MicroNet?TMR控制系统在乙烯装置中的应用

2022-10-22

ITCC控制系统下的乙烯装置可以以透平式压缩机作为核心调控机制, 依照该压缩机压缩内容实现系统联锁和控制的统一, 具有非常好的灵活性和可靠性。

目前, 对大型机组的三冗余控制系统有ICS Triplex控制系统TMR CCC控制系统TMR Tricon控制系统TMR Woodward Micro Net控制系统TMR等综合控制系统。乙烯装置中ITCC控制系统的核心部分由采用外部硬件三冗余技术 (TMR) 的Woodward Micro Net控制系统构成。

Micro Net?TMR控制系统电源为180-264VAC (47-63Hz) 输入等级的双模板冗余配置, 其电源在工作的过程中主要由一个提供系统电能, 另一个作为故障备用。双冗余形式有效改善了Micro Net?TMR控制系统的安全性和可靠性, 提升了系统故障电源更换效益。该配置下双电源供电效益得到明显改善, 大大降低了系统电源故障导致的乙烯装置停止运行机率。当前该系统电源主要设置在电源机箱中且机箱常设置顶部通风扇。

Micro Net?TMR控制系统双模版冗余配置中主要通过3个子机箱完成电源提供, 系统为24VDC用电。其子机箱中以CPU辅助形式将各项电源内容进行转换, 其CPU辅助模板可以将电源幅值降到5V, 形成标准I/O模板所需电源。Micro Net?TMR控制系统中CPU辅助模板在线更换效益非常高, 其具体更换状况Micro Net?TMR控制器机由三个独立子机箱 (A, B, C) 构成的主机箱和两个冗余电源构成的电源机箱组成。冗余电源结构在上面已经提到, 而主机箱部分主要包括一个辅助电源模板、一个CPU模板和四个I/O槽道, 机箱中设置有顶部通风扇。Micro Net?TMR控制系统包括六条冗余故障检测通道和两条独立数据通道。其冗余故障检测通道与CPU直接连接, 可以通过对CPU数据内容的采集和分析对CPU状况进行判定, 最终确定系统运行状况;独立数据通道也与CPU相连, 数据之间独立传输, 降低了系统中由于一条数据传输通道失效导致的系统停机机率, 对装置性能的改善具有至关重要的作用。除此之外, Micro Net?TMR控制系统母版还存在九条电气上相互隔离的数据通道, 上述通道提升了CPU及其I/O的连接效果, 其具体连接状况, Micro Net?TMR控制系统中各项模板可以对自身故障内容进行检测, 具有故障分析能力。在上述模板工作过程中模板可以依照系统数据对其实施监控, 其每个输出通道上都有反馈电路监测实际输出结果, 如果发现实际输出与要求不符, 该通道将被隔离, 不再参与控制。模板在出现故障后系统数据发生改变, Micro Net?TMR装置发出信号对其进行警示, 完成系统报警。

为了提高机组电液转换器对GV阀和ECV阀控制的精确性和抗扰动性能, 此次机组上的电液转换器的输入电流信号比原来505控制器送现场的4-20m A范围更大。

GV阀主要依照系统中的EHPC积分型电液转换器完成驱动信号的转换, 将驱动过程中的电源信号转变为驱动信号保证系统正常工作。该模板有两个通道, 每个通道可以控制一个积分型的执行机构, 接收多达两个LVDT反馈信号。LVDT可以采用三线制、四线制、五线制或六线制, 差动型或归一差动型。这种模板有几种型号, 不同型号的最大电流输出能力不同。GV阀驱动模板I/O接口设置时主要通过电缆及端子等实现, 其具体状况如图三所示。

相比之下, 0-200m A信号比原来505 (或者505E) 的4-20m A信号大10倍以上, 系统信号的控制效果大大改善。除此之外, 上述控制体系下外界因素对信号的影响大幅减小, 系统受到外界扰动产生误动的可能性减小, 系统可靠性得到本质提升。Micro Net?控制器在设置的过程中通过双卡将原信号转变为0-200m A信号, 在该系统中正常工作时系统双卡均输出0-100m A信号, 当一块损坏后另一块可以独自输出, 系统仍能够保持0-100m A信号。

ECV阀主要依照系统中M25比例型电液转换器完成驱动信号的转换, 以执行器为主要元件达到对电源向驱动的转换。该转换模板包含4个转速信号输入通道、8个4--20m A模拟量输入通道、4个4--20m A模拟量输出通道及2个4--20m A或0-194m A的比例型执行机构输出通道。系统可以从上述通道中接收各项信号, 对信号进行采集、分析和转换, 以DSP为核心完成数字量转变。

同上块卡件一样, Micro Net?控制系统也采用双多功能卡件作为安全保障。在正常情况下同时对电液转换器提供信号, 当单卡出现故障的时候另一块卡件接管所有的电流输出, 以保障现场控制稳定。

此系统中另外一个重要的成分就是输入输出的双冗余和三冗余。对普通的信号经过接线端子和安全栅之后上FTM (Field Terminal Module) , 经过两根专用D型电缆连接到两块输入输出卡件上。然后通过内部的VME总线进入三块CPU中进行表决计算之后再通过双FTM卡经过端子输出到现场显示、控制电磁阀或者

调节阀。比较重要的信号就是在ITCC控制系统中比较重要的输入信号比如转速信号的接入模式。从现场来的三个转速信号分别通过接线端子进入到两块FTM卡件中, 然后通过专用的9根专用D型电缆连接到主机架的3个CPU主机架的I/O卡件上,

还有Micro Net?控制系统所采用的模拟量输入/输出和开关量输入/输出卡件不像其它系统中的只能单一的具有输入或者输出功能。其输入和输出完全集成在同一块卡件上, 大大减少了卡件的种类, 便于日后的维护和更换处理。

Woodward Micro Net的构成及特点:

1.三取二表决的三CPU冗余技术;

2.任何单点故障不会导致机组停机或影响机组的正常运行;

3.I/O冗余配置具有高度的灵活性;

4.高达5ms的控制周期及SOE功能;

5.先进的Rate Group控制算法;

6.全面的潜在故障检测能力、方便的可在线维护性能;

7.系统具有很强的扩展能力。

目前乙烯装置采用的Micro Net?TMR控制系统运行比较稳定, 还没有因为系统本身的原因停车。而且Micro Net?TMR控制系统中还有很多我们不清楚不了解的地方, 希望可以在以后的工作实践中更多的了解系统内部的奥妙。

摘要：介绍一种由MicroNet?TMR (Triple Modular Redundancy) 构成的ITCC (综合透平式压缩机) 控制系统, 并对其硬件构成和在乙烯三台大型压缩机中的应用进行阐述。