高爐TRT安全系統的設計及優化

朱雪蓮

（攀枝花攀鋼能源動力中心設備室，四川攀枝花617000）

高爐TRT安全系統的設計及優化

朱雪蓮

（攀枝花攀鋼能源動力中心設備室，四川攀枝花617000）

介紹了攀鋼四號高爐TRT安全系統的設計及優化。高爐TRT安全系統包括TRT控制系統本身的安全設計，以及TRT控制系統失控狀態下的應急保護設計，當出現控制系統整體故障，設備及生產處于失控狀態時，預通過設置脫機裝置來保證安全停運設備的應急保護方法。

TRT安全系統;計算機控制系統;脫機打閘

1 引言

隨著計算機控制系統的推廣運用，機組設備對DCS或者PLC系統的依賴程度越來越高。一旦儀控系統的核心環節出現問題，將給生產、設備以及安全等帶來致命影響。因此儀控系統的安全與穩定運行是自動控制專業研究的的核心問題之一。

高爐煤氣余壓透平發電裝置(簡稱TRT)是一種能量回收裝置。相對一般計算機控制系統來說，高爐TRT控制系統既要保證TRT發電，又要保證高爐安全生產，它的安全性顯得尤為重要。

2 TRT控制系統本身的安全設計

攀鋼四號高爐TRT控制系統采用和利時研制、開發、生產的MACS-V控制系統實現。控制系統設1套工程師站、4套操作員站。3套控制站、1套通訊網絡及1對冗余服務器。

TRT控制系統的安全性設計包括硬件系統安全設計和軟件系統安全設計。

2.1 硬件系統安全設計

2.1.1 全面冗余設計,即控制站電源、主控制器(DPU)、網絡通訊均按1：1冗余配置，當某一環節出現問題，均能實現無擾切換，不影響其工藝控制。并且所有設備都支持在線更換功能，保證在線檢修。

2.1.2 供電安全設計：系統供電采用兩路配電源互投裝置供電，通過UPS配電。所有現場二線制儀表可由系統進行供電，電源1：1冗余且單個電源半負荷供電，電壓為24VDC。

2.1.3 采用智能型的I/O模件，用于信號處理、狀態顯示和通訊、控制等功能，所有模件均可帶電插拔。I/O卡件能滿足負載要求（如現場儀表短路、開路不會引起I/O卡件故障）。由于I/O卡本身的智能化，當控制器發生故障時，輸出能自保持。

2.1.4 接地系統的安全設計：和利時控制系統設計兩種接地，即保護地和工作地（邏輯地、屏蔽地等）。系統所有的操作員機柜、現場控制站機柜、端子柜等均應接保護地。保護地應接至廠區電氣專業接地網，接地電阻小于4Ω。系統中信號電纜的屏蔽層應做屏蔽接地。

接地方法有兩種：廠區電氣專業接地網接地電阻小于4Ω時，則可接廠區電氣專業接地網。當廠區電氣專業接地網接地電阻較大時，應獨立設置接地系統，接地電阻小于4Ω。接地系統安全設計見圖1所示。

圖1 接地系統安全設計

2.2 軟件系統安全設計

2.2.1 MACS-V系統的控制站采用成熟的實時多任務操作系統(QNX)，以確保控制系統的實時性、安全性和可靠性。控制站的軟件固化在半導體盤中，而實時數據存儲帶掉電保護的SRAM中，滿足控制系統可靠、安全、實時性要求。

2.2.2 用戶軟件的安全設計：編程原則為邏輯的嚴密性、可靠性以及運行操作的方便性、直觀性。任何一個邏輯或者控制回路，都要求做到嚴密，要考慮到所有的可能因素以及會造成的結果。

對參與邏輯聯鎖及跳閘保護的重要參數，需要進行處理：如三選二、三取中、斷線保護等，盡量減少機組保護的誤動和拒動的機率。

3 增加TRT控制系統失控狀態下的應急保護設計

由于TRT控制系統在設計時未考慮DCS計算機控制系統失控狀態下的應急保護，曾經發生過新三高爐TRT由于控制系統主控故障造成機組所有參數無法監視控制，且TRT無法緊急停機影響高爐正常生產的事故，有必要設置控制系統脫機打閘保護裝置。

3.1 未設置控制系統脫機打閘保護之前TRT控制系統停機保護

原理圖如圖2。

由圖2可以看出，當TRT故障或者需要停機時，所有停機聯動設備的指令均由DCS控制系統發出。如果DCS出現問題時，則停機信號無法傳達到現場設備，從而導致機組處于不受控狀態，將嚴重影響機組的運行安全。故此TRT控制系統有必要增加脫機打閘功能，以保證在DCS控制系統故障的情況下，機組能夠實現安全停機，高爐減壓閥組能夠快開動作，防止高爐憋壓事故的發生。

圖2 設置脫機打閘前的保護原理圖

3.2 設置脫機打閘保護裝置

設置一個脫機打閘按鈕在操作臺上，當DCS控制系統出現問題，或者機組發生事故需要緊急停機時，均可以通過此按鈕實現手動停機功能，其控制原理圖如圖3。

圖3 設置脫機打閘后的保護原理圖

由圖3可以看出，當脫機打閘按鈕閉合后信號分為兩路：一路進入DCS告知控制系統TRT停機，以實現靜葉關閉，頂壓調節退出等功能；另一路與DCS系統的停機信號并聯輸出來控制快切閥和減壓閥組，即當DCS停機信號或者脫機打閘信號任意來一個，均發出信號去關TRT快切閥和開高爐的減壓閥組。

實現脫機打閘功能，TRT只能向高爐發送開關量信號，高爐接收到此信號自行運算后，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安全系統的設計

目前已在攀鋼4#高爐實施TRT脫機打閘功能，因4#高爐TRT設計的前饋信號是向高爐發送開關量信號，只需從“透平跳閘（操作臺）”按鈕并一組信號到DCS輸出給高爐的前饋信號端即可。

如圖4，在TRT控制頂壓時四閥組2#調節閥作為TRT故障跳閘時對高爐頂壓調節的保護設備,其控制方式可選為TRT脈沖或TRT模擬控制方式。

目前只實現了選擇TRT脈沖控制方式。TRT脈沖控制是在TRT跳閘時給高爐控制系統發出一個脈沖信號，四閥組2#調節閥根據脈沖的寬度全速打開碟閥到設定開度的控制方式，脈沖寬度與開度的控制值用FUNCTION算法實現，對照表如表1。

圖4 2#調節閥方式選擇邏輯控制流程圖

表1 脈沖寬度與調節閥開度對應表

4 結束語

通過增加TRT脫機打閘保護功能，完善了高爐TRT的安全保護系統，保證了控制系統的安全可靠性。

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

[2]謝建英，賈清.微型計算機控制技術，北京：國防工業出版社，2005

[3]梅曉榕.自動控制原理，北京：科學出版社，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，大學本科學歷，高級技師，現從事儀表計算機控制技術工作。