緊急停車控制系統的應用

1 引言
由于化工企業的高溫、高壓、易燃、易爆的特點，近年來，對生產過程和安全要求越來越高。目前，工業過程一般用分散型控制系統DCS實現工廠的生產過程自動化，操作員可以根據工藝過程的具體情況進行合理的操作。由于DCS處理信息多、通訊系統復雜，出現故障的幾率相對也較高，因此，在設計時不能利用DCS來完成裝置的聯鎖保護功能。隨著自動化控制技術的不斷發展，各大型化工企業在生產過程中使用DCS進行控制，同時，在安全上采用了緊急停車聯鎖ESD(Emergency Shut Down)，以確保當發生危險狀態時，對生產裝置的狀態進行響應和保護，使生產裝置安全地退出運行狀況，保證人員及設備的安全。因此，我公司在新建的工程中，在采用集散系統TPS的同時，采用了美國Honeywell公司的緊急停車系統FSC-SM(Fail Safe Contrller-Safety Manager即故障安全控制-安全管理器)，本文就FSC在本裝置的應用進行介紹。

2 FSC-SM系統的基本結構和主要功能
2.1 FSC-SM的基本結構
緊急停車系統FSC-SM，為基于Total plant解決方案的萬能控制網絡UCN(Universal Control Network)提供一個雙冗余容錯的控制器。它直接掛接在UCN網絡上，使系統安全作為TPS系統整體的一部分，同時對一個獨立的“安全網絡”過程控制進行單獨的能量切除(即ESD)。
系統由FSC-SMM接口卡和FSC控制器組成，即FSC-SM由FSC-SMM和FSC I/O子系統組成，其中FSC-SMM是FSC-SM與UCN網絡進行通訊的接口。如圖1所示。
2.2 系統主要功能及特點
緊急停車系統ESD是一種獨立于DCS的安全保護系統。在正常情況下，DCS動態地監控著生產過程的連續運行，而ESD處于相對的靜止狀態，一旦出現異常情況，ESD便立即動作使裝置停車處于安全狀態。

圖1 FSC－SM基本結構圖
作為UCN網絡的一部分，FSC-SM(Fail Safe Contrller-safety Manager即故障安全控制-安全管理器)具有其它UCN網絡結點的主要功能及特點，包括:
(1) 可與PM、APM、HPM、LM和其它SM進行點對點的通訊。
(2) 支持LCN網絡上應用模塊和主機之間進行高速通訊功能。
(3) FSC-SMM的數據庫保存在HM中。
(4) 系統的自診斷功能:為了保證系統的安全和設備的診斷，FSC控制處理器不斷檢測FSC硬件。
(5) 系統的報警功能:當檢測到一個過程報警，FSC-SMM通過鍵盤上的LED指示燈，各式各樣的顯示以引起操作人員的注意。其中，顯示畫面包括報警摘要、報警報告顯示、組顯示、用戶流程圖。
(6) 系統的順序控制SOE功能。
(7) 冗余配置:作為一個標準的應用，FSC-SMM運行在一個雙冗余的模式下，冗余FSC控制器的中心部分為含有獨立與UCN網絡通訊的FSC-SMM，每一個FSC-SMM與UCN網絡的通訊鏈路也采用冗余配置。
(8) 點處理功能:在FSC-SMM和FSC控制器之間傳送的數據在0.5s或1s的掃描周期內可以被更新。FSC-SMM能立即處理操作者的操作。FSC控制處理器內含用來接收通訊設備專用的輸入，包括在控制程序中的值。

3 FSC的冗余配置
FSC的配置具有多種不同的組合方式，本裝置采用冗余的中央處理器和冗余I/O模塊組合而成。具體的配置見圖2。相對應的功能圖見圖3。

4 FSC在本裝置的應用
4.1 應用概況

圖2 FSC組態配置圖

圖3 FSC功能圖
本裝置將一些關鍵的聯鎖信號、報警信號、事故停車信號引入FSC中進行程序控制。引入FSC的軟件點數共有177點，并達到100%的冗余。
本系統為了維護方便、系統調試和工藝操作，特別是裝置開停車的需要，對每個DI及AI點都設置旁路開關，該旁路開關各占一個輸入點。并且，系統的聯鎖觸點從安全考慮，在正常時觸點的設置是閉合的，越限時觸點斷開。也就是在邏輯圖的設計中，確定工藝正常時聯鎖輸入、聯鎖輸出為“1”，即聯鎖輸入、聯鎖輸出正常時為常閉觸點，聯鎖輸入值變為“0”時達到自動聯鎖條件，聯鎖輸出值變為“0”時啟動自動聯鎖。而當有多個聯鎖輸入時，其中任意一個達到自動聯鎖條件時啟動自動聯鎖，聯鎖輸入間采用“與門”連接。這點與以往的設計不同。這是考慮到現場的聯鎖觸點，由于長時間受空氣中雜質腐蝕、材料老化、觸點磨損等因素的影響，可能造成不能在故障狀態下準確閉合，或由于導線開路而不能將聯鎖信號傳給邏輯設備，導致影響緊急停車系統的工作。
當系統出現事故狀態時，FSC內部邏輯電路發生相應的聯鎖信號，使現場的有關的電磁閥失電，達到聯鎖的目的。并且，FSC的聯鎖信號和DCS通信站構成單向通信，聯鎖信息可在CRT上報警并顯示，同時通過聯鎖控制相應的閥門全開或全關。

4.2 應用案例
本裝置中道生加熱系統的聯鎖控制(I-13)較為簡單，故以此為例進行介紹。
(1) 工藝要求
道生加熱系統的作用是在系統開車時預熱反應器R-101，并在熔鹽系統停止工作，而反應器充滿工藝介質時維持反應器處于熱態。由道生回收罐V-123來的道生溶液用P-130泵送至道生加熱器F-102，而后使道生溶液進入反應器夾套內，最后溶液依靠重力返回V-123中，與此同時，必須確保機械密封液罐中注滿道生溶液。具體的帶控制點的工藝流程圖見圖4:

圖4 帶控制點流程圖

圖5 I-13連鎖邏輯圖
(2) 聯鎖控制要求
l 當V-123的液位LSXL-7116達到低限時，系統必須報警并顯示，同時P-130泵停止運行，加熱器F-102停止工作。(可以被LY-7116旁路)。
l 當機械密封液罐液位LSXL-7122達到低限時，系統必須報警并顯示，同時P-130泵停止運行，加熱器F-102停止工作。(可以被LY-7122旁路)。
l 通過就地開關或DCS軟按鈕HS-7114手動重新啟動P-130泵。(不屬于FSC的控制范圍，聯鎖邏輯圖中未介紹)。
(3) 道生加熱系統聯鎖邏輯圖(見圖5)
圖5中:
LSXL7116為道生回收罐V-123液位低限信號;
LAXL7116為道生回收罐V-123液位低限報警信號;
LSXL7122為機械密封液罐液位信號;
LAXL7122為機械密封液罐液位報警信號。

5 結束語
緊急停車系統作為一套安全保護系統，其責任和重要性不言而喻。一個好的安全聯鎖保護系統必須具有很高的可靠性、安全性和可用性。本裝置的FSC投用以來，系統安全穩定可靠，使用效果良好，不僅操作簡單、組態方便，且維護量小、故障率低，提高了裝置的生產操作控制和管理水平，優化了裝置的運行，取得良好的經濟效益和社會效率。