障模块能够在线更换 。如果故障超出了系统的容错能力 ,则系统将按照预先的设定,转为失效-安全模式,确保用户生产装置和设备的安全。这种设计适用于高可靠性 、高可用度以及对系统在线时间要求很高的应用场合 ,例如:石油 、化工、冶金等大型机组综合控制系统应用场合。
  3、常用综合控制系统比较  价格:
  ICS Triplex控制系统最高 、CCC控制系统、Woodward MicroNet™控制系统、Tricon控制系统 、GE GMR控制系统最低 。  SOE时间:
  ICS Triplex控制系统为1毫秒,CCC控制系统为一个扫描周期(50毫秒内),Woodward MicroNet™控制系统最快5毫秒 ,Tricon控制系统为一个扫描周期(50毫秒内) ,GE GMR控制系统为一个扫描周期(40毫秒内)。  三重化实现:
  ICS Triplex控制系统、CCC控制系统、Tricon控制系统为单卡内部实现三重化。Woodward MicroNet™控制系统 、GE GMR控制系统为外部硬件实现三重化 。  4、复杂控制在三重化机组综合控制系统应用实例  复杂控制在三重化冗余综合控制系统中成功应用,实例以Tricon综合控系统为例 。
  4.1、镇海重整C702机组,压力三分程 、防喘振、调速及递推综合控制

  4.1.1、V701罐压力PIC7003输出三分程控制递推控制  调节器为"正"作用
  PIC7003调节器输出0~100%分成三部分  * 0~30%低选分程后控制一段回流阀  将0~30%转换成0~100% ,输出至手操器HIC-7012,手操器HIC-7012输出与PIC7005输出的50~100%转换成0~100%反向,低选输出 ,再与防喘振控制器FIC7012的输出反向,进行低选后,进行分程放大控制 ,(50~100%转换成0~100%)FV7012A 、(0~50%转换成0~100%)FV7012B两个一段回流阀。  * 30~60%输出作为C702机组调速外给定  将30~60%转换成0~100%,输出经手操器HIC-7020作为C702转速控制器的串级给定信号,C702转速控制器既可以压力串级控制 ,也可以通过在上进行外给定转速控制,通过内给定为本地转速控制,当SIC-C702选择外给定时 ,必须选择是压力控制还是DCS控制 ,外给定转速控制范围9000~10500 RPM。  *60~100%控制V701放空阀  将60~100%转换成0~100%输出,经手操器HIC-7003输出至V701放空阀PV7003 。
  注意:  为解决喘振与调速耦合,当进入防喘振控制区时 ,调速自动转到手动(在正常运行调速范围)升速/降速。  4.1.2 、防喘振控制
    FIC7012防喘振控制 (略)    FIC7013防喘振控制 (略)  4.1.3、递推控制
  当V703压力,PIC-7006压力高时,通过控制V702压力 ,PIC-7005,使二段回流阀FV7013A、FV7013B开,将能量传递到一段 ,再通过V701压力,PIC-7003使一段回流阀FV7012A 、FV7012B开,将能量传递到V701 ,通过V701放空阀PV7003放空,实现递推控制。
  PIC7005输出二分程  调节器为"正"作用  *0~50%分程放大输出控制两个二段回流阀  0~50%转换成0~100%与PIC7006输出的50~100%转换成0~100%反向,低选输出再与防喘振控制器FIC7013的反向输出 ,进行低选后 ,进行分程放大控制(50~100%转换成0~100%)FV7013A、(0~50%转换成0~100%)FV7013B两个二段回流阀 。  *50~100%低选分程后控制一段回流阀  50~100%转换成0~100%反向输出与PIC7003输出的手操器HIC-7012输出,低选输出,再与防喘振控制器FIC7012的输出反向 ,进行低选后,进行分程放大控制,(50~100%转换成0~100%)FV7012A、(0~50%转换成0~100%)FV7012B两个一段回流阀。
  PIC7006输出二分程  调节器为"正"作用  *0~50%控制V704A/B阀PV7006  将0~50%转换成0~100%控制PV7006阀。  *50~100%分程放大输出控制两个二段回流阀  50~100%转换成0~100%反向后输出 ,与PIC7005的0~50%分程放大,低选输出,再与防喘振控制器FIC7013的反向输出 ,进行低选后,进行分程放大控制(50~100%转换成0~100%)FV7013A 、(0~50%转换成0~100%)FV7013B两个二段回流阀 。
  4.2、C702机组调速

  4.2.1、启动条件  1) 、首先C702机组联锁条件正常(说明:置1正常,置0联锁动作)    *、压缩机低压缸轴位移高高正常 ,另外还设有软切除;    *、压缩机高压缸轴位移高高正常,另外还设有软切除;    * 、汽轮机轴位移高高正常,另外还设有软切除;    *、润滑油压力低低正常 ,并设有软切除 ,联锁(置0)时,延时2秒钟后,输出置0 ,目的是防止由于扰动可能产生的误动作,如果置0延时在2秒钟内,则输出不置0即保持原输出不动;    *、汽轮机排汽压力高正常 ,并设有软切除,联锁(置0)时,延时2秒钟后 ,输出置0,如果置0延时在2秒钟内,则输出不置0即保持原输出不动;    * 、汽轮机就地盘手动停机 ,正常时置1;    * 、V708增压机液位高高正常,联锁(置0)时,延时2秒钟后 ,输出置0 ,如果置0延时在2秒钟内,则输出不置0即保持原输出不动;    *、V702一段再接触罐液位高高正常,联锁(置0)时 ,延时2秒钟后,输出置0,如果置0延时在2秒钟内 ,则输出不置0即保持原输出不动;    *、V702二段再接触罐液位高高正常,联锁(置0)时,延时2秒钟后 ,输出置0,如果置0延时在2秒钟内,则输出不置0即保持原输出不动;    * 、C702紧急停车 ,正常时置1;    *、C702调速系统正常停机,正常时置1;    *、C702超速跳闸及联锁,正常时置1;  上述条件只要有一项不满足联锁就无法自锁 ,调速系统模式iMODE_C702=0 ,当条件都满足时,按下C702系统软复位按钮gC702RS按钮时,C702停联锁继电器返回信号dESD_DI04自锁 ,使C702停机置1及去TS3000 C702调速系统fC702T置1,iMODE_C702=1,联锁系统复位。
  2) 、C702机组启动条件正常(说明:满足条件置1 ,否则置0)    *、盘车机构停置1;    *、防喘振阀全开置1;    * 、润滑油压力正常置1;    *、润滑油温度正常置1;    *、C702停机联锁复位fC702T置1;    * 、速关阀关置0反向后和速关阀开置1进行“与”操作,目的是检验速关阀开关是否有故障。  上述条件都满足时,C702允许启动灯亮置1 ,同时允许启动置1,去调速系统TS3000,使调速系统运行模式iMODE_C702 =2 ,进入允许启动模式 。当确认系统正确无误时,按启动命令按钮,硬按钮或软按钮 ,进入第一暖机目标值1000RPM ,iMODE_C702=3,系统在自动模式下,就开始自动按预定的升速曲线开始升速。调节器为"反"作用。  4.2.2、启动过程及控制  按启动命令前要检查以下开关状态:
  在调速画面中 ,首先检查调速操作  ①、 选择冷/热启动方式  热


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