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紧急停车控制系统的应用
作者:三明化工有限责任公司 兰秀英
1 引言
由于化工企业的高温、高压、易燃、易爆的特点,近年来,对生产过程和安全要求越来越高。目前,工业过程一般用分散型控制系统DCS实现工厂的生产过程自动化 ,操作员可以根据工艺过程的具体情况进行合理的操作。由于DCS处理信息多、通讯系统复杂,出现故障的几率相对也较高,因此,在设计时不能利用DCS来完成装置的联锁保护功能。随着自动化控制技术的不断发展,各大型化工企业在生产过程中使用DCS进行控制,同时,在安全上采用了紧急停车联锁ESD(Emergency Shut Down),以确保当发生危险状态时,对生产装置的状态进行响应和保护,使生产装置安全地退出运行状况,保证人员及设备的安全。因此,我公司在新建的工程中,在采用集散系统TPS的同时,采用了美国Honeywell公司的紧急停车系统FSC-SM(Fail Safe Contrller-Safety Manager即故障安全控制-安全管理器),本文就FSC在本装置的应用进行介绍。
2 FSC-SM系统的基本结构和主要功能
2.1 FSC-SM的基本结构
紧急停车系统FSC-SM,为基于Total plant解决方案的万能控制网络UCN(Universal Control Network)提供一个双冗余容错的控制器。它直接挂接在UCN网络上,使系统安全作为TPS系统整体的一部分,同时对一个独立的“安全网络”过程控制进行单独的能量切除(即ESD)。
系统由FSC-SMM接口卡和FSC控制器组成,即FSC-SM由FSC-SMM和FSC I/O子系统组成,其中FSC-SMM是FSC-SM与UCN网络进行通讯的接口。如图1所示。
图1 FSC-SM基本结构图
2.2 系统主要功能及特点
紧急停车系统ESD是一种独立于DCS的安全保护系统。在正常情况下,DCS动态地监控着生产过程的连续运行,而ESD处于相对的静止状态,一旦出现异常情况,ESD便立即动作使装置停车处于安全状态。
作为UCN网络的一部分,FSC-SM(Fail Safe Contrller-safety Manager即故障安全控制-安全管理器)具有其它UCN网络结点的主要功能及特点,包括:
(1) 可与PM、APM、HPM、LM和其它SM进行点对点的通讯。
(2) 支持LCN网络上应用模块和主机之间进行高速通讯功能。
(3) FSC-SMM的数据库保存在HM中。
(4) 系统的自诊断功能:为了保证系统的安全和设备的诊断,FSC控制处理器不断检测FSC硬件。
(5) 系统的报警功能:当检测到一个过程报警,FSC-SMM通过键盘上的LED指示灯,各式各样的显示以引起操作人员的注意。其中,显示画面包括报警摘要、报警报告显示、组显示、用户流程图。
(6) 系统的顺序控制SOE功能。
(7) 冗余配置:作为一个标准的应用,FSC-SMM运行在一个双冗余的模式下,冗余FSC控制器的中心部分为含有独立与UCN网络通讯的FSC-SMM,每一个FSC-SMM与UCN网络的通讯链路也采用冗余配置。
(8) 点处理功能:在FSC-SMM和FSC控制器之间传送的数据在0.5s或1s的扫描周期内可以被更新。FSC-SMM能立即处理操作者的操作。FSC控制处理器内含用来接收通讯设备专用的输入,包括在控制程序中的值。
3 FSC的冗余配置
FSC的配置具有多种不同的组合方式,本装置采用冗余的中央处理器和冗余I/O模块组合而成。具体的配置见图2。相对应的功能图见图3。
图2 FSC组态配置图
图3 FSC功能图
4 FSC在本装置的应用
4.1 应用概况
本装置将一些关键的联锁信号、报警信号、事故停车信号引入FSC中进行程序控制。引入FSC的软件点数共有177点,并达到100%的冗余。
本系统为了维护方便、系统调试和工艺操作,特别是装置开停车的需要,对每个DI及AI点都设置旁路开关,该旁路开关各占一个输入点。并且,系统的联锁触点从安全考虑,在正常时触点的设置是闭合的,越限时触点断开。也就是在逻辑图的设计中,确定工艺正常时联锁输入、联锁输出为“1”,即联锁输入、联锁输出正常时为常闭触点,联锁输入值变为“0”时达到自动联锁条件,联锁输出值变为“0”时启动自动联锁。而当有多个联锁输入时,其中任意一个达到自动联锁条件时启动自动联锁,联锁输入间采用“与门”连接。这点与以往的设计不同。这是考虑到现场的联锁触点,由于长时间受空气中杂质腐蚀、材料老化、触点磨损等因素的影响,可能造成不能在故障状态下准确闭合,或由于导线开路而不能将联锁信号传给逻辑设备,导致影响紧急停车系统的工作。
当系统出现事故状态时,FSC内部逻辑电路发生相应的联锁信号,使现场的有关的电磁阀失电,达到联锁的目的。并且,FSC的联锁信号和DCS通信站构成单向通信,联锁信息可在CRT上报警并显示,同时通过联锁控制相应的阀门全开或全关。
4.2 应用案例
本装置中道生加热系统的联锁控制(I-13)较为简单,故以此为例进行介绍。
(1) 工艺要求
道生加热系统的作用是在系统开车时预热反应器R-101,并在熔盐系统停止工作,而反应器充满工艺介质时维持反应器处于热态。由道生回收罐V-123来的道生溶液用P-130泵送至道生加热器F-102,而后使道生溶液进入反应器夹套内,最后溶液依靠重力返回V-123中,与此同时,必须确保机械密封液罐中注满道生溶液。具体的带控制点的工艺流程图见图4:
图4 带控制点流程图
(2) 联锁控制要求
l 当V-123的液位LSXL-7116达到低限时,系统必须报警并显示,同时P-130泵停止运行,加热器F-102停止工作。(可以被LY-7116旁路)。
l 当机械密封液罐液位LSXL-7122达到低限时,系统必须报警并显示,同时P-130泵停止运行,加热器F-102停止工作。(可以被LY-7122旁路)。
l 通过就地开关或DCS软按钮HS-7114手动重新启动P-130泵。(不属于FSC的控制范围,联锁逻辑图中未介绍)。
(3) 道生加热系统联锁逻辑图(见图5)
图5 I-13连锁逻辑图
图5中:
LSXL7116为道生回收罐V-123液位低限信号;
LAXL7116为道生回收罐V-123液位低限报警信号;
LSXL7122为机械密封液罐液位信号;
LAXL7122为机械密封液罐液位报警信号。
5 结束语
紧急停车系统作为一套安全保护系统,其责任和重要性不言而喻。一个好的安全联锁保护系统必须具有很高的可靠性、安全性和可用性。本装置的FSC投用以来,系统安全稳定可靠,使用效果良好,不仅操作简单、组态方便,且维护量小、故障率低,提高了装置的生产操作控制和管理水平,优化了装置的运行,取得良好的经济效益和社会效率。
(end)
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(9/24/2006)
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