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1 總述

    為了對石油化工生產裝置可能發生的危險或不采取措施將繼續惡化的狀態進行及時響應和保護，為了提高企業的經濟效益、安全、平穩、長周期的連續生產是至關重要的，這就需要一種高度可靠的安全保護手段，ESD系統因此應運而生。ESD系統，即緊急停車系統（Emergency Shut  Down System），它是適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續性生產裝置的安全保護系統。這篇中介紹的正是ESD系統中的一種，即美國TRICON公司的ESD系統。也正是我廠所使用的一種ESD系統。 吉林石化公司聚乙烯廠高密度聚乙烯裝置屬于易燃易爆裝置，尤其是三個反應器R1201，R1202，R1204，其控制參數更尤為重要，在工藝參數失調的情況下如果得不到及時控制，輕則停車造成財產損失，重則危及人身安全，這種情況下ESD所發揮的作用尤為重要。

    TRICON系統是基于三重模件冗余（TMR）結構的最現代化的容錯控制器。它將三路相互隔離、并行的控制系統（每路稱為一個分電路）和具有廣泛的自診斷功能集成在一個系統中，用三取二表決電路來提供高度完善、無差錯、不間斷的過程操作，不會因為單點的故障而導致系統失效。軟件滿足1EC1131-3標準的ESD系統。TRICON系統有三個主處理器，每一個主處理器的CPU是32位、25MHZ、2M RAM，工作方式為3-2-0。傳感器信號至輸入模件中被分成隔離的三路，通過三個獨立的通道，分別被送到三個主處理器中，處理器之間的總線TRIBUS按多數原則對數據進行表決，并糾正任何輸入數據的偏差。此過程保證每個主處理器使用相同的表決數據完成應用程序。

    主處理器的輸出沿著三個通道，被送到輸出模件，并在輸出模件中再次進行表決/選擇。數字輸出的表決通過獲得專利的硬件：“方形表決器”電路來完成，而模擬信號則是在模擬選擇器中進行選擇。表決電路中包含有總的“反饋”電路，用于對輸出狀態做最好的校驗和診斷潛在的故障。

    TRICON系統對每個獨立的分電路，每個模件組件和每個功能電路都進行廣泛的自診斷，對操作錯誤進行檢測和報告。所有診斷信息均儲存在系統變量里或由LED和報警觸點指示，或直接進行維護，同時將這些信息傳遞到DCS系統，所有的故障元件都可以進行在線更換。

2 TRICON 控制系統有以下幾個明顯的特性

2.1 TRICON系統的獨立性

    TRICON系統不單是實現聯鎖邏輯關系，它應該凌駕于生產過程控制系統之上，具有獨立性。參與ESD系統的信號主要有兩大類，一類是模擬量信號；一類是開關量信號（輸出信號一般是開關量信號），模擬量輸入信號經過信號轉換器、DCS轉換卡、報警設定器等轉換為開關量信號參與聯鎖邏輯。這是在設計TRICON系統時應考慮的一個環節。一般的做法是如模擬信號僅參與聯鎖不參與控制、監測時，要盡可能以中控室儀表接線端子排為界，取出來自現場的模擬信號直接進入TRICON系統，采用其自帶的信號轉換模塊進行處理。如該點模擬量信號既要參與聯鎖還要參與DCS系統控制時，來自現場的該點模擬量信號要經過一個多路輸出的信號分配器，經信號分配后，一路信號進入DCS系統，一路信號進入TRICON系統，而不主張取經過常規儀表或DCS系統轉換來的聯鎖接點信號進入TRICON系統。因為TRICON系統是ESD系統，其安全級別遠高于DCS系統，是獨立于過程控制系統之外的。

2.2 TRICON系統 “靜態”特性

    過程控制系統對生產過程參數進行連續地動態調整而在正常生產情況下ESD系統是處于靜態的，不干涉生產過程，只有在緊急情況下（生產過程失控、即將發生人身或設備事故），它才發出停車保護信號。“該動則動，不該動則必不動”是ESD系統的一個顯著特征。這就要求控制系統不要進入TRICON系統，TRICON系統盡可能不要參與連續調節，以保證其能夠“靜態”地監護生產過程。

2.3 TRICON系統 “響應速度”即掃描時間

    TRICON系統每1毫秒可運行1000個梯形邏輯，按這個速度可估算出系統的配置。對于大型動設備而言，ESD系統響應得越快越好，響應速度快有利于保護設備或避免事故進一步擴大。另外，系統響應速度快有利于分辨事故序列記錄和第一事故信號。

    TRICON系統用掃描方式操作，周期性地執行所需的控制功能，其掃描的周期時間決定于以下三個方面：

    （1）收集輸入數據所需要的時間（輸入處理時間）；

    （2）執行控制程序所需要的時間；

    （3）實現輸出所需要的時間（輸出處理時間）。

    值得注意的是如果系統組態具有異乎尋常大量的物量I/O點總數、和/或控制程序較小時，掃描時間的設置就必須考慮總的處理時間和CPE(控制程序執行)時間兩方面。因為在這種情況下，所需要的總的處理時間有可能會超過CPE時間，這時，掃描時間應該設置為兩者之中較大者。

2.4 TRICON系統可實現本質安全

    TRICON系統的關鍵技術是基于三重模件冗余（TMR）結構的容錯控制器，TRICON系統的結構以輸入模件經主處理器到輸出模件完全是三重化配置。另外，關鍵的聯鎖信號（如聯鎖條件、緊急停車按鈕、工藝聯鎖旁路開關等）輸入模塊應三重化配置。對一些開車條件（如閥位回訊信號）、聯鎖復位按鈕、輕事故報警信號輸入、燈回路等可以采用單重化配置。這樣可以保證在系統出現單點故障或單個模塊故障時不會影響到整個系統，并可以在線熱更換故障模塊，而且以經濟的角度考慮也是合算的。

    如果現場的危險能量有可能竄入TRICOM系統，則在信號進入前首先經過接點信號轉換器加以隔離，防止損壞模塊或干擾系統。

3 TRICON系統的硬件情況

    先簡要介紹一下TRICON系統的硬件構成情況，然后再以我公司高密度聚乙烯裝置所應用的TRICON系統為例進行詳細介紹。

3.1 主處理器模件

    TRICON系統包三個主處理器模件。每個模件控制系統獨立的一路，并與其它兩個主處理器并行工作。每個主處理器上有一個專用的I/O通訊處理器，用以管理在主處理器和I/O模件間交換數據。一條三重I/O總線位于機架的背板上，機架間通過I/O總線電纜連接。當每個輸入模件被詢問時，I/O總線的相應一支就把新的輸入數據傳遞給主處理器。輸入數據匯成表存入主處理器內，并存入存儲器以備用于硬件表決。主處理器內的每一單個輸入表同過TRIBUS總線傳到相鄰近的主處理器。在此傳送過程中，完成硬件表決。TRIBUS利用一直接存儲器存取可編程裝置而對三個主處理器之間的數據進行同步，傳送，表決，以及比較。如果發現不一致，信號在兩個表中是一致的，則對第三個表進行修正。由于取樣時間差異而造成的差別可用不同的數據圖樣進行限制。每個主處理器把數據的必要修正保持在當地存儲器內。任何差異都被標識，并在掃描結束時被TRICON內部故障分析器來判斷某一模件是否存在故障。我廠高密度聚乙烯裝置采用的主處理器型號為MP3008型。每個處理器都配有一個串行接口，以方便TRICON技術人員對CPU進行診斷分析。

3.2 通訊模件

    通訊模件主要包括以下幾種：

    增強型智能通訊模件（EICM）；網絡通訊模件（NCM）；安全管理模件（SMM）；高速通道數據接口模件（HIM）；先進的通訊模件（ACM）。這幾種模件的主要功能將在下面做詳細介紹。

3.3 電源模件

    每個TRICON機架有兩個電源模件，以雙重冗余方式工作。每個電源能獨立承擔機架中所有模件的供電，每個電源在機架的背面裝有獨立的電源導軌。并有內部的診斷電路用以檢查電壓的輸出范圍和超溫條件。每個模件從背板上獲取電源，每個分電路都配有兩個獨立的電壓調制器，分電路短路只能影響這個分電路的電源調制器，而不影響整個電源總路線。我廠應用的電源模件是雙冗余的8312型。

3.4 輸入、輸出模件

    TRICON系統包含以下幾種輸入、輸出模件：數字輸入模件；數字輸出模件；模擬輸入模件；模擬輸出模件。在這些卡件的類型中，我廠高密度聚乙烯裝置有32點模擬輸入卡一塊，類型是3700A；有類型為3503E的32點數字輸入卡10塊，其中一塊作為備用。有類型為3664的32點數字輸出卡6塊，其中一塊作為備用。

3.5 端子板

    現場端子板是一塊電氣的無源電路板，現場布線可以很容易的和該端子板連接。端子板只用以把輸入信號從現場傳給輸入模件，或者把由輸出模件產生的信號直接傳送給現場布線，因此可以卸掉或更換輸入或輸出模件現場的線路不發生變動。在我們裝置所使用TRICON系統的端子板中，每塊板子對應于16點和外界相連接，每點都串接一個保險絲，這樣當有大電流串入時保險絲先熔斷，起到了保護系統的作用。

4 TRICON的軟件系統

    TRICON系統是運行在WINDOWS平臺下的的軟件開發平臺，它為程序的開發提供了三種軟件編輯工具，即功能塊圖（FBD），梯形圖（LD），結構化語句（ST），我們公司這套裝置正是采用了功能塊圖進行編程，實現邏輯聯鎖。這種邏輯編程方法具有圖形簡單，結構清晰，易查找故障等優點，給工廠的后期維護帶來了極大的方便。我廠高密度聚乙烯裝置主要是采用功能塊進行編程，這方便了維護人員的日常操作。也使新入廠的同志或想學習TRICON系統的有志之士更容易入門。

5 TRICON系統和其它系統間的通訊功能

    TRICON的通訊功能是利用其固有的通訊模件進行的。利用其通訊模件，TRICON可以和MODBUS主機和從機，點對點網絡上的其它TRICON，在802.3網絡上運行的其它主機，以及Honeywell和Foxboro分布控制系統（DCS）連接。主處理器通過通訊總線向通訊模件傳遞數據。數據通常在每次掃描刷新一次；舊數據不會保留兩次掃描時間。下面分別介紹這兩種通訊模件：

    （1）EICM（增強型智能通訊模件）-和外部設備進行RS232和RS422串行通訊，速度最高可到19.2K波特。這個EICM提供四個串行口，通過這些口可以和Modbus主機，從屬機，或主從機，或者TriStaion接口連接。模件可提供一個Centronics兼容的并行口。這個通訊模件在我廠高密度聚乙烯裝置中得到應用，型號是4119A. 主要是用來和橫河DCS進行通訊（所支持的協議是MODBUS），其中通訊的方式是采用冗余進行的，這樣就保證了通訊的準確性和快速性。

    （2）NCM（網絡通訊模件）-這種模件允許Tricon和其它Tricon通訊，或者通過TCP/IP網絡與外部主機進行通訊，速率可達10Mbit、秒。NCM支持一定數量的Triconex協議和應用，也支持用戶書寫的應用，包括那些采用TCP-IP/UDP-IP協議的應用。型號為4329的模件在我廠高密度聚乙烯裝置中得到應用，用途是和上位機進行通訊，以方便日常的維護和技術人員進行邏輯修改和下裝。

    （3）安全管理模件（SMM）-該模件用于Tricon控制器和Honeywell網絡的通用控制器網絡（UCN）的接口，UCN是TDC-3000DCS的三個主要網絡中的一個。SMM允許控制網絡（UCN）將Tricon 制定為它的一個安全節點，允許Tricon在整個TDC-3000環境內管理過程數據。Tricon用Honeywell操作者所熟悉的顯示格式發送數據別名和診斷信息。SMM的利用率取決于Honeywell的用于500版和將來各版的計劃。

6 TRICON的SOE功能（事件順序能力）

    主處理器（#3008型）和通訊模件一起工作，給Tricon系統提供SOE能力。在每次掃描中，主處理器檢查指定的被稱作事件的離散變量的狀態改變。當一事件發生時，主處理器把變量的當時狀態和時間標簽保存在一個稱作緩沖器的存儲區域內，緩沖器是SOE一部分。您可以用TRISTAION 1131對SOE塊進行組態，用SOE事件記錄器可以獲得事件數據。SOE的在我廠記錄的數據主要是一些重要的工藝參數，像反應器的壓力、液位、溫度等，一旦這些參數達到聯鎖值，邏輯將起作用，進行停車或切斷進料。同時SOE會將整個過程進行詳實的記錄，記錄準確率可可達毫秒級。