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在能量回收机组中应用的 TS-3000机组集成综合控制系统，以它独有的特性，将机组的启动程序、油压低油泵自启动程序、盘车程序、发电甩负荷程序、机组联锁程序及防喘振控制、调速控制、事件顺序记录及硬件故障诊断等完美地结合在一起。TS-3000由于采用了三重冗余容错硬件配置使系统更加安全可靠。并在国内多套能量回收机组中得到成功的应用，取得了显著的经济效益。
关键词：
机组集成综合控制系统 ； 三重冗余容错 ；安全可靠
1、前言
现在国内大部分压缩机控制系统采用分散式的 PLC或DCS等的组合进行控制，如机组的调速采用TRICONEX公司的TS310调速器或WOODWARD 505调速器，机组的防喘振系统有的采用CCC公司防喘振控制器，有的自行编制防喘振控制软件，压缩机组的停车联锁采用非冗余的PLC或DCS来实现。分散式系统各部分之间的信号联接采用通讯方式（RS-232或RS-485）进行，通讯速度较慢，接线错综复杂，非冗余或双冗余的PLC可用性低、可靠性差。这样的系统给能量回收机组的安全、稳定、长周期运行带来很大威胁。为保证机组长周期稳定运行，多数炼油、化工企业，已经开始采用三重冗余容错控制系统。目前在石油、化工、冶金、铁路等广泛应用的三重冗余容错控制系统是美国TRICONEX公司生产的TRICON控制系统。它由北京康吉森自动化设备有限责任公司集成。目前应用在能量回收机组上的型号为TS-3000。
2 、三重冗余容错控制系统的概念及TRICON三重冗余容错控制系统
三重冗余控制系统由三个完全相同的系统支路组成（除电源模件是双重冗余外），每一系统支路独立地执行控制程序并与其它两个支路并行工作。 TRICON 控制系统通过三重冗余结构 TMR 如图 1 所示，（ TMR 是三重化模件冗余结构的缩写），而给出其容错能力。即具有对瞬态和稳态出错情况的探查发现能力以及采取硬件表决机制对所有来自区域场的数字输入和输出进行考核和验定。模拟输入的在线措施能力则采取中值选择处理过程。
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TRICON系统（TMR）的每一个数字输入/输出模件都包含三个完全相同的相互隔离的支路。每一个支路含有一个I/O微处理器，并从它的相应的主处理器上的I/O通讯处理器接收其输出表。 三个主处理器通过一个适配的高速总线系统，被称作为 TRIBUS 的系统相互通讯。 所有的数字输出模件，除了双重 DC模件以外，都采用四重性的输出电路，该电路对各单个的输出信号在它们刚要被施加到负载上时进行表决。这个表决电路的基础是并行或串行路径，三个驱动器中的二个可表决取ON。双重数字输出模件则具有一个单个的并行或串行路径，而三个中取二的表决过程单独作用于每一个开关。
TRICON 系统每扫描一次、主处理器都通过 TRIBUS 与其邻居进行通讯和同步化。 TRIBUS 表决数字式输入数据、比较输出数据、并将模拟输入数据的副本送达每一主处理器。主处理器执行控制程序并把由控制程序所产生的输出送给输出模件。除对输入数据作表决之外， TRICON也表决输出数据。这是在离现场最近的输出模件上完成的，以便探查出任何错误并予以补偿，探查任何可能出现在TRIBUS表决与送给现场去的最终输出之间的错误。
3、TS-3000机组 集成 综合控制系统在能量回收机组中的应用
能量回收机组是利用高温烟气热膨胀做功原理使烟气能量回收机的烟机做功。能量回收机组一般分为两机组、三机组和四机组几种，三机组和四机组在炼油企业中应用较广。TRICONEX公司根据机组特性开发出的TS-3000机组 集成 综合控制系统，它在能量回收机组中，将机组联锁、机组控制、指示及 SOE（事件顺序记录）功能、硬件故障诊断集成在一个系统中实现。并全方位地对机组控制进行管理。具体应用如下：
3.1、能量回收机组的联锁保护控制功能实现
能量回收机组的机组的启动程序、油压低油泵自启动程序、盘车程序、发电甩负荷程序、联锁程序及防喘振控制、调速控制等。特别是主风机的防喘振控制功能及机组调速控制功能，都可以通过 TriStation 1131软件编程和组态完成。
用灵活方便的TriStation 1131 编程和组态 软件，实现能量回收机组的逻辑及控制功能的编程和组态。它 支持的IEC语言，具体有以下三种语言。
功能块图表（ FBD）语言。图形语言，由通过信号流线互连的功能块单元组成网络构成，在FBD单元间可传输逻辑数，整型数，实数与其它类型数据。
梯形图（ LD）语言。图形语言，由两端都与电源线相连的程序段组成网络构成。链路自电源线起向互连的LD符号传送二进制数据。和功能块一样，LD使用一套代表继电器触点和线圈的标准符号作为指令。
结构化文本（ ST）语言。类似于PASCAL的高级文本化的语言，用于连接编程。ST语言提供了某种生成逻辑和算术表达式的方法；以及结构化程序生成器，如条件语句（IF…THEN…ELSE）。ST语言可引用功能块。
通常采用ST语言编写程序，生成用户功能块。比如防喘振功能块、调速功能块以及用户需要实现的用户功能块等。
利用FBD语言对能量回收机组的逻辑及控制功能等进行编程和组态，实现机组启动、联锁及控制的逻辑功能。
TriStation 1131 软件支持所有实例程序的仿真模拟，所以用户可以离线调试程序。
TriStation 1131还需对SOE功能进行编程和组态设置，组态完成的程序全部下装到TS-3000机组综合控制系统后，自动生成一个包括下装版本号的SOE配置文件*.soe，将此配置文件拷贝到Triconex/Tr1soe/soeconfig目录下。要想看到能量回收机组的SOE记录的事件，必须采用网络通讯连接。运行SOE程序并创建一个文件名，此时就会出现配置文件选项，选择好配置文件，然后运行SOE即可显示事件顺序记录。
3.2、TS-3000控制系统故障诊断功能
CPU故障诊断可利用随设备带的专用CPU诊断软件和电缆，对CPU进行故障诊断。也可以采用TriStation 1131的模件诊断功能进行诊断，当TriStation 1131已与系统通讯正常时，选TRICON菜单下的TRICON Diagnostic Panel然后按连接（Connect）按钮，此时出现对话框选项，如果采用MODBUS通讯，选TRICON Serial Por，如果NCM网络通讯，选TRICON Network，选择正常的通讯方式后，就会 显示版本号，存储器大小和用来在TRICON中控制程序执行的扫描时间信息，以及系统故障状态。 如果是瞬态故障点，还可以通过软件清除故障点。另外还可以通过TS-3000控制系统内提供的各模件状态地址Alias与上位机画面MMI进行通讯，从MMI画面上显示各模件的工作状态。
每种型号模件的数字输出，执行一种特殊型式的输出表决器诊断（ OVD）于每一点。一般而言，在OVD执行过程中每一个点命令的状态被暂时地保存在输出驱动器之上，一个个地逐一存入。在模件上的环回允入场每个微处理器为此点读出输出值，以决定在输出的电路内是否存在有潜在的故障。（对于那些不能容忍任意长度的信号传递的装置，在AC和DC电压数字输出模件上的OVD都可以被禁动。）
TRICON系统能支持部分组件发生故障后的长期正常运行。倘若备用件一时缺货或系统被安装在偏远地区，维修可能被延期。由于它的TMR结构和热备用能力，如果运行的I/O模件出现故障时，系统自动进行热转换，从使用发生故障的I/O模件转向使用备用模件。即系统就自动使用运行的I/O模件相邻近槽道中的备份I/O模件。此时发生故障的模件不再运行并报警。
3.3、TS-3000综合安全保障系统
TriStation 1131 提供各种安全等级的密码保护。内嵌的安全系统通过设置用户名和密码，控制进入项目和程序的各种功能级。通过 TriStation 1131 安全系统对话框，可改变、添加和取消用户进入的权限。任何对安全系统的修改被记录在项目历史记录中。
系统通过了 TUV认证，确认了系统的功能满足关键过程应用所要求的最大安全性和无间断操作的要求。 TriStation 1131 根据TUV认证使用进程的要求，达到德国安全要求第五级和第六级要求。
在MMI操作画面上，根据用户不同操作级别，设立了进入系统的安全权限。例如：操作员级、工段长级和程序员级等。并对所有的操作都记录在历史记录中。
4、TS-3000在广石化炼油厂能量回收机组中的应用
4.1、硬件配置
主处理器采用3块V9版3006模件，实现三重化控制。其它模件配置主要包括：数字或模拟I/O模块，智能通讯4119模块（可通过TriStation 1131专用端口与便携式计算机的TriStation 1131软件直接通讯，同时通过RS-232口和创为实S8000实行通讯，传送轴系参数及工艺参数。）采用两块4329通讯模块（两路光纤对控制室操作台实现冗余通讯，保证任何一路通讯模块，任何一路光纤，任何一台操作台故障，都不会影响生产）。控制室辅助操作台设有各机组紧急停机，旁路开关和指示灯。可实现备用主风机系统完全独立于TS-3000系统的操作（考虑备用主风机先投入生产，主机仍在组态 安装的特殊情况，），24V直流电源全部为双电源方式。
4.2、软件配置
TriStation 1131软件：V3.01 版，包括：机组控制专用扩展函数。
SOE软件：V3.01版 提供SOE顺序记录功能。
操作台软件： INTUCH 7.0
操作平台软件：Windows NT4.0
4.3、防喘振控制功能的实现
TS-3000控制系统的防喘振控制功能（如图2所示），用框图的形式形象地表达出，每一个功能块的具体控制功能及各功能块之间相互作用关系，使功能块构成一个完整的防喘振控制系统。