1 總述

    為了對石油化工生產(chǎn)裝置可能發(fā)生的危險或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進(jìn)行及時響應(yīng)和保護(hù)，為了提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、安全、平穩(wěn)、長周期的連續(xù)生產(chǎn)是至關(guān)重要的，這就需要一種高度可靠的安全保護(hù)手段，ESD系統(tǒng)因此應(yīng)運(yùn)而生。ESD系統(tǒng)，即緊急停車系統(tǒng)（Emergency Shut  Down System），它是適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續(xù)性生產(chǎn)裝置的安全保護(hù)系統(tǒng)。這篇中介紹的正是ESD系統(tǒng)中的一種，即美國TRICON公司的ESD系統(tǒng)。也正是我廠所使用的一種ESD系統(tǒng)。 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(yīng)器R1201，R1202，R1204，其控制參數(shù)更尤為重要，在工藝參數(shù)失調(diào)的情況下如果得不到及時控制，輕則停車造成財產(chǎn)損失，重則危及人身安全，這種情況下ESD所發(fā)揮的作用尤為重要。

    TRICON系統(tǒng)是基于三重模件冗余（TMR）結(jié)構(gòu)的最現(xiàn)代化的容錯控制器。它將三路相互隔離、并行的控制系統(tǒng)（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(tǒng)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(dǎo)致系統(tǒng)失效。軟件滿足1EC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的ESD系統(tǒng)。TRICON系統(tǒng)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(shù)原則對數(shù)據(jù)進(jìn)行表決，并糾正任何輸入數(shù)據(jù)的偏差。此過程保證每個主處理器使用相同的表決數(shù)據(jù)完成應(yīng)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(jìn)行表決/選擇。數(shù)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(jìn)行選擇。表決電路中包含有總的“反饋”電路，用于對輸出狀態(tài)做最好的校驗和診斷潛在的故障。

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

2 TRICON 控制系統(tǒng)有以下幾個明顯的特性

2.1 TRICON系統(tǒng)的獨立性

    TRICON系統(tǒng)不單是實現(xiàn)聯(lián)鎖邏輯關(guān)系，它應(yīng)該凌駕于生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)之上，具有獨立性。參與ESD系統(tǒng)的信號主要有兩大類，一類是模擬量信號；一類是開關(guān)量信號（輸出信號一般是開關(guān)量信號），模擬量輸入信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換器、DCS轉(zhuǎn)換卡、報警設(shè)定器等轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號參與聯(lián)鎖邏輯。這是在設(shè)計TRICON系統(tǒng)時應(yīng)考慮的一個環(huán)節(jié)。一般的做法是如模擬信號僅參與聯(lián)鎖不參與控制、監(jiān)測時，要盡可能以中控室儀表接線端子排為界，取出來自現(xiàn)場的模擬信號直接進(jìn)入TRICON系統(tǒng)，采用其自帶的信號轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理。如該點模擬量信號既要參與聯(lián)鎖還要參與DCS系統(tǒng)控制時，來自現(xiàn)場的該點模擬量信號要經(jīng)過一個多路輸出的信號分配器，經(jīng)信號分配后，一路信號進(jìn)入DCS系統(tǒng)，一路信號進(jìn)入TRICON系統(tǒng)，而不主張取經(jīng)過常規(guī)儀表或DCS系統(tǒng)轉(zhuǎn)換來的聯(lián)鎖接點信號進(jìn)入TRICON系統(tǒng)。因為TRICON系統(tǒng)是ESD系統(tǒng)，其安全級別遠(yuǎn)高于DCS系統(tǒng)，是獨立于過程控制系統(tǒng)之外的。

2.2 TRICON系統(tǒng) “靜態(tài)”特性

    過程控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行連續(xù)地動態(tài)調(diào)整而在正常生產(chǎn)情況下ESD系統(tǒng)是處于靜態(tài)的，不干涉生產(chǎn)過程，只有在緊急情況下（生產(chǎn)過程失控、即將發(fā)生人身或設(shè)備事故），它才發(fā)出停車保護(hù)信號。“該動則動，不該動則必不動”是ESD系統(tǒng)的一個顯著特征。這就要求控制系統(tǒng)不要進(jìn)入TRICON系統(tǒng)，TRICON系統(tǒng)盡可能不要參與連續(xù)調(diào)節(jié)，以保證其能夠“靜態(tài)”地監(jiān)護(hù)生產(chǎn)過程。

2.3 TRICON系統(tǒng) “響應(yīng)速度”即掃描時間

    TRICON系統(tǒng)每1毫秒可運(yùn)行1000個梯形邏輯，按這個速度可估算出系統(tǒng)的配置。對于大型動設(shè)備而言，ESD系統(tǒng)響應(yīng)得越快越好，響應(yīng)速度快有利于保護(hù)設(shè)備或避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。另外，系統(tǒng)響應(yīng)速度快有利于分辨事故序列記錄和第一事故信號。

    TRICON系統(tǒng)用掃描方式操作，周期性地執(zhí)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(shù)據(jù)所需要的時間（輸入處理時間）；

    （2）執(zhí)行控制程序所需要的時間；

    （3）實現(xiàn)輸出所需要的時間（輸出處理時間）。

    值得注意的是如果系統(tǒng)組態(tài)具有異乎尋常大量的物量I/O點總數(shù)、和/或控制程序較小時，掃描時間的設(shè)置就必須考慮總的處理時間和CPE(控制程序執(zhí)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(yīng)該設(shè)置為兩者之中較大者。

2.4 TRICON系統(tǒng)可實現(xiàn)本質(zhì)安全

    TRICON系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是基于三重模件冗余（TMR）結(jié)構(gòu)的容錯控制器，TRICON系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以輸入模件經(jīng)主處理器到輸出模件完全是三重化配置。另外，關(guān)鍵的聯(lián)鎖信號（如聯(lián)鎖條件、緊急停車按鈕、工藝聯(lián)鎖旁路開關(guān)等）輸入模塊應(yīng)三重化配置。對一些開車條件（如閥位回訊信號）、聯(lián)鎖復(fù)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(tǒng)出現(xiàn)單點故障或單個模塊故障時不會影響到整個系統(tǒng)，并可以在線熱更換故障模塊，而且以經(jīng)濟(jì)的角度考慮也是合算的。

    如果現(xiàn)場的危險能量有可能竄入TRICOM系統(tǒng)，則在信號進(jìn)入前首先經(jīng)過接點信號轉(zhuǎn)換器加以隔離，防止損壞模塊或干擾系統(tǒng)。

3 TRICON系統(tǒng)的硬件情況

    先簡要介紹一下TRICON系統(tǒng)的硬件構(gòu)成情況，然后再以我公司高密度聚乙烯裝置所應(yīng)用的TRICON系統(tǒng)為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.1 主處理器模件

    TRICON系統(tǒng)包三個主處理器模件。每個模件控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)。一條三重I/O總線位于機(jī)架的背板上，機(jī)架間通過I/O總線電纜連接。當(dāng)每個輸入模件被詢問時，I/O總線的相應(yīng)一支就把新的輸入數(shù)據(jù)傳遞給主處理器。輸入數(shù)據(jù)匯成表存入主處理器內(nèi)，并存入存儲器以備用于硬件表決。主處理器內(nèi)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(shù)據(jù)進(jìn)行同步，傳送，表決，以及比較。如果發(fā)現(xiàn)不一致，信號在兩個表中是一致的，則對第三個表進(jìn)行修正。由于取樣時間差異而造成的差別可用不同的數(shù)據(jù)圖樣進(jìn)行限制。每個主處理器把數(shù)據(jù)的必要修正保持在當(dāng)?shù)卮鎯ζ鲀?nèi)。任何差異都被標(biāo)識，并在掃描結(jié)束時被TRICON內(nèi)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(shù)人員對CPU進(jìn)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(qiáng)型智能通訊模件（EICM）；網(wǎng)絡(luò)通訊模件（NCM）；安全管理模件（SMM）；高速通道數(shù)據(jù)接口模件（HIM）；先進(jìn)的通訊模件（ACM）。這幾種模件的主要功能將在下面做詳細(xì)介紹。

3.3 電源模件

    每個TRICON機(jī)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(dān)機(jī)架中所有模件的供電，每個電源在機(jī)架的背面裝有獨立的電源導(dǎo)軌。并有內(nèi)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(diào)制器，分電路短路只能影響這個分電路的電源調(diào)制器，而不影響整個電源總路線。我廠應(yīng)用的電源模件是雙冗余的8312型。

3.4 輸入、輸出模件

    TRICON系統(tǒng)包含以下幾種輸入、輸出模件：數(shù)字輸入模件；數(shù)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(shù)字輸入卡10塊，其中一塊作為備用。有類型為3664的32點數(shù)字輸出卡6塊，其中一塊作為備用。

3.5 端子板

    現(xiàn)場端子板是一塊電氣的無源電路板，現(xiàn)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(xiàn)場傳給輸入模件，或者把由輸出模件產(chǎn)生的信號直接傳送給現(xiàn)場布線，因此可以卸掉或更換輸入或輸出模件現(xiàn)場的線路不發(fā)生變動。在我們裝置所使用TRICON系統(tǒng)的端子板中，每塊板子對應(yīng)于16點和外界相連接，每點都串接一個保險絲，這樣當(dāng)有大電流串入時保險絲先熔斷，起到了保護(hù)系統(tǒng)的作用。

4 TRICON的軟件系統(tǒng)

    TRICON系統(tǒng)是運(yùn)行在WINDOWS平臺下的的軟件開發(fā)平臺，它為程序的開發(fā)提供了三種軟件編輯工具，即功能塊圖（FBD），梯形圖（LD），結(jié)構(gòu)化語句（ST），我們公司這套裝置正是采用了功能塊圖進(jìn)行編程，實現(xiàn)邏輯聯(lián)鎖。這種邏輯編程方法具有圖形簡單，結(jié)構(gòu)清晰，易查找故障等優(yōu)點，給工廠的后期維護(hù)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(jìn)行編程，這方便了維護(hù)人員的日常操作。也使新入廠的同志或想學(xué)習(xí)TRICON系統(tǒng)的有志之士更容易入門。

5 TRICON系統(tǒng)和其它系統(tǒng)間的通訊功能

    TRICON的通訊功能是利用其固有的通訊模件進(jìn)行的。利用其通訊模件，TRICON可以和MODBUS主機(jī)和從機(jī)，點對點網(wǎng)絡(luò)上的其它TRICON，在802.3網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的其它主機(jī)，以及Honeywell和Foxboro分布控制系統(tǒng)（DCS）連接。主處理器通過通訊總線向通訊模件傳遞數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通常在每次掃描刷新一次；舊數(shù)據(jù)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(qiáng)型智能通訊模件）-和外部設(shè)備進(jìn)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(jī)，從屬機(jī)，或主從機(jī)，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(yīng)用，型號是4119A. 主要是用來和橫河DCS進(jìn)行通訊（所支持的協(xié)議是MODBUS），其中通訊的方式是采用冗余進(jìn)行的，這樣就保證了通訊的準(zhǔn)確性和快速性。

    （2）NCM（網(wǎng)絡(luò)通訊模件）-這種模件允許Tricon和其它Tricon通訊，或者通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與外部主機(jī)進(jìn)行通訊，速率可達(dá)10Mbit、秒。NCM支持一定數(shù)量的Triconex協(xié)議和應(yīng)用，也支持用戶書寫的應(yīng)用，包括那些采用TCP-IP/UDP-IP協(xié)議的應(yīng)用。型號為4329的模件在我廠高密度聚乙烯裝置中得到應(yīng)用，用途是和上位機(jī)進(jìn)行通訊，以方便日常的維護(hù)和技術(shù)人員進(jìn)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(wǎng)絡(luò)的通用控制器網(wǎng)絡(luò)（UCN）的接口，UCN是TDC-3000DCS的三個主要網(wǎng)絡(luò)中的一個。SMM允許控制網(wǎng)絡(luò)（UCN）將Tricon 制定為它的一個安全節(jié)點，允許Tricon在整個TDC-3000環(huán)境內(nèi)管理過程數(shù)據(jù)。Tricon用Honeywell操作者所熟悉的顯示格式發(fā)送數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tài)改變。當(dāng)一事件發(fā)生時，主處理器把變量的當(dāng)時狀態(tài)和時間標(biāo)簽保存在一個稱作緩沖器的存儲區(qū)域內(nèi)，緩沖器是SOE一部分。您可以用TRISTAION 1131對SOE塊進(jìn)行組態(tài)，用SOE事件記錄器可以獲得事件數(shù)據(jù)。SOE的在我廠記錄的數(shù)據(jù)主要是一些重要的工藝參數(shù)，像反應(yīng)器的壓力、液位、溫度等，一旦這些參數(shù)達(dá)到聯(lián)鎖值，邏輯將起作用，進(jìn)行停車或切斷進(jìn)料。同時SOE會將整個過程進(jìn)行詳實的記錄，記錄準(zhǔn)確率可可達(dá)毫秒級。