基于三重冗余的ETS控制系统设计及可靠性评估

第39卷第5期电子科技大学学报Vol.39No.52010年9月JournalofUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaSep.2010基于三重冗余的ETS控制系统设计及可靠性评估邹见效,徐红兵,张正迁(电子科技大学自动化工程学院成都611731)【摘要】针对汽轮机安全保护系统的高可靠度和高安全度要求,提出了基于三重化冗余容错技术的危急跳闸系统(ETS)设计方案。系统从输入模块、传输总线、主控制器到输出模块均采用硬件三重化无耦合设计。通过通道内自监测和通道间互监测及同步策略实现系统的故障处理与隔离。通过设立输入、输出数据表决面及H型结构硬件表决器表决面,根据可预设的表决适应方案使系统实现了二次故障工作、三次故障安全,以较少的余度实现较高的容错能力。考虑可修复条件下建立了系统的马尔可夫可靠性模型,并进行了系统的可靠度和安全度分析。仿真结果验证了该系统具有很高的可靠性和安全性。通过现场调试和长时间通电实验,验证了系统满足汽轮机组安全保护装置的要求。关键词危急跳闸系统;马尔可夫模型;可靠性;安全性;三模冗余中图分类号TP277文献标识码Adoi:10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.030DesignandReliabilityEvaluationofETSControlSystemBasedonTripleModularRedundancyZOUJian-xiao,XUHong-bing,andZHANGZhen-qian(SchoolofAutomationEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaChengdu611731)AbstractAimingtothehigh-reliabilityandhigh-safetyrequirementsofsteamturbineprotectionsystem,anemergenttripsystem(ETS)basedonthetriplemodularredundant(TMR)toleranttechnologyispresentedindetailinthispaper.Thesignalsampler,systembus,maincontroller,andoutputmodulearedesignedinTMRstructure.Amethodofself-monitoringofintra-channelandcross-monitoringofinter-channelwithsynchronizationstrategyispresentedtorealizefaultprocessingandisolation.Throughsettingvotingprocessininputdata,outputdata,andH-patternhardwarestructure,andadoptingpresetadaptablevotingmechanism,thetwofailures-operationandthreefailures-safetyoftheETSsystemarerealizedeffectively.Takingintoaccountofmaintenance,reliabilityandsafetyreguirmentofthesystemareanalyzedbasedontheMarkovmodel.Simulationresultsshowthatthesystemhasahighreliabilityandhighsafety.FieldcommissioningandlongtimeelectrifiedtrialsprovethatthesystemsatisfiestherequirementofETSsafetyprotectionsystem.Keywordsemergencetripsystem;Markovmodel;reliability;safety;triplemoduleredundancy汽轮机危急跳闸系统(ETS)用于监控对机组安全有重大影响的参数,当这些参数超过安全限值时,发送出紧急停车信号,避免危险扩散造成巨大损失,对于生产装置的安全、稳定、高效运行具有重要意义[1-2]。随着工业技术的发展,现代汽轮机的安全保护系统对可靠性的要求越来越高。提高系统可靠性有采用高可靠性的元器件和采用余度技术两种途径。在一定条件下,元器件的可靠性指标是一定的,提高系统可靠性的潜力有限。余度技术包含硬件冗余、软件冗余、时间冗余和信息冗余。硬件冗余又可分为被动冗余、主动冗余和混合冗余。由于硬件容错系统是在总线级进行数据比较和表决,而软件容错则在系统级实现容错,在实时控制系统领域,采用硬件容错比软件容错更为可靠[3-5]。为达到较高的可靠性,现代汽轮机安全保护系统多采用双机冗余备份或三冗余。通常情况下三重冗余系统只能实现一次故障工作、二次故障安全。针对ETS系统结构特点,本文提出了一种三重冗余容错方案。1系统原理根据《火电厂设计技术规程》(DL5000-2000),收稿日期:20090325;修回日期:20100130基金项目:部级预研基金作者简介:邹见效(1978),男,副教授,主要从事智能信息处理与控制方面的研究.主控制器AAA输入模块B输出A输出B负载输入模块C输出C输出D主控制器B主控制器CACBBBCC输入模块A总线总线总线ETS接收来自汽轮发电机组TSI系统、锅炉FSSS系统及其他系统的报警和停机信号,进行逻辑...

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