朱雪蓮

（攀枝花攀鋼能源動(dòng)力中心設(shè)備室，四川攀枝花617000）

高爐TRT安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化

朱雪蓮

（攀枝花攀鋼能源動(dòng)力中心設(shè)備室，四川攀枝花617000）

介紹了攀鋼四號(hào)高爐TRT安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。高爐TRT安全系統(tǒng)包括TRT控制系統(tǒng)本身的安全設(shè)計(jì)，以及TRT控制系統(tǒng)失控狀態(tài)下的應(yīng)急保護(hù)設(shè)計(jì)，當(dāng)出現(xiàn)控制系統(tǒng)整體故障，設(shè)備及生產(chǎn)處于失控狀態(tài)時(shí)，預(yù)通過設(shè)置脫機(jī)裝置來保證安全停運(yùn)設(shè)備的應(yīng)急保護(hù)方法。

TRT安全系統(tǒng);計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng);脫機(jī)打閘

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的推廣運(yùn)用，機(jī)組設(shè)備對(duì)DCS或者PLC系統(tǒng)的依賴程度越來越高。一旦儀控系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，將給生產(chǎn)、設(shè)備以及安全等帶來致命影響。因此儀控系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行是自動(dòng)控制專業(yè)研究的的核心問題之一。

高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置(簡(jiǎn)稱TRT)是一種能量回收裝置。相對(duì)一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來說，高爐TRT控制系統(tǒng)既要保證TRT發(fā)電，又要保證高爐安全生產(chǎn)，它的安全性顯得尤為重要。

2 TRT控制系統(tǒng)本身的安全設(shè)計(jì)

攀鋼四號(hào)高爐TRT控制系統(tǒng)采用和利時(shí)研制、開發(fā)、生產(chǎn)的MACS-V控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)1套工程師站、4套操作員站。3套控制站、1套通訊網(wǎng)絡(luò)及1對(duì)冗余服務(wù)器。

TRT控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)包括硬件系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)。

2.1 硬件系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

2.1.1 全面冗余設(shè)計(jì),即控制站電源、主控制器(DPU)、網(wǎng)絡(luò)通訊均按1：1冗余配置，當(dāng)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，均能實(shí)現(xiàn)無擾切換，不影響其工藝控制。并且所有設(shè)備都支持在線更換功能，保證在線檢修。

2.1.2 供電安全設(shè)計(jì)：系統(tǒng)供電采用兩路配電源互投裝置供電，通過UPS配電。所有現(xiàn)場(chǎng)二線制儀表可由系統(tǒng)進(jìn)行供電，電源1：1冗余且單個(gè)電源半負(fù)荷供電，電壓為24VDC。

2.1.3 采用智能型的I/O模件，用于信號(hào)處理、狀態(tài)顯示和通訊、控制等功能，所有模件均可帶電插拔。I/O卡件能滿足負(fù)載要求（如現(xiàn)場(chǎng)儀表短路、開路不會(huì)引起I/O卡件故障）。由于I/O卡本身的智能化，當(dāng)控制器發(fā)生故障時(shí)，輸出能自保持。

2.1.4 接地系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)：和利時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩種接地，即保護(hù)地和工作地（邏輯地、屏蔽地等）。系統(tǒng)所有的操作員機(jī)柜、現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜、端子柜等均應(yīng)接保護(hù)地。保護(hù)地應(yīng)接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻小于4Ω。系統(tǒng)中信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地。

接地方法有兩種：廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)接地電阻小于4Ω時(shí)，則可接廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)。當(dāng)廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)接地電阻較大時(shí)，應(yīng)獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)，接地電阻小于4Ω。接地系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)見圖1所示。

圖1 接地系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

2.2 軟件系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

2.2.1 MACS-V系統(tǒng)的控制站采用成熟的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(QNX)，以確?？刂葡到y(tǒng)的實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性?？刂普镜能浖袒诎雽?dǎo)體盤中，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)帶掉電保護(hù)的SRAM中，滿足控制系統(tǒng)可靠、安全、實(shí)時(shí)性要求。

2.2.2 用戶軟件的安全設(shè)計(jì)：編程原則為邏輯的嚴(yán)密性、可靠性以及運(yùn)行操作的方便性、直觀性。任何一個(gè)邏輯或者控制回路，都要求做到嚴(yán)密，要考慮到所有的可能因素以及會(huì)造成的結(jié)果。

對(duì)參與邏輯聯(lián)鎖及跳閘保護(hù)的重要參數(shù)，需要進(jìn)行處理：如三選二、三取中、斷線保護(hù)等，盡量減少機(jī)組保護(hù)的誤動(dòng)和拒動(dòng)的機(jī)率。

3 增加TRT控制系統(tǒng)失控狀態(tài)下的應(yīng)急保護(hù)設(shè)計(jì)

由于TRT控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮DCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)失控狀態(tài)下的應(yīng)急保護(hù)，曾經(jīng)發(fā)生過新三高爐TRT由于控制系統(tǒng)主控故障造成機(jī)組所有參數(shù)無法監(jiān)視控制，且TRT無法緊急停機(jī)影響高爐正常生產(chǎn)的事故，有必要設(shè)置控制系統(tǒng)脫機(jī)打閘保護(hù)裝置。

3.1 未設(shè)置控制系統(tǒng)脫機(jī)打閘保護(hù)之前TRT控制系統(tǒng)停機(jī)保護(hù)

原理圖如圖2。

由圖2可以看出，當(dāng)TRT故障或者需要停機(jī)時(shí)，所有停機(jī)聯(lián)動(dòng)設(shè)備的指令均由DCS控制系統(tǒng)發(fā)出。如果DCS出現(xiàn)問題時(shí)，則停機(jī)信號(hào)無法傳達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而導(dǎo)致機(jī)組處于不受控狀態(tài)，將嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行安全。故此TRT控制系統(tǒng)有必要增加脫機(jī)打閘功能，以保證在DCS控制系統(tǒng)故障的情況下，機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)安全停機(jī)，高爐減壓閥組能夠快開動(dòng)作，防止高爐憋壓事故的發(fā)生。

圖2 設(shè)置脫機(jī)打閘前的保護(hù)原理圖

3.2 設(shè)置脫機(jī)打閘保護(hù)裝置

設(shè)置一個(gè)脫機(jī)打閘按鈕在操作臺(tái)上，當(dāng)DCS控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，或者機(jī)組發(fā)生事故需要緊急停機(jī)時(shí)，均可以通過此按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停機(jī)功能，其控制原理圖如圖3。

圖3 設(shè)置脫機(jī)打閘后的保護(hù)原理圖

由圖3可以看出，當(dāng)脫機(jī)打閘按鈕閉合后信號(hào)分為兩路：一路進(jìn)入DCS告知控制系統(tǒng)TRT停機(jī)，以實(shí)現(xiàn)靜葉關(guān)閉，頂壓調(diào)節(jié)退出等功能；另一路與DCS系統(tǒng)的停機(jī)信號(hào)并聯(lián)輸出來控制快切閥和減壓閥組，即當(dāng)DCS停機(jī)信號(hào)或者脫機(jī)打閘信號(hào)任意來一個(gè)，均發(fā)出信號(hào)去關(guān)TRT快切閥和開高爐的減壓閥組。

實(shí)現(xiàn)脫機(jī)打閘功能，TRT只能向高爐發(fā)送開關(guān)量信號(hào)，高爐接收到此信號(hào)自行運(yùn)算后，才能去控制減壓閥組的開度，因此要修改高爐減壓閥組的程序。

3.3 高爐配合TRT安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

目前已在攀鋼4#高爐實(shí)施TRT脫機(jī)打閘功能，因4#高爐TRT設(shè)計(jì)的前饋信號(hào)是向高爐發(fā)送開關(guān)量信號(hào)，只需從“透平跳閘（操作臺(tái)）”按鈕并一組信號(hào)到DCS輸出給高爐的前饋信號(hào)端即可。

如圖4，在TRT控制頂壓時(shí)四閥組2#調(diào)節(jié)閥作為TRT故障跳閘時(shí)對(duì)高爐頂壓調(diào)節(jié)的保護(hù)設(shè)備,其控制方式可選為TRT脈沖或TRT模擬控制方式。

目前只實(shí)現(xiàn)了選擇TRT脈沖控制方式。TRT脈沖控制是在TRT跳閘時(shí)給高爐控制系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，四閥組2#調(diào)節(jié)閥根據(jù)脈沖的寬度全速打開碟閥到設(shè)定開度的控制方式，脈沖寬度與開度的控制值用FUNCTION算法實(shí)現(xiàn)，對(duì)照表如表1。

圖4 2#調(diào)節(jié)閥方式選擇邏輯控制流程圖

表1 脈沖寬度與調(diào)節(jié)閥開度對(duì)應(yīng)表

4 結(jié)束語

通過增加TRT脫機(jī)打閘保護(hù)功能，完善了高爐TRT的安全保護(hù)系統(tǒng)，保證了控制系統(tǒng)的安全可靠性。

[1]威廉·戈布爾(美國).控制系統(tǒng)的安全評(píng)估與可靠性[M].北京：中國電力出版社,2008.

[2]謝建英，賈清.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，北京：國防工業(yè)出版社，2005

[3]梅曉榕.自動(dòng)控制原理，北京：科學(xué)出版社，2004.

The Design and Optim ization of Blast Furnace TRT Safety System

Zhu Xueliang
(The Energy and Power Center of Pangang V-Ti Co.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan 617000，China)

The design and optimization of the blast furnace TRT safety system at Pangang’s No.4 BF is introduced.The safety system of blast furnace TRT includes not only the safety design of the TRT control system itself but also the emergency protection design for uncontrollable state of the TRT control system,which ensures safe offline shutdown of the TRT equipment through presetting a cutoff device when the equipment and operation lose control.

TRT safety system;computer control system;offline shutdown

TM61

B

1006-6764（2015）02-0026-03

2014-10-27

朱雪蓮（1970-），女，大學(xué)本科學(xué)歷，高級(jí)技師，現(xiàn)從事儀表計(jì)算機(jī)控制技術(shù)工作。