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作者介绍了三冗余控制系统在哈汽田湾核电三号汽轮机组保护系统(ETS)的应用情况，着重阐述了系统的结构、原理、特点，并对Micronet TMR系统与一般三冗余控制系统的区别做出介绍。

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田湾核电厂3号机组是哈尔滨汽轮机厂生产的1000MW汽轮机，对汽轮机保护系统(ETS)的安全、精度和控制速度要求最高，例如要求系统的控制周期小于20 ms，伍德沃德公司的三重冗余控制系统Micronet TMR以高度可靠的三模板冗余结构、最高5ms的控制速度和确定性的控制周期满足本项目的严格要求。

摘要：介绍了Micronet TMR系统在田湾核电3号机组ETS中的应用，特别是该系统的结构、原理和特点。

ETS系统结构 ETS系统主要由Micronet TMR控制器和Micronet安全模块(MSM)组成。Nettmr是一个三模板冗余控制器，主要负责处理机组的各种保护信号和机组的在线测试。

MSM控制器是一个具有三模板冗余结构的机组超速保护控制器，负责机组超速保护。Nettmr和MSM通过硬件线路和通信直接交换和协调数据，形成统一的整体。ETS的系统结构如图1所示。

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图1 ETS系统结构

系统特点1.彻底的三冗余结构

一般来说，控制系统的冗余，如三重冗余，往往是指CPU的三重冗余。其实控制系统的冗余分为几个层次，比如输入方面，包括传感器信号、输入通道、输入模板、CPU等。同样，输出方面也包括CPU、输出通道、输出模板、执行器等。

这些链接和控制对象一起形成一个控制循环。任何一个环节不冗余，整个系统就会有单点结构，系统就不是真正的三重冗余结构。英文中三重冗余控制器也叫TMR，是Triple Module Redundancy的缩写，即三重模板冗余，意思是不仅CPU、模板等组件需要三重冗余。可见，真正的三重冗余控制系统不仅仅是指CPU的冗余，更是指控制系统各个环节的三重冗余配置。

Nettmr和MSM控制器是具有这种真正的三重冗余结构的控制系统。以ETS的凝汽器真空低信号PS-LV1为例。Micronet通过专用的分发终端将这个信号分成三个通道，发送到三个输入通道，这三个输入通道位于三个不同的模板中，每个模板将信号发送到三个CPU。

可以看出，输入通道的所有链路都是三重冗余结构，任何链路故障都不会影响系统工作。同样，所有输出链路都是三重冗余配置。

Nettmr的CPU投票也是一个完整的三重冗余结构。NetTMR的三个独立控制核心运行相同的控制程序，独立执行三选二的投票操作。同时，三个控制核心并不是孤立的。它们通过专用数据总线交换所有输入和输出信息。每个CPU可以获取另一个CPU的输入数据，然后在投票后发回给其他CPU进行第二次投票。这样，任何数据值或数据通道损坏都不会影响数据投三分之二。中央处理器投票如图2所示。

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图2 CPU表决示意图

2.快速而确定性的控制周期

Micronet TMR系统不仅速度快，控制周期最快可达5毫秒，而且更重要的是控制周期的稳定性，也就是说，Micronet TMR的控制周期是确定性的，英文中称为“Deterministic”

在Micronet TMR的控制器的底层采用VxWorks实时操作系统(RTOS)。VxWorks与Micronet TMR上层应用程序GAP(Graphical Application Program)相结合，采用速率组”Rate Group”方式，把控制任务分成预先确定的时间片，保证每个时间片都能稳定地按预定的计划确定地执行。

同时，关键的控制回路的速率组可达5毫秒，这样，不仅保证的控制器的快速响应，而且保证了整个控制程序的时序是预先确定的，即在任何工控不会出现CPU负荷大小的变化，更不会出现控制器在某些工控超负荷的情况。Micronet TMR控制任务时序分配如图3所示。

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图3 Micronet控制任务时序

3.可靠的继电器表决结构

传统的冗余控制系统往往重视CPU的冗余，忽略执行机构。但是ETS中，执行机构，特别是输出的最后一个环节继电器的冗余配置对机组的安全起着关键的作用。

Micronet系统的继电器输出通道也采用彻底的三冗余结构，每个CPU的表决指令分别驱动两个继电器，所以，Micronet的每个开关量输出通道实际上都由六个继电器以及相关的辅助检测电路构成，如图4所示。这样的设计不仅实现了继电器环节的三取二表决，而且通过辅助电路，实现了继电器的工作状态的在线监测和热替换。

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图4 继电器输出配置

4.停机电磁阀表决结构

ETS停机电磁阀的布置采用哈尔滨汽轮机厂传统的”两或一与”结构，停机电磁阀的布置如图5所示。这样的电磁阀布置实现了停机电磁阀的冗余，即电磁阀SV-1和SV-3任何一个动作，同时SV-2和SV-4的任何一个动作，机组都可以停机。同时，四个电磁阀中任何一个电磁误动或拒动，都不会造成机组停

这样配置的另外一个功能是实现了在线电磁阀试验以及在线更换电磁阀。ETS系统具有在线通道和在线电磁阀测试功能，还包括真空和轴承油压低等在线试验功能。

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图5 停机电磁阀的配置

结论

田湾核电三号机组采用Micronet TMR系统，实现了包括从输入信号、通道、模板、CPU到、输出通道、模板和继电器等多环节的真正三冗余结构，同时满足了项目对快速控制周期和控制稳定性的要求。

本文编自《电气技术》，论文标题为“三冗余控制器在核电汽轮机保护系统中的应用”，作者为金洪伟、代波涛等。

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