'''三重化控制系统在压缩机性能控制及调速上的应用'''神华集团包头煤化工公司富气压缩机采用TS3000系统控制，用于操作监控、报警及联锁监视、各种条件确认、回路调节、联锁保护、调速控制和防喘振等。 [[ 系统 ]] 组成有：控制器、上位机以及具有组态功能的下位机。

关键词：三重化冗余；性能曲线； [[ 汽机 ]] 调速

TS3000是基于三重化模件冗余（TMR）结构的容错控制器。它将三路隔离、并行的控制系统和诊断集成在一个系统中，通过三取二表决提供高度完善、无差错、不间断的过程控制，不会因单点故障导致系统失效。传感器信号在输入模块中被分成隔离的三路，通过三个独立的通道分别送往各处理器。处理器间的TriBUS总线按表决纠正输入 [[ 数据 ]] 偏差。保证每个主处理器使用相同的表决数据完成应用 [[ 程序 ]] 。处理器的输出沿着三个通道，送到输出模块并再次进行表决/选择。表决电路中包含有总的“反馈”电路，用于对输出状态做最后校验并诊断潜在的故障。系统对每个独立的分电路、模块组件和每个功能电路都进行广泛的诊断，对操作错误进行检测和报告。所有诊断信息都贮存在系统变量里和/或由LED和报警触点指示。这些 [[ 信息 ]] 可供应用程序使用以调整控制作用或直接进行维护，并且所有硬件都可以在线更换。系统可以在3、2或1个处理器完好下正常操作，具有全面的系统诊断特点确保了系统时刻保持高度的完善。

三个处理器控制三个隔离的分电路，每个处理器与另外两个处理器平行运行并作为三重化成员之一。每个处理器专用I/O通讯处理器还 [[ 管理 ]] 处理器与I/O模块间 [[ 数据 ]] 交换。三重化I/O总线装在机架背面，通过I/O总线电缆可以延伸到另一个机架。每个输入模块轮询时，新的输入数据通过I/O总线相应分电路传送到处理器。来自每个输入模块的输入数据汇成在处理器中，并存入存贮器用于硬件表决。

每个处理器的各个输入表，以专用TriBUS总线传送到相邻的处理器中，同时进行硬件表决。采用可编程直接存取存贮器使三个处理器间同步传递、表决和数据比较。若出现不一致，两个占优势的处理器对不同者进行修正。每个处理器都保持数据在自身存贮器内进行必要的校正，任何差异都有旗标表示，每次扫描完毕，由内部的故障分析 [[ 程序 ]] 判断在个别模块上是否有故障存在。经总线传输后，输入数据表决出一个正确的输入送到控制程序，每个处理与相邻的其它两个处理器并行地执行控制程序。控制程序根据建立的规则生成以输入值表为基础的输出值汇总表，每个处理器的IOC处理器可通过I/O扩展总线把输出数据送到输出模块。

三个分 [[ 电路 ]] 装在同一模块内，但都完全隔离并独立操作，一个分电路故障不会扩散到另外的分电路里。每个分电路都有一微处理器，能与相应的主处理器进行通讯。

三个分电路中都可异步检查输入端子模块上的每点信号，以判别其状态并将值放在相应A、B、C输入表内。异步读数可用高频滤波使系统对干扰少受影响。每个输入表通过I/O总线用I/O通信处理器定期进行轮询， [[ 通信 ]] 处理器在相应主处理器中。

数字输入模块具有专门的自测电路，用不足500微秒内检测“ON”粘住（指闭合接点不能断开）和“OFF”粘住故障。具有故障安全系统必备特性，在检测出输入故障时，把输入值强制在 [[ 安全 ]] 状态。

与数字输出模块相似，输出模块接受输出值的三个表，每一分电路从相应的主处理器获取。在每一个分电路数/模转换器后，其中一个分电路被选中时就可驱动模拟输出。输出是连续地用每点的输入反馈回路校核以使其达到 [[ 正确 ]] ，每一点是被三个处理器同时读取的，若工作的分电路故障，并选择新的分电路输出。驱动分电路的选定是在分电路间轮换的，三个分电路都可测试到。综上所述，控制系统三重化冗余结构，保证了设备的容错能力，有效地克服了处理器、I/O模块等(电源模块属双重化冗余，除外)硬件原因造成的 [[ 系统 ]] 故障。

信息报警窗口一栏显示改变 [[ 时间 ]] 、位号及状态值。状态及登录窗口有当前操作权限(登录可改变操作权限)。联锁投用或切除、报警及联锁、润滑油泵运行状态、电加热器启/停、防喘振阀开度及汽机转速等。

操作画面分“开车条件”、“ [[ 工艺 ]] 流程”、“报警画面”、“性能曲线”、“汽机调速”、“调节回路”、“趋势图”、“棒状图”、“测点清单”和“硬件故障”。“工艺流程”包含“气路流程图”、“润滑油系统”、“干气密封系统”和“氮气、干气系统”。

开车条件含有防喘振调节阀状态、润滑油压、油温、密封气压、密封气差压及流量、机组各联锁点是否 [[ 正常 ]] ，速关阀状态及联锁停机（TRIP）点是否恢复等，各条件满足后，机组具备启车条件。

两台油泵A、B，现场指定一台为主泵，另一台则为辅泵，室内、就地都能启动A、B油泵。 [[ 正常 ]] 下，主油泵处运行状态，当油压力≤0.15MPa时，系统启动辅油泵，当压力正常后，停辅油泵。

根据既往经验，为防止晃电现象产生，主油泵应 [[ 设计 ]] 为透平驱动，在遇有晃电时，不会造成机组停车。

本系统采用动态防喘振 [[ 技术 ]] ，它是根据机组运行状态动态调整防喘振工作线，实时监测、控制，及时克服各种干扰引起的喘振，确保机组安全运行。

喘振工况的检测至关重要，以往大多防喘振控制技术中经常出现由于 [[ 气体 ]] 组分、分子量变化而出现很大  的偏差，原因是喘振工况不易检测。我公司富气离心压缩机采用Pd/Pi～h/Pi 特性曲线控制，是因为其机组的喘振曲线是非线性的。式中：

在被输气体 [[ 物理 ]] 特性不变的情况下，离心压缩机特性曲线如图2所示。

不同转速下曲线有一个最高点，最高点连线即为机组在不同转速下的喘振极限曲线，图中的喘振极限曲线右侧为机组运行的 [[ 工作 ]] 区，其阴影部分即为喘振区，机组正常运行时需要避免进入此区间。

在测定喘振极限流量线工作时，首先需核实被压缩介质成分、 [[ 温度 ]] 、压力和分子量等工况，TS3000提供十段折线组成防喘振曲线，实际应用中喘振曲线一般需测量3～6点转速。例如在测量n1（rpm）转速下，打开旁路，此时压缩机肯定运行在正常工况下，逐渐关闭旁路，直至出现喘振，记录入、出口压及入口节流装置差压；对n2、n3直至n11下转速喘振测试如上所述，这样就获得一条实际喘振极限流量线，实际控制中再将这条曲线右移5%～10%作为生产中的操作线，称安全裕度。若过于提高安全裕度，则以减少 [[ 工作 ]] 区为代价，实际操作中不仅难以控制，也起不到长周期运行的目的，适当安全裕度不仅使机给安全运行，又能降低能耗。我们知道，可变极限流量防喘振控制比固定极限流量防喘振具有明显优势，最重要的是可变极限防喘振减少压机 [[ 能量 ]] 损耗。由于生产过程中富气流量波动大，需要采用调转速来控制流量，使其沿着当前防喘振线右侧运行。