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A high-level synthesis based dual-module redundancy with multi-residue detection(DMR-MRD)fault-tolerant method for on-board processing satellite communication systems
1
作者 杨文慧 Chen Xiang +2 位作者 Wang Yu Zhao Ming Wang Jing 《High Technology Letters》 EI CAS 2014年第3期245-252,共8页
On board processing(OBP) satellite systems have obtained more and more attentions in recent years because of their high efficiency and performance.However,the OBP transponders are very sensitive to the high energy par... On board processing(OBP) satellite systems have obtained more and more attentions in recent years because of their high efficiency and performance.However,the OBP transponders are very sensitive to the high energy particles in the space radiation environments.Single event upset(SEU)is one of the major radiation effects,which influences the satellite reliability greatly.Triple modular redundancy(TMR) is a classic and efficient method to mask SEUs.However,TMR uses three identical modules and a comparison logic,the circuit size becomes unacceptable,especially in the resource limited environments such as OBP systems.Considering that,a new SEU-tolerant method based on residue code and high-level synthesis(HLS) is proposed,and the new method is applied to FIR filters,which are typical structures in the OBP systems.The simulation results show that,for an applicable HLS scheduling scheme,area reduction can be reduced by 48.26%compared to TMR,while fault missing rate is 0.15%. 展开更多
关键词 single event upset (SEU) residue code triple modular redundancy (TMR) high-level synthesis (HLS) fault missing rate
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基于K8s的天基云平台可靠性方案设计
2
作者 何羽 吴琦 安军社 《计算机工程与设计》 北大核心 2024年第8期2548-2554,共7页
针对地面云平台移植到太空中会由于单粒子效应频繁导致其可靠性严重下降的问题,结合具体型号任务,针对K8s云平台研究基于三模冗余的任务容错方案。针对星载计算机功耗受限的问题,在综合考虑功耗和任务实时性的基础上,设计实现2种分别基... 针对地面云平台移植到太空中会由于单粒子效应频繁导致其可靠性严重下降的问题,结合具体型号任务,针对K8s云平台研究基于三模冗余的任务容错方案。针对星载计算机功耗受限的问题,在综合考虑功耗和任务实时性的基础上,设计实现2种分别基于传统三模冗余和时间三模冗余的冗余方案;针对核心级别的故障恢复需求和单个卫星搭载节点较少的特点,通过修改K8s源码,实现核心分配功能。相关实验结果表明,该容错机制能有效容忍单粒子翻转导致的错误,支持核心级别的错误恢复和利用核级冗余支持任务容错,同时,具有较小的性能开销。 展开更多
关键词 任务冗余 三模冗余 容错 云计算 DOCKER Kubernetes 天基云
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异步FIFO抗SEU设计
3
作者 孙远 任轶群 范毓洋 《现代电子技术》 2023年第11期160-164,共5页
在高空高能粒子的影响下,航天或航空电子设计中广泛使用的异步FIFO容易产生单粒子翻转,从而导致功能紊乱甚至失效。因此在面向航天或航空的高安全电子设计中需采用容错设计来提高异步FIFO电路的抗辐射能力。但传统的三模冗余设计应用于... 在高空高能粒子的影响下,航天或航空电子设计中广泛使用的异步FIFO容易产生单粒子翻转,从而导致功能紊乱甚至失效。因此在面向航天或航空的高安全电子设计中需采用容错设计来提高异步FIFO电路的抗辐射能力。但传统的三模冗余设计应用于异步FIFO时有一定的局限性,会出现由指针错误引起的某一通道的数据持续出错、跨时钟域导致的输出数据不同步等降低三模冗余防护能力的问题。针对该问题,文中提出适用于异步FIFO的新的电路结构及三模冗余方案。经仿真证明,采用新三模冗余方案构建的异步FIFO在辐射环境下能快速纠正指针错误,同步三路冗余数据,使其具有更高的单粒子防护效果。 展开更多
关键词 异步FIFO 抗SEU 三模冗余 容错设计 端口加固 仿真分析
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大规模MPI并行计算的可扩展三模冗余容错机制 被引量:13
4
作者 王之元 杨学军 周云 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期1022-1035,共14页
随着系统规模的扩大,并行计算的性能不断提高,但可靠性却也在不断下降,因此需要采用某种容错机制来容忍或恢复硬件故障和数据错误.目前常用的容错机制Checkpoint/Restart和多模冗余均引入了额外的开销,这些开销均在某种程度上制约了并... 随着系统规模的扩大,并行计算的性能不断提高,但可靠性却也在不断下降,因此需要采用某种容错机制来容忍或恢复硬件故障和数据错误.目前常用的容错机制Checkpoint/Restart和多模冗余均引入了额外的开销,这些开销均在某种程度上制约了并行计算的可扩展性.因此,在高性能计算需求不断增长的今天,可扩展容错机制的设计显得尤为迫切和重要.以三模冗余(triple modular redundancy,简称TMR)为典型案例,描述了传统TMR在大规模MPI并行计算上的实现方法,分析了该机制所面临的实际问题,进而指出传统TMR制约了并行计算的扩展.根据该技术所面临的问题,设计了可扩展三模冗余(scalable triple modular redundancy,简称STMR),并进一步验证了其有效性和可扩展性.该机制不仅能够处理Checkpoint/Restart针对的fail-stop故障,还能够解决绝大部分硬件不能直接感知的数据错误.最后,借用BlueGene/L的系统参数进行模拟,预测当系统规模增大时,在分别采用TMR和STMR的情况下并行计算可扩展性的变化,结果进一步验证了STMR是可扩展的容错机制. 展开更多
关键词 容错机制 可扩展性 三模冗余 大规模并行计算 MPI
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基于Scrubbing的空间SRAM型FPGA抗单粒子翻转系统设计 被引量:12
5
作者 马寅 安军社 +1 位作者 王连国 孙伟 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期270-276,共7页
基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets,SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断.在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基础上,实现了一种高可靠性... 基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets,SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断.在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基础上,实现了一种高可靠性、TMR+Scrubbing+Reload的容错系统设计,用反熔丝型FPGA对SRAM型FPGA的配置数据进行毫秒级周期刷新,同时对两个FPGA均做TMR处理.该容错设计已实际应用于航天器电子系统,可为高可靠性电子系统设计提供参考. 展开更多
关键词 单粒子翻转(SEU) 三模冗余(TMR) 刷新(Scrubbing) FPGA容错
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无人机容错飞行控制计算机体系结构研究 被引量:8
6
作者 吕迅竑 姜斌 +1 位作者 陈欣 齐瑞云 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期2586-2597,共12页
高性能无人机对飞行控制计算机提出了高可靠性要求,使用余度容错飞控计算机是提高安全可靠性的重要途径之一。对容错飞控计算机安全可靠性、实时性、维护性等设计要求进行研究,分析了无人机容错飞控计算机的设计要求特点;阐述了典型军... 高性能无人机对飞行控制计算机提出了高可靠性要求,使用余度容错飞控计算机是提高安全可靠性的重要途径之一。对容错飞控计算机安全可靠性、实时性、维护性等设计要求进行研究,分析了无人机容错飞控计算机的设计要求特点;阐述了典型军用、民用有人机以及无人机容错飞控计算机的体系结构及关键余度管理策略,总结了无人机容错飞控计算机体系结构特点及发展方向。根据上述研究结果,提出一种基于FlexRay总线的相似三模余分布式容错飞控计算机体系结构,FlexRay总线既是单通道飞控计算机的内部总线,也是多通道飞控计算机的系统总线。该体系结构能够抑制拜占庭故障,满足无人机高可靠、低成本、扩展性强、维护性能好等要求。 展开更多
关键词 无人机 容错计算机系统 飞行控制系统 体系结构设计 余度设计 三模冗余
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基于TMR-EHW的高可靠性电机控制系统 被引量:4
7
作者 褚杰 原亮 +2 位作者 赵强 丁国良 吴彩华 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第23期10-11,14,共3页
为提高恶劣环境中控制系统的可靠性,将三模块冗余(TMR)容错与演化硬件(EHW)自修复相结合,实现基于TMR-EHW结构的现场可编程门阵列电机控制系统。该系统利用TMR快速发现和定位故障,屏蔽出错模块并保持容错运行,利用EHW进行自修复,使出错... 为提高恶劣环境中控制系统的可靠性,将三模块冗余(TMR)容错与演化硬件(EHW)自修复相结合,实现基于TMR-EHW结构的现场可编程门阵列电机控制系统。该系统利用TMR快速发现和定位故障,屏蔽出错模块并保持容错运行,利用EHW进行自修复,使出错模块恢复正常工作,系统可靠性得到提高。 展开更多
关键词 三模块冗余 演化硬件 容错 自修复
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基于进化硬件的自修复TMR系统设计及其可靠性分析 被引量:6
8
作者 姚睿 王友仁 +1 位作者 于盛林 高桂军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第8期72-75,78,共5页
将进化硬件与传统TMR容错设计思想相结合,提出了一种具有在线自修复功能的自修复TMR系统设计方法。该系统具有多重容错和修复机制:总体采用TMR,可自动检测到故障模块;系统中每个模块均采用组件备份法,可通过组件切换法快速修复模块故障... 将进化硬件与传统TMR容错设计思想相结合,提出了一种具有在线自修复功能的自修复TMR系统设计方法。该系统具有多重容错和修复机制:总体采用TMR,可自动检测到故障模块;系统中每个模块均采用组件备份法,可通过组件切换法快速修复模块故障;而模块中每个组件也可通过进化进行修复。因而具有更强的容错能力和更高的可靠性。以具有片内三模冗余的2 bit乘法器为例进行了验证。最后,给出了该系统的可靠性模型,推出了可靠性计算公式,从理论上对该系统的可靠性进行了分析。结果表明:该系统能有效修复stuck-at故障,具有更长的使用寿命和更高的可靠性。 展开更多
关键词 进化硬件 容错 三模冗余 自修复 可靠性分析
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系统异构冗余容错设计研究 被引量:9
9
作者 高桂军 王友仁 姚睿 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第10期25-28,共4页
提出了一种新的三模异构冗余自修复系统的设计方法,设计出了异构评价函数。利用演化硬件具有自适应与自修复的功能,实现了具有N模冗余特性的三模冗余电路。首先,利用遗传算法进化出3个原始功能电路;然后,每进化出一个具有相同功能的电... 提出了一种新的三模异构冗余自修复系统的设计方法,设计出了异构评价函数。利用演化硬件具有自适应与自修复的功能,实现了具有N模冗余特性的三模冗余电路。首先,利用遗传算法进化出3个原始功能电路;然后,每进化出一个具有相同功能的电路进行一次非相似度评价,选择出非相似度最大的3个电路保留,并进行应用。当3个异构电路中有一个出错后,对故障电路屏蔽,可进化修复该出错电路,并重新投入运行。从而大大地提高了容错性能,且具有体积小、成本低、功耗小、不影响系统正常运行等优点。利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)对二位比较器进行容错设计验证,分析比较了非相似度评价在异构设计中的作用与影响,实验结果证明了新方法的可行性和电路的高度可靠性。 展开更多
关键词 演化硬件 在线进化 容错 三模冗余 异构 自修复
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复杂电磁环境中高可靠性TMR-EHW电机控制电路设计 被引量:4
10
作者 褚杰 满孟华 +2 位作者 常小龙 原亮 魏明 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2314-2321,共8页
现代战场电磁环境日趋复杂、恶劣,导致大量电子装备受扰、损伤,其可靠性受到严重影响。为了进一步提高电子装备的可靠性,以无刷直流电机系统作为工程背景,将三模块冗余容错机制、多层前馈神经网络结构、演化硬件技术3者有机结合,实现了... 现代战场电磁环境日趋复杂、恶劣,导致大量电子装备受扰、损伤,其可靠性受到严重影响。为了进一步提高电子装备的可靠性,以无刷直流电机系统作为工程背景,将三模块冗余容错机制、多层前馈神经网络结构、演化硬件技术3者有机结合,实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的三模块冗余-演化硬件(TMR-EHW)无刷直流电机控制电路。通过实验证明:将TMR机制引入FPGA电机控制系统之中,可实现功能模块的故障自诊断,以容错运行方式保持系统正常输出,有效提高系统的可靠性;利用多层前馈神经网络结构组织FPGA中的电路资源,通过演化硬件技术实现故障后的功能自恢复。对TMR-EHW系统进行了可靠性分析,推导出该系统的可靠度计算公式。将TMR-EHW系统与单模块系统、普通TMR系统的可靠度进行了横向对比,结果表明TMR-EHW系统具有更高的可靠性和更强的适应性,证明了TMR-EHW技术的可行性与有效性。TMR-EHW电机控制电路系统能够适应并稳定工作于以较为复杂、多变的恶劣电磁环境。 展开更多
关键词 三模块冗余(EMR) 演化硬件(EHW) 神经网络 容错电路 无刷直流电机 可靠性
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TMR计算机系统冗余单元间的恢复技术 被引量:2
11
作者 汪东升 郑纬民 杨孝宗 《小型微型计算机系统》 EI CSCD 北大核心 1997年第3期23-27,共5页
本文以我们自行研制的FT-HIT航天容错计算机为背景,论述三模冗余(TMR)计算机系统冗余单元间的运行环境信息恢复技术,包括运行环境信息的保存、信息的传送。
关键词 容错 故障恢复 计算机系统 TMR 冗余
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一种三模混合冗余总线控制系统设计研究 被引量:4
12
作者 黄波 曹帮林 +1 位作者 张福鑫 陈伟 《航天控制》 CSCD 北大核心 2015年第6期76-80,共5页
为了简化三余度容错总线控制系统设计,提高其容错效率,提出了一种自检、互检与表决机制相结合的软硬件协同混合冗余管理机制。该机制采取当班机主控、备机跟随当班机运行的工作方式,构成了间接的三取二表决机制,实现了三机表决、双机热... 为了简化三余度容错总线控制系统设计,提高其容错效率,提出了一种自检、互检与表决机制相结合的软硬件协同混合冗余管理机制。该机制采取当班机主控、备机跟随当班机运行的工作方式,构成了间接的三取二表决机制,实现了三机表决、双机热备与单机运行3种工作模式自动切换,可以容忍任何配套设备任何余度模块任意组合的一度故障与典型二度故障,取消了一般三模冗余模块之间的交叉数据通信链路,简化了软硬件设计,提高了系统实时性。试验表明,在不同的故障发生时机条件下,经过0~2个控制周期可以完成系统重构。 展开更多
关键词 总线控制系统 三模冗余 混合冗余容错技术 容错效率
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一种分布式三模冗余控制系统的实现 被引量:10
13
作者 马连川 刘波 《北方交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第5期71-74,共4页
论述一种分布式三模冗余控制系统的实现 ,包括系统CPU的选择、系统通信网络的实现、系统的同步策略以及三模冗余输出表决器的设计等 .实际表明这种系统设计方案能保证系统具有很高的可靠性、可用性和较快的开发速度 .
关键词 分布式容错系统 三模冗余 控制系统
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基于容错技术的处理器设计 被引量:2
14
作者 曾宪炼 马捷中 何世强 《计算机测量与控制》 CSCD 北大核心 2010年第4期892-895,共4页
如何提升处理器本身的容错性能,使其能够更好地应用于各种复杂多变的环境,已经成为当前研究的热点;对于这一问题,可以将故障屏蔽技术(三模块冗余,校正器)和故障恢复技术(多数表决恢复,检查点)综合应用到处理器的容错设计中;以VHDL代码... 如何提升处理器本身的容错性能,使其能够更好地应用于各种复杂多变的环境,已经成为当前研究的热点;对于这一问题,可以将故障屏蔽技术(三模块冗余,校正器)和故障恢复技术(多数表决恢复,检查点)综合应用到处理器的容错设计中;以VHDL代码实现的8051处理器为研究对象,综合采用上述方法设计容错处理器,并在仿真环境下采用故障注入的方法对其容错性能进行测试和验证;研究表明采用这些技术可以构造具有良好可信性和稳定性的容错处理器。 展开更多
关键词 处理器 容错 三模块冗余 校正器 检查点
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基于FlexRay无人机容错飞行控制计算机系统架构 被引量:2
15
作者 吕迅竑 姜斌 +1 位作者 陈欣 齐瑞云 《控制工程》 CSCD 北大核心 2016年第12期1901-1908,共8页
目前,单通道飞行控制计算机已经无法满足高性能无人机的可靠性要求,技术成熟的有人机容错飞控计算机价格昂贵,无法直接应用于无人机中。提出一种基于Flex Ray总线架构的三模冗余飞控计算机系统架构,系统由3个通道飞控计算机及4组接连成... 目前,单通道飞行控制计算机已经无法满足高性能无人机的可靠性要求,技术成熟的有人机容错飞控计算机价格昂贵,无法直接应用于无人机中。提出一种基于Flex Ray总线架构的三模冗余飞控计算机系统架构,系统由3个通道飞控计算机及4组接连成总线型网络拓扑结构的Flex Ray总线组成。单通道飞控计算机采用分布式架构,Flex Ray总线既是实现单通道飞控计算机功能模块间数据连接的内部总线,也是通道间交叉数据互联系统总线。该容错飞控计算机系统既提高了可靠性,又满足无人机高性价比要求。 展开更多
关键词 容错飞行控制计算机 余度飞行控制计算机 三模冗余 无人机 FLEXRAY
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三模冗余计算机FT-HIT系统设计与实现 被引量:1
16
作者 汪东升 郑纬民 杨孝宗 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 1997年第S1期203-206,共4页
文中论述了作者自行研制的航天容错计算机FT-HIT系统的设计与实现技术.FT-HIT系统采用系统级三模冗余结构和主要由软件实现容错的冗余管理模式,具有对关键任务的容错计算和对非关键任务的分布处理功能.
关键词 容错 三模冗余 冗余管理 故障处理
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TMR故障注入与验证方法研究与实现 被引量:2
17
作者 崔媛媛 张洵颖 肖建青 《计算机测量与控制》 北大核心 2014年第1期13-15,21,共4页
从系统验证和FPGA物理原型验证两个方面,分析了TMR结构的注错方式及其验证方法;通过在TMR结构中嵌入注错逻辑,并将所有组TMR寄存器的注错控制信号统一命名,作为系统的输入,根据随机生成的注错信息,索引对应的TMR寄存器,可实现向对用户... 从系统验证和FPGA物理原型验证两个方面,分析了TMR结构的注错方式及其验证方法;通过在TMR结构中嵌入注错逻辑,并将所有组TMR寄存器的注错控制信号统一命名,作为系统的输入,根据随机生成的注错信息,索引对应的TMR寄存器,可实现向对用户透明的任意TMR组中注错;将每组TMR寄存器的参考点和观测点引到设计的顶层统一命名,作为待测系统的输出,可适时观测对应TMR寄存器组的注错情况,分析故障电路的行为;为了解决调试机与FPGA板连接的引脚数受限的问题,特别设计了注错控制器和故障收集器;根据具体的注错情况,可编写对应的测试程序,验证设计的正确性,实验结果表明,SOC系统的错误故障率约占18.6%;为系统的可靠性评估提供了依据。 展开更多
关键词 三模冗余 故障注入 系统芯片 单粒子翻转 单粒子瞬态
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面向分布式流体系结构的多副本积极容错技术 被引量:1
18
作者 李鑫 林宇斐 郭晓威 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2015年第12期2233-2241,共9页
随着互联网环境下计算系统规模的不断扩大,分布式流体系结构的可靠性问题面临着严峻的挑战。以多模冗余容错技术为基础,针对软错误提出了一种面向分布式流体系结构的多副本积极容错技术TREFT,利用三个程序副本进行高效的检错与纠错。在... 随着互联网环境下计算系统规模的不断扩大,分布式流体系结构的可靠性问题面临着严峻的挑战。以多模冗余容错技术为基础,针对软错误提出了一种面向分布式流体系结构的多副本积极容错技术TREFT,利用三个程序副本进行高效的检错与纠错。在分布式流体系结构原型系统上的实验结果表明,该技术能有效提高系统的可靠性,具有较低的容错成本,平均增加10.77%的容错开销。 展开更多
关键词 分布式流体系结构 容错技术 三模冗余
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45 nmCMOS工艺三模冗余加固锁存器的性能评估
19
作者 黄正峰 王敏 +2 位作者 李雪筠 鲁迎春 倪天明 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2020年第3期364-369,共6页
集成电路器件处在辐射敏感环境中时,易受到粒子轰击产生单粒子效应,使得电路的逻辑值发生翻转,影响电路的可靠性。为了提高电路的可靠性,需要针对单粒子效应引起的单粒子翻转(single event upset,SEU)问题进行加固研究,三模冗余(triple ... 集成电路器件处在辐射敏感环境中时,易受到粒子轰击产生单粒子效应,使得电路的逻辑值发生翻转,影响电路的可靠性。为了提高电路的可靠性,需要针对单粒子效应引起的单粒子翻转(single event upset,SEU)问题进行加固研究,三模冗余(triple modular redundancy,TMR)锁存器是最简单有效的抗SEU加固锁存器。文章阐述了TMR相关基础知识,包括结构组成、可靠性分析和工作原理。TMR锁存器分为主级和从级。主级是由3个相同模块组成的,从级是“三中取二”表决器。文中使用的表决器为2种传统表决器和9种晶体管级表决器。传统表决器是由门级单元构成,晶体管级表决器是由PMOS管和NMOS管组合构成。文章分析比较了11种不同结构的TMR锁存器,利用Hspice仿真工具测得TMR锁存器的功耗、延迟、面积开销,并进行综合性能比较。 展开更多
关键词 三模冗余(TMR) 表决器 容错 晶体管级
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650kt/a乙烯扩建工程紧急停车系统设计探讨
20
作者 杨金城 《石油化工自动化》 CAS 2002年第4期8-11,共4页
乙烯装置是石化工业的核心装置 ,引起乙烯装置停车的主要原因有 6个方面的因素 ,每个方面的影响都会造成物料通过火炬大量排放。紧急停车系统是为了提高装置的安全可靠性、减少装置的停车次数进而达到减少物料通过火炬的排放量而设计的... 乙烯装置是石化工业的核心装置 ,引起乙烯装置停车的主要原因有 6个方面的因素 ,每个方面的影响都会造成物料通过火炬大量排放。紧急停车系统是为了提高装置的安全可靠性、减少装置的停车次数进而达到减少物料通过火炬的排放量而设计的。介绍了乙烯装置紧急停车系统的设计要求 ,提出了避免物料通过火炬大量排放的 3种具体措施 ;重点介绍了新乙烯装置中ESD的设计原则、设计方法、设计特点 。 展开更多
关键词 扩建工程 系统设计 乙烯装置 故障容错 紧急停车系统 安全整体水平 表决 三重化控制器
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