石油化工自控设计中冗余容错技术实践.pdf

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1、434化工自动化及仪表第4l卷石油化工自控设计中冗余容错技术实践任喜金蒋瑞魏烈元(甘肃刘化(集团)有限责任公司，甘肃永靖731603)摘要介绍了石油化工自控设计中DCS硬件、软件与仪表方面冗余容错的应用技术和经验。关键词DCS组态冗余容错联锁中图分类号TH862文献标识码B文章编号1000-3932(2014)04-0434-03为实现石油化工生产安全、可靠、连续、经济运行，对过程控制系统除了基本控制功能外又提出了三方面的要求：一是在工艺系统出现某些异常情况时，如何实施在许可极限条件下的继续运行，

2、一旦异常工况消除后，迅速恢复到正常工作状态；二是如何保证控制系统本身在一个或多个关键环节出现故障的情况下，避免控制系统失灵或装置停车事故发生，确保生产装置继续安全运行；三是当控制系统面临工艺出现重大异常情况或设备出现重大故障以及容错功能无法控制时，保证安全可靠地执行联锁停车程序，确保装置和生产人员的安全。为实现上述三方面的要求，需要对过程控制冗余容错技术进行研究和应用。冗余控制系统是指一个具有热备份和无扰动切换的备用设备系统，容错控制系统是指控制系统本身可以识别和补偿内部元器件的故障，并允许系统在

3、继续完成指定控制任务的同时，对故障元器件进行诊断和修复，不中断过程控制。具体来讲，当一个石化项目控制要求和SIL确定后如何配置双重化或三重化的控制系统和测量、执行器件。当构成系统的某个或若干个仪表控制装置出现故障时，系统采用其他正常仪表或利用相关算法和程序确保被控过程系统保持规定的性能指标或可接受的性能降级指标下，继续稳定运行的能力。当今自动化系统与仪表已综合了计算机、微电子和通信技术，智能化程度很高，具有自诊断功能，冗余功能越来越强，为容错的实现奠定了基础。冗余的目的是为了容错，其容错可分为硬件

4、容错和软件容错，按容错规模可划分为系统容错、控制回路容错及仪表装置容错等。1控制系统硬件的冗余容错DCS系统用于生产过程的连续测量、常规控制和操作控制管理。现场控制站是DCS系统直接与现场控制设备进行交互的大规模处理系统，建立控制系统时可对其主控单元、重要输入／输出信号转换单元、电源单元和网络通信单元实施冗余配置。主控单元上配置有冗余切换电路和故障自检电路，主控单元进行热备份，同时接收网络数据，同时进行控制运算，但是只有一个输出，实时更新数据。运行中的主控单元发生故障时，备份单元自动进入工作状态，

5、切换过程无扰动。重要输入／输出信号转换单元带有备份和无扰动切换，硬件自动将输入／输出与冗余通道的输入／输出进行比较。电源单元中的一个发生故障时，另一个备用电源自动承担全部负载用电。通信设置两套网络接口，当一条通信线路出问题，另一条承担全部信息传输任务。ESD系统主要用于SIS系统，监视整个生产装置的运行情况，当有重大异常工况发生时迅速启动紧急停车联锁系统，使人员和生产装置处于安全状态。TS3000是基于三重模块冗余结构的先进容错控制器，它是将3路隔离、并行输入的控制系统和广泛的诊断集成在一个系统中

6、，采用三取二逻辑表决方式，无差错、不间断的过程控制，不会因为单点故障而导致系统失效。传感器信号在输入模块中被分成隔离的3路，通过3个独立的通道，分别被送到3个主处理器中，处理器间的总线按多数原则对数据进行表决，并纠正任何输收稿日期：2013-104)9第4期任喜金等．石油化工自控设计中冗余容错技术实践435人数据的偏差。保证每个主处理器使用相同的数据完成应用程序的执行。主处理器的输出沿着3个通道，被送到输出模块，数字信号的输出在“方形表决器”进行表决。表决电路中包含有总的反馈电路，用于对输出状态做

7、最后的校验并诊断潜在的故障。模拟信号则是在模拟输出选择器中进行选择。对于安全仪表功能，逻辑运算器必须与基本过程控制系统分开。2DCS、ESD组态设计中的冗余容错可以将一个完整的工艺过程分为若干个组，在控制硬件组态时，要考虑到各组的独立性，各组的信号连接到各自的输入／输出部件上，这样一旦某一输入／输出部件发生故障，仅对相应的组有影响，对其他组不会造成影响。把不同采样周期的信号组态在一起，使得输入／输出部件微处理器单元的负荷分散。对于将采样单回路控制器或多回路控制器作为分散控制系统装置的系统，应把有关

8、控制回路的输入／输出信号接在同一输入／输出部件上，以减少通信的吞吐量。对于采用数据库共享的分散装置，若把同一回路的输入／输出分散在两个部件上，则其中一个部件的故障就会造成一个或多个回路不能正常工作，但此时每个回路都有一个输入或输出信号可使用。若把同一回路的输入／输出信号接在同一部件上，则某一部件故障会造成整个回路信息的盲区。设计和组态时应权衡利弊，合理配置，以提高容错能力。生产过程若有多台并行的设备，每个设备上有温度、压力、流量及液位等不同种类的多个检测信号，通常有3种设计：a．以