复杂控制在三重化机组综合控制系统中成功应用

• 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