24 Tricon系统在我厂600MW超临界机组DCS中的应用

Tricon系统在镇江电厂600MW

超临界机组DCS中的应用

朱苏南

（江苏镇江发电有限公司）

摘要：本文主要介绍Tricon系统在江苏镇江发电有限公司600WM超临界机组DCS中的应用。针对目前ETS大多

在DCS中设计的主流，提出了一些新的看法和思路，讨论了如何使得ETS系统既拥有与DCS一体化的优势，又具

有PLC快速、可靠的特点。希望下文能够对其他电厂在设计ETS时有所帮助。

关键词：三重冗余 VOD功能 方形表决器 一体化

1 ETS的设计要求以及我公司ETS的现况

汽轮机危急跳闸系统ETS的主要任务是监视对机组安全有重大影响的某些参数，当这些参数超

过安全限定值时，该系统就通过AST电磁阀失电泄去汽机危急遮断油，关闭汽机全部蒸汽进汽阀门，

紧急停机。因此，对于ETS设计的基本要求就是高可靠性。

我公司的一期两台135MW机组，二期两台140MW机组，和三期两台600MW超临界机组的

DCS系统都是采用上海福克斯波罗有限公司的I/A系列产品；汽轮机则都是上海汽轮机有限公司的

产品，ETS的监视参数和跳闸控制块的设计大同小异，但是ETS所采用的硬件和软件设计却是三种

不同的方法和思路：一期工程ETS采用GE公司的90-30系列PLC完成，使用配置相同的两组PLC

实现冗余控制，ETS的保护、试验等软件功能用梯形逻辑图组态完成；二期工程的ETS采用与DCS

系统一体化的设计，使用I/A的一对CP实现冗错控制，其软件功能在PLB模块中用梯形逻辑组态

完成；三期工程ETS则采用Tricon完成，它既具备PLC的所有特点，又拥有与DCS一体化的优势。

其软件功能使用功能块图（FBD）编写，简单易懂。

Tricon由于其优越的安全性能被广泛应用于安全等级要求更高的化工行业，而在火力发电厂使

用的并不多。但是随着现代火力发电厂机组容量的不断扩大，电网安全性和重要性要求的不断提高，

Tricon将会越来越多的应用于火电厂ETS，FSSS等重要保护系统。

2 Tricon的硬件特点及其软件功能

Tricon 是基于三重模件冗余（TMR）结构的最先进的容错控制器。它将三路隔离、并行的控制

系统（每路称为一个分电路）和广泛的诊断集成在一个系统中，用三取二表决提供高度完善、无差

错、不间断的过程操作，不会因为单点的故障而导致系统失效。传感器信号在输人模件中被分成隔

离的三路，通过三个独立的通道，分别被送到三个处理器中，处理器间的 TRIBUS 总线按多数原则

对数据进行表决，并纠正任何输人数据的偏差。此过程保证每个主处理器使用相同的表决后的数据

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完成应用程序。

Tricon的容错功能是通过三重模件冗余（TMR）结构来完成的。 Tricon 不论其部件的硬件故障

或者是内部、外部的瞬时故障都能做到无差错，不会中断控制。 Tricon 的结构从输入模件、主处理

器到输出模件完全是三重化的。每个 1 / 0 模件内有三个独立的分电路。输入模件的每个分电路读

人过程数据并将此信息送到各个主处理器。三个主处理器可利用其专有的高速的三重化总线

（TRIBUS）进行相互间的通讯。每扫描一次，三个主处理器通过三重化总线与其相邻的二个主处理

器进行通讯，达到同步。同时三重化总线可对其数字输人数据进行表决，对输出数据进行比较，并

把模拟输人数据复制并送到每个处理器，主处理器执行各种控制算法，并将运算输出值送到各输出

模件。如下图：

主处理器的输出沿着三个通道，被送到输出模件，输出电路对各个输出信号在它们送至负载之

前进行表决。这个表决电路是以并联通路为基础，该并联通路在支路 A 和 B ，或支路 B 和 C ，

或支路 C 和 A 闭合时，通过三取二输出表决通过。“方型输出表决器”为所有的需判断的信号通

路提供多重冗余。以及最大的安全性和最大的可用性。每种类型的数字输出模件均可对每点进行专

门的输出表决诊断（ DVD ）。模件上的反馈回路电压，可使每一个微处理器读取每点的输出值以便

判断输出电路中是否存在潜在的故障。如下图：

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数字输出模件结构

输出表决器诊断（OVD）是一个用以检测Tricon的输出表决机构有无失效的例行程序。这个诊

断在不需要人为干预的情况下进行，使Tricon得以连续不断的检验其自身的完好性。如果某部件失

效，输出点的组合开关功能将改变状态并使所附的负载受到干扰。对于在ON态的点，干扰为OFF；

对于在OFF态的点，干扰为ON。当诊断在工作时，点的状态指示灯在ON和OFF之间转换闪动，

如果数字输出回路没有检测到有干扰，则FAULT指示灯接通，同时诊断也禁动。Tricon保证对负载

的干扰不超过2ms，对继电器、接触器等电磁装置没有任何影响。ETS系统的输出点因为其系统的

特殊性需要长期地保持处于一种状态。OVD 诊断功能可以确保系统完全的故障覆盖率。

Tricon 的硬件特点可以概括如下：

(1) 不会因单点的故障而导致系统失效

(2) 可以在 3 ， 2 或 1 个主处理器完好的情况下正确操作

(3) 完整和透明的三重化结构

(4) 全面的诊断系统

(5) 功能丰富的 I/O 模块

(6) 远程I/O可达 12Km

(7) 简单的在线模块更换

(8) 无与伦比的可靠性和可用率

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3 Tricon强大的通信能力及其丰富的软件功能

Tricon支持多种通讯模式，根据不同的应用需要，Tricon可与之接口的有：任一种Modbus的主

机，包括ABB、贝利（Bailey）、费希尔-罗斯蒙特及横河（Yokogawa）的DCS系统；福克斯波罗（Foxboro）

的I/A节点总线；霍尼韦尔（Woneywell）的UCN网络，DH网络以及LCN网络。

我公司DCS是用福克斯波罗（Foxboro）的I/A系列。Tricon提供 ACM 传输先进通信网络模

件用于与 Foxboro I/A节点总线通信。 ACM 在I/A系统中以全网络的数据率传输过程信息，以与

Foxboro操作类似的显示格式传送所有的 Tricon 假名数据（包括系统变量和系统假名）和诊断信息

给 Foxboro 的操作站。通过 ACM 接口，I/A 系统可获得 Tricon 系统的以下功能：

l ）处理关键的I/O 点，并且把结果传递到I/A系统中。

2 ）处理 Tricon 报警，并且把它们送到用户定义的I/A目标画面中。

3 ）把Tricon报警传到I/A系统作为系统信息。

4 ）读／写假名数据，满足I/A 系统的要求。

5 ）从 I/A 环境使时间同步。

6 ）在I/A 系统工作站上显示从 Tricon中读取的诊断信息。

7 ）提供从I/A系统中修改 Tricon安全系统数据的写保护功能。

8 ）为了不中断与I/A 系统节点总线(Nodbus)的通讯，提供了热备功能。

我公司在ETS设计时就考虑了与DCS的一体化的问题，使运行人员只要在DCS的主机上就可

以完成ETS的所有监视和操作功能，检修人员也可以利用DCS系统在紧急状态下对一些保护进行

投、解，以便于安全检修。

Tricon的开发软件是在微软Windows NT操作系统下运行，并追随微软视窗画面、用户界面的

指引，操作起来十分方便。

Tristation 1131工作平台提供了三种编辑器，来支持ETS逻辑的编写：

(1) 功能块图 （FBD）

(2) 梯形图 （LD）

(3) 结构语句（ST）

工作平台还提供了因果表语言编辑器（CEMPLE），广泛支持应用因果表（CEM）方法的Tricon

应用程序开发；同时，Tricon的软件还支持SOE、故障诊断等功能。我公司选择功能块图（FBD）

方式编写ETS逻辑，简洁易懂。

4 用Tricon系统来做ETS的优点及其需要注意的问题

ETS设计一般包括硬件设计和软件设计两个方面，因此其可靠性设计也体现在这两个方面。同

以前的ETS系统相比，Tricon具有明显的优势。

(1) Tricon的硬件优势不言而喻：最先进的三重化结构，最可靠的方型输出表决器功能，拥有

无与伦比的可用率。

(2) ETS系统与DCS的一体化可以使运行人员方便地对整个系统进行直观的状态监视分析，还

可以根据实际情况，方便地设置多种附加功能，丰富和完善对ETS系统的检修、维护手段，提高自

动化水平。

(3) 在DCS系统出现问题的时候，也不影响ETS系统的危急跳闸功能。

(4) 采用端子板与外部I/O点连接，单独为各点提供过流保护。

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(5) Tricon系统具有在线的超强自诊断（OVD）能力和简单易懂的诊断软件。

(6) 所有的故障模件都可以在线进行更换，且操作简单。

Tricon 系统的使用非常简单，但是在ETS系统设计及维护使用中我建议注意以下问题：

(1) 现场布线中建议不要把其他的触点串接在数字输出点的接点上。这类串接会使OVD失效或

限制其效力。

(2) 每个机架有两个电源模块，以冗余的方式工作。虽然正常工作时两个电源模块各承担50%

的电力容量供应，但在设计时每个电源模块都应该能独立承担机架上所有模件。

(3) ETS在调试阶段可以先将Tricon运行起来，测试一下OVD功能对整个系统的影响。如果

发现OVD功能的干扰对某个设备有影响，可以在ETS投用时将相应的OVD功能屏蔽。

(4) 如果你禁动了OVD功能，建议在机组停用检修时再开启OVD功能至少60秒，保证对所

有部件100%的故障检测。

(5) 在系统内如果有一个以上的故障，其中一个是处理器（MP）故障而另一个在其他模件中，

应首先更换MP。等MP的ACTIVE指示灯亮起来后，才能更换其它故障模件。

(6) 在日常巡检中要多关注Tricon各类模块的指示灯（LED），因为所有诊断信息均贮存在系统

变量里，由 LED 和报警触点指示。

以上建议是我们在使用Tricon设计ETS系统时遇到的问题，希望能给其他电厂在类似设计中有

一定参考作用。

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