高炉TRT安全系统的设计及优化

朱雪莲

（攀枝花攀钢能源动力中心设备室，四川攀枝花617000）

高炉TRT安全系统的设计及优化

朱雪莲

（攀枝花攀钢能源动力中心设备室，四川攀枝花617000）

介绍了攀钢四号高炉TRT安全系统的设计及优化。高炉TRT安全系统包括TRT控制系统本身的安全设计，以及TRT控制系统失控状态下的应急保护设计，当出现控制系统整体故障，设备及生产处于失控状态时，预通过设置脱机装置来保证安全停运设备的应急保护方法。

TRT安全系统;计算机控制系统;脱机打闸

1 引言

随着计算机控制系统的推广运用，机组设备对DCS或者PLC系统的依赖程度越来越高。一旦仪控系统的核心环节出现问题，将给生产、设备以及安全等带来致命影响。因此仪控系统的安全与稳定运行是自动控制专业研究的的核心问题之一。

高炉煤气余压透平发电装置(简称TRT)是一种能量回收装置。相对一般计算机控制系统来说，高炉TRT控制系统既要保证TRT发电，又要保证高炉安全生产，它的安全性显得尤为重要。

2 TRT控制系统本身的安全设计

攀钢四号高炉TRT控制系统采用和利时研制、开发、生产的MACS-V控制系统实现。控制系统设1套工程师站、4套操作员站。3套控制站、1套通讯网络及1对冗余服务器。

TRT控制系统的安全性设计包括硬件系统安全设计和软件系统安全设计。

2.1 硬件系统安全设计

2.1.1 全面冗余设计,即控制站电源、主控制器(DPU)、网络通讯均按1：1冗余配置，当某一环节出现问题，均能实现无扰切换，不影响其工艺控制。并且所有设备都支持在线更换功能，保证在线检修。

2.1.2 供电安全设计：系统供电采用两路配电源互投装置供电，通过UPS配电。所有现场二线制仪表可由系统进行供电，电源1：1冗余且单个电源半负荷供电，电压为24VDC。

2.1.3 采用智能型的I/O模件，用于信号处理、状态显示和通讯、控制等功能，所有模件均可带电插拔。I/O卡件能满足负载要求（如现场仪表短路、开路不会引起I/O卡件故障）。由于I/O卡本身的智能化，当控制器发生故障时，输出能自保持。

2.1.4 接地系统的安全设计：和利时控制系统设计两种接地，即保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4Ω。系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。

接地方法有两种：厂区电气专业接地网接地电阻小于4Ω时，则可接厂区电气专业接地网。当厂区电气专业接地网接地电阻较大时，应独立设置接地系统，接地电阻小于4Ω。接地系统安全设计见图1所示。

图1 接地系统安全设计

2.2 软件系统安全设计

2.2.1 MACS-V系统的控制站采用成熟的实时多任务操作系统(QNX)，以确保控制系统的实时性、安全性和可靠性。控制站的软件固化在半导体盘中，而实时数据存储带掉电保护的SRAM中，满足控制系统可靠、安全、实时性要求。

2.2.2 用户软件的安全设计：编程原则为逻辑的严密性、可靠性以及运行操作的方便性、直观性。任何一个逻辑或者控制回路，都要求做到严密，要考虑到所有的可能因素以及会造成的结果。

对参与逻辑联锁及跳闸保护的重要参数，需要进行处理：如三选二、三取中、断线保护等，尽量减少机组保护的误动和拒动的机率。

3 增加TRT控制系统失控状态下的应急保护设计

由于TRT控制系统在设计时未考虑DCS计算机控制系统失控状态下的应急保护，曾经发生过新三高炉TRT由于控制系统主控故障造成机组所有参数无法监视控制，且TRT无法紧急停机影响高炉正常生产的事故，有必要设置控制系统脱机打闸保护装置。

3.1 未设置控制系统脱机打闸保护之前TRT控制系统停机保护

原理图如图2。

由图2可以看出，当TRT故障或者需要停机时，所有停机联动设备的指令均由DCS控制系统发出。如果DCS出现问题时，则停机信号无法传达到现场设备，从而导致机组处于不受控状态，将严重影响机组的运行安全。故此TRT控制系统有必要增加脱机打闸功能，以保证在DCS控制系统故障的情况下，机组能够实现安全停机，高炉减压阀组能够快开动作，防止高炉憋压事故的发生。

图2 设置脱机打闸前的保护原理图

3.2 设置脱机打闸保护装置

设置一个脱机打闸按钮在操作台上，当DCS控制系统出现问题，或者机组发生事故需要紧急停机时，均可以通过此按钮实现手动停机功能，其控制原理图如图3。

图3 设置脱机打闸后的保护原理图

由图3可以看出，当脱机打闸按钮闭合后信号分为两路：一路进入DCS告知控制系统TRT停机，以实现静叶关闭，顶压调节退出等功能；另一路与DCS系统的停机信号并联输出来控制快切阀和减压阀组，即当DCS停机信号或者脱机打闸信号任意来一个，均发出信号去关TRT快切阀和开高炉的减压阀组。

实现脱机打闸功能，TRT只能向高炉发送开关量信号，高炉接收到此信号自行运算后，才能去控制减压阀组的开度，因此要修改高炉减压阀组的程序。

3.3 高炉配合TRT安全系统的设计

目前已在攀钢4#高炉实施TRT脱机打闸功能，因4#高炉TRT设计的前馈信号是向高炉发送开关量信号，只需从“透平跳闸（操作台）”按钮并一组信号到DCS输出给高炉的前馈信号端即可。

如图4，在TRT控制顶压时四阀组2#调节阀作为TRT故障跳闸时对高炉顶压调节的保护设备,其控制方式可选为TRT脉冲或TRT模拟控制方式。

目前只实现了选择TRT脉冲控制方式。TRT脉冲控制是在TRT跳闸时给高炉控制系统发出一个脉冲信号，四阀组2#调节阀根据脉冲的宽度全速打开碟阀到设定开度的控制方式，脉冲宽度与开度的控制值用FUNCTION算法实现，对照表如表1。

图4 2#调节阀方式选择逻辑控制流程图

表1 脉冲宽度与调节阀开度对应表

4 结束语

通过增加TRT脱机打闸保护功能，完善了高炉TRT的安全保护系统，保证了控制系统的安全可靠性。

[1]威廉·戈布尔(美国).控制系统的安全评估与可靠性[M].北京：中国电力出版社,2008.

[2]谢建英，贾清.微型计算机控制技术，北京：国防工业出版社，2005

[3]梅晓榕.自动控制原理，北京：科学出版社，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

朱雪莲（1970-），女，大学本科学历，高级技师，现从事仪表计算机控制技术工作。