复杂控制在三重化机组综合控制系统中成功应用

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DCS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） 　　　　*、盘车机构电机停置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HMI调速画面中，首先检查调速操作 　　①、 选择冷/热启动方式 　　热