创康(TRICON)安全和关键控制系统

创康安全和关键控制系统目录一．创康系统概述 (3)1.1创康系统冗余容错控制 (3)1.2创康三重化（TMR）系统的主要特点 (4)1.3 创康产品的应用领域 (5)二．创康系统三重化(TMR)工作原理 (6)2.1 三重化总线 (6)2.2 主处理器模块 (8)2.3 数字输入模块 (9)2.4 数字输出模块 (10)2.5 模拟输入模件 (10)2.6 模拟输出模件 (11)2.7 脉冲输入模件 (11)2.8 现场端子 (12)2.9 通讯模件 (12)三．系统集成设计与维护 (14)3.1创康系统机架配置 (14)3.2 系统组态 (15)四．创康系统参数 (16)4.1 I/O模块一览表 (16)4.2系统规格 (17)五．Tristation编程系统 (18)六．质量与安全认证 (18)一．创康系统概述1.1创康系统冗余容错控制容错控制系统可以识别和补偿控制系统元件的故障，并允许在继续完成指定任务的同时，对故障元件进行修复，不中断过程控制。

容错控制系统一般用于对安全性和可用率要求较高的关键工业过程控制中。

创康系统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（每路称为分电路）和独立的诊断电路集成在一个系统中。

用三取二表决方式提供高度完善、无差错、不间断的过程控制，不会因为单点的故障而导致系统失效。

传感器信号在输入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，并纠正任何输入数据的偏差，此过程保证每个主处理器使用相同的经表决后的数据执行应用程序。

主处理器的输出沿着三个通道，被送到输出模件，并在输出模件中再次进行表决/选择。

数字输出的表决通过获得专利的“方形表决器”电路完成。

而模拟信号则是在模拟输出选择器中进行选择。

表决电路中包含总的“反馈”电路，用于对输出状态做最后的校验和诊断潜在的故障。

创康系统的组态及维护非常简单，从用户组态维护角度看，TMR系统跟普通（单通道的）控制系统是一样的。

用户将传感器和执行器信号接在单一的接线端子上，只需要编写和下装一套应用程序即可，所有的表决和诊断功能都由系统内部自动处理。

创康系统对每个独立的分电路，每个模件和每个功能电路都进行广泛的诊断，对操作错误进行检测和报告。

所有诊断信息均贮存在系统变量里，由LED和报警触点指示。

这些信息可以供应用程序使用，或直接进行维护。

所有的故障模件都可以在线进行更换。

1.2创康三重化（TMR）系统的主要特点1．不会因单点故障而导致系统失效单个元件单点故障不会影响系统的正确运行。

2．高安全性能创康系统具有三重模块冗余（TMR）结构和高度的诊断覆盖率，达到了IEC61508 SIL3级标准，并获德国独立安全认证机构DIN标准定义的（TUV）AK 6级的标准认证。

3．可用性高及在线维护创康系统的工作模式为3-2-1-0方式，可在系统连续运行的情况下更换故障模块。

系统设计时采用了三块独立的主处理器模块，并对所有的I/O逻辑槽设计有备用4．低维护费用低内置系统诊断功能，可及时诊断出各种类型的故障，并可在线更换维修，操作简便，无需熟练技术人员。

5．系统固有（非二次开发）的三重化创康 TMR系统内部由三条互相隔离的通道组成，系统内部把现场的一个回路信号自动分成三个通道处理，所有的3取2表决处理由系统的硬件和软件自动完成，无需做二次用户开发程序。

6．事件顺序记录功能（SOE）在安全系统的运用中，用户需要了解导致不安全操作环境和最终跳闸的一系列事件。

创康系统提供一套完整的SOE功能可帮助用户进行系统的维护和停车事故原因的分析。

7．强大的通讯功能创康系统对外支持各种通讯协议，包括：* 点对点，点对点的时钟同步 * 网络打印* TCP/IP，ModBus，TCP/IP * RS232/458 ModBus* TSAA，Tristation * Honeywell，DCS，UCN节点通讯* SNTP * Honeywell，DCS，LCN数据接口* Foxboro（I/A），DCS节点通讯8．大容量的存储空间主处理器提供高达16M的内存用于控制程序和事件序列数据储存。

9．远程I/O创康提供远程I/O机架模式，最远距离可达12km。

10. 高密度端子板该端子板安装在机柜内的DIN导轨上，并通过高度可靠性的I/O专用电缆连接到系统机架底板，在更换故障I/O模块时，无需更换或改接端子板和I/O专用电缆。

1.3 创康产品的应用领域典型应用行业石油与天然气生产商、冶炼公司、化工公司、电力行业、铁路行业、制药、食品和造纸业。

典型应用系统目前在国内先后设计完成了近700套控制系统，并且每年以150套以上系统的增长速度迅速覆盖国内石化、铁路行业的市场。

1.安全仪表保持系统（SIS）创康系统使用于单装置或全厂一体化SIS系统的应用，特别在全厂一体化CCR集中的远程操作方面更有优势。

2. 透平压缩机控制系统（ITCC）创康系统将传统上需多个分立的功能集成在一套可靠性极高的三重模件（TMR）冗余容错控制系统中完成，在保持相同安全水平的同时，它的容错和连续不间断的操作为透平压缩机组提供最大的可用率。

可实现速度控制、抽汽控制、压缩机防喘振、开停车时序控制和安全连锁保护以及性能控制（负荷分配）和解耦控制等。

减少了各个系统间的连接和故障率;降低了长周期运行成本;提供了先进的控制技术和良好的监控界面;3.火灾预警和气体检测系统（FGS）创康系统也可应用于FGS领域，并符合国际和国内相关的安全标准，特别值得一提的是，创康 FGS已获得中国公安部消防产品合格评定中心颁发的中国国家强制性产品认证证书（CCCF）。

4.电液调节系统（DEH）DEH系统能适应各种运行工况的要求，自动调节和控制汽轮发电机组的功率和频率，它具有以下功能：*从盘车转速开始将机组升速到并网前的转速；*自动准同期并网；*从初始负荷到额定负荷的控制；*可按选定的特性，参与电网调频或基本负荷；由于用户对于系统的安全性和高可用性要求的提高，创康将继续在新的工业和应用领域扩展其用途。

二．创康系统三重化(TMR)工作原理创康的容错是通过三重模件冗余（TMR）结构来完成的。

创康系统不论是在其部件的硬件故障或者是内部外部导致的瞬间故障出现时，都能做到无差错、不会中断控制。

创康的结构从输入模件经主处理器到输出模件完全是三重化的。

每个I/O模件内有三个独立的分电路。

输入模件中每个分电路读入过程数据并将此信息送到各个主处理器，三个主处理器（通过其机架后板）利用其专有的称作TriBus的高速数据总线进行相互间通讯。

每扫描一次，三个主处理器通过TriBus总线与其相邻的二个主处理器进行通讯，达到同步。

TriBus总线对数字输入数据进行表决，对输出数据进行比较，把模拟输入数据复制并送到各主处理器，主处理器执行各种控制算法，算出输出值，并送到各输出模件。

除表决输入数据外，创康还表决输出数据。

图1 创康控制器的三重化结构输出数据的表决在输出模件中完成，表决应尽可能靠近现场，以检测并补偿可能在TriBus总线表决与去现场的最终输出之间发生的任何错误。

创康系统具有特殊的逻辑槽位设置，每个I/O模件都可在线更换，在操作中如果工作模件发生故障，可通过该模件相应的备用维修逻辑槽位更换上新的模件。

2.1 三重化总线TriBus功能TriBus包括三条独立的串行的链路，速率为4M波特。

每次扫描开始时都能使每个主处理器保持同步。

然后，每个主处理器将它的数据送入它的上游和下游的主处理器。

它有三个主要功能：传输模拟的、诊断的、通讯的数据传输和表决数字输入数据对上次扫描的输出数据和控制程序存贮器进行数据比较并对不同之处进行标识I/O Bus功能每个I/O模件通过其对应的端子板接收现场信号或向现场传送数据。

机架上的两个相邻的物理槽位视为一个逻辑槽，其中一个槽位用于安装工作的I/O模块，另一个在维修更换模块时使用，端子板通过背板顶部面板的插头相连，同时连接到工作I/O模块和维修I/O模件的槽位中。

所以这两个模件都可接收来自端子板的相同信号。

I/O Bus可使数据在I/O模件和主处理器之间传送，速率为375K波特。

三重化I/OBus沿着背板的底部敷设。

I/O Bus的每一分电路在每 图2 创康主机架背板总线结构图主处理器与其相应的I/O模件上的相应的分电路间传递信息。

I/O Bus通过一组三条I/O独立的电缆在各机架之间扩展。

通讯总线功能通讯总线在主处理器和通讯模件之间传输信息，其速率为2 M波特。

电源分配机架的电源是沿着背板的中心被分配在两条独立的电源导轨上。

机架上的各个模件通过双重电源调节器从两条电源导轨上同时取电。

在每一块输入输出板上有四组电源调节器：其中三组每组对应一个分电路（A、B和C），剩下一组用于状态指示灯。

电源模件每个创康机架有二个电源模件，以双冗余方式工作。

每个电源能独立承担机架中所有模件的供电，每个电源在机架背面装有独立的电源导轨，并有内部的诊断电路用以检查电压的输出范围和超温条件。

每个模件从背板上获取电源，每个分电路都配有两个独立的电压调整器，分电路短路只能影响这个分电路的电源调整器，而不会影响到整个电源总线。

创康在没有外部电源的情况下，电池能完整地保持程序和保持性参数变量，至少可保持六个月。

根据输入电压的规格，有三种电源模块可供选用：230VAC、120VAC/VDC和24VDC。

所有电源模块的输出功率在600C（1400F）时为175W。

图4 创康电源模件子系统的结构2.2 主处理器模块创康系统包含三个主处理器模件。

每个模件控制系统的独立的一路，并与其它两个主处理器并行工作。

图5 创康主处理器结构图每个主处理器上有一个专用的I/O通讯处理器，用以管理主处理器和I/O模件之间的数据交换。

一条三重I/O总线位于机架的背板上，机架间通过I/O总线电缆连接。

当每个输入模件轮询时，新的输入数据通过I/O总线的相应分电路送到主处理器。

输入数据汇成表存入主处理器（MP）内，并存入存储器以备用于硬件表决。

每个主处理器内的单输入表通过TriBus传到其邻近的主处理器。

在传送过程中完成硬件表决。

TriBus利用可编程的直接存储器对三个主处理器之间进行数据同步传送、表决以及比较。

经TriBus传输后，表决出一个正确的输入值作为MP输入送到控制程序。

控制程序在TRISTATION中开发并下装到主处理器，32位主处理器具有一数学协处理器与相邻的主处理器模块并行执行控制程序。

控制程序执行时，生成一张输出值表。

I/O通讯处理器通过支持广播协议的通讯总线管理着主处理器和通讯模件之间的数据交换。

创康系统采用最新的#3008型主处理器，它有16M DRAM（无后备电池）和32K SRAM，用于存放用户编写的控制程序、SOE数据、I/O数据、诊断、以及通讯缓冲器。