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ICSTriplex控制系统TMR、CCC控制系统TMR、Tricon控制系统TMR、WoodwardMicroNet™控制系统TMR、GEGMR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IEC61508标准的对应关系
3、常用综合控制系统比较
价格:
ICSTriplex控制系统最高、CCC控制系统、WoodwardMicroNet™控制系统、Tricon控制系统、GEGMR控制系统最低。
SOE时间:
ICSTriplex控制系统为1毫秒,CCC控制系统为一个扫描周期(50毫秒内),WoodwardMicroNet™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),GEGMR控制系统为一个扫描周期(40毫秒内)。
三重化实现:
ICSTriplex控制系统、CCC控制系统、Tricon控制系统为单卡内部实现三重化。WoodwardMicroNet™控制系统、GEGMR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9000～10500RPM。
*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。
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