FSC系統(tǒng)在丙烯腈裝置上的應(yīng)用
【內(nèi)容提要】
本文通過(guò)分析FSC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、硬件組成、工作原理、通訊設(shè)置、通訊機(jī)理和方式、工作狀態(tài)以及在丙烯腈裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用,為在生產(chǎn)中維護(hù)該系統(tǒng)提供了技術(shù)說(shuō)明,使操作人員了解系統(tǒng)的基本特點(diǎn),為他們?cè)趯?shí)際工作中提供有力幫助。
1、 概述
年產(chǎn)2.5萬(wàn)噸丙烯腈(AN)裝置(后擴(kuò)產(chǎn)為4萬(wàn)噸)系引進(jìn)美國(guó)SOHIO公司丙烯氨氧化法專利技術(shù),以丙烯(C3H6)、氨(NH3)和空氣(AIR)為原料,采用國(guó)產(chǎn)MB-96微球型催化劑(后經(jīng)過(guò)多次更新,現(xiàn)為MB-99),在流化床反應(yīng)器中生成AN、乙腈、丙烯醛、氫氰酸及一些重組分;反映氣體經(jīng)過(guò)急冷、吸收、精餾等過(guò)程得到AN,其工藝較為完善合理。在丙烯、氨氧化法合成丙烯腈的生產(chǎn)中,流化床反應(yīng)器(R101)是整個(gè)工藝的龍頭設(shè)備。該流化床反應(yīng)器的操作特點(diǎn)是高溫、劇毒、物料易燃易爆,相關(guān)因素多,各項(xiàng)工藝參數(shù)指標(biāo)控制相當(dāng)嚴(yán)格,生產(chǎn)操作中稍有不慎,極易造成生產(chǎn)事故。生產(chǎn)中使用的MB-96催化劑的價(jià)格非常昂貴,生產(chǎn)過(guò)程中如果空氣流量不足時(shí),將造成反應(yīng)缺氧,甚至使催化劑失去活性而報(bào)廢,帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為此,設(shè)置了反應(yīng)器空氣流量FC1103L低值聯(lián)鎖,當(dāng)空氣流量FC1103低于一定值,聯(lián)鎖相應(yīng)電磁閥緊急停車,保證催化劑的安全。如果由于不可預(yù)測(cè)的原因造成氨進(jìn)料或者丙烯進(jìn)料中止,使丙烯或氨與空氣在反應(yīng)器中燃燒,產(chǎn)生大量熱量,有可能將反應(yīng)器或者反應(yīng)氣體冷卻器燒化,甚至使反應(yīng)器爆炸,造成嚴(yán)重事故。為此,設(shè)置了FF1111H(氧烯比)高值聯(lián)鎖,當(dāng)生產(chǎn)中丙烯中斷時(shí),可表現(xiàn)在氧烯比過(guò)高。當(dāng)氧烯比達(dá)到危險(xiǎn)值時(shí),F(xiàn)F1111聯(lián)鎖相關(guān)電磁閥中斷反應(yīng)器進(jìn)料,進(jìn)行緊急停車;設(shè)置了FF1112L(氨烯比)低值聯(lián)鎖,生產(chǎn)過(guò)程中,如果氨中斷,可表現(xiàn)為氨烯比過(guò)低,當(dāng)該值達(dá)到危險(xiǎn)值時(shí),F(xiàn)F1112L聯(lián)鎖相關(guān)電磁閥,中斷R101進(jìn)料,緊急停車。原設(shè)計(jì)中采用普通繼電器組成了聯(lián)鎖系統(tǒng),由于該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)十幾年的運(yùn)行,系統(tǒng)老化嚴(yán)重,經(jīng)常出現(xiàn)故障造成不必要的停車。
在整個(gè)丙烯腈裝置中聯(lián)鎖比較集中的是為反應(yīng)器提供壓縮空氣的空壓機(jī)組(104#)和為精制提供冷凍鹽水的制冷機(jī)組(401#)。這兩大機(jī)組共設(shè)置的聯(lián)鎖多達(dá)57個(gè),這些聯(lián)鎖原設(shè)計(jì)也是采用普通繼電器,對(duì)此由于該聯(lián)鎖系統(tǒng)造成機(jī)組停車,但是由于聯(lián)鎖點(diǎn)多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,根本找不到那一個(gè)聯(lián)鎖為第一聯(lián)鎖點(diǎn),無(wú)法避免同樣的停車事故。因此,2001年我們對(duì)其進(jìn)行了改造。經(jīng)過(guò)廣泛的調(diào)查研究,我們選用了美國(guó)HONEYWELL公司于九十年代推出的具有國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證的安全級(jí)別為TUVAK5級(jí)的聯(lián)鎖自保控制系統(tǒng)FSC。我們將整個(gè)丙烯腈裝置所有的聯(lián)鎖系統(tǒng)(包括上面沒有提到的液位聯(lián)鎖泵開停系統(tǒng)等一些小聯(lián)鎖)和機(jī)組報(bào)警系統(tǒng)整合到了一套FSC系統(tǒng)中,為了將兩大機(jī)組中的一些工藝參數(shù)也包括在這次改造中,我們經(jīng)過(guò)討論將該FSC系統(tǒng)放在了機(jī)組控制室內(nèi),在FSC的上位機(jī)中設(shè)置了兩臺(tái)PC機(jī),一臺(tái)作為工程師站,一臺(tái)作為操作員站,將工藝參數(shù)利用FIX軟件組態(tài)成各種流程圖畫面在操作員站上顯示,以便操作人員監(jiān)視;同時(shí),為了給丙烯腈主控室內(nèi)的操作人員了解機(jī)組運(yùn)行情況和反應(yīng)器的聯(lián)鎖系統(tǒng)的運(yùn)行情況,我們將一些重要參數(shù)由FSC反饋到主控室,在主控室的DCS上顯示;而且將聯(lián)鎖報(bào)警點(diǎn)也引導(dǎo)主控室中進(jìn)行報(bào)警,為主控室的操作提供及時(shí)的參考依據(jù)。經(jīng)過(guò)兩年來(lái)的運(yùn)行表明,這次改造非常成功:2002年曾經(jīng)發(fā)生一次聯(lián)鎖停車,我們從FSC系統(tǒng)的SOE上找到了第一聯(lián)鎖點(diǎn),并采取了措施,到現(xiàn)在為止,沒有再出現(xiàn)停車事故。下面先對(duì)FSC系統(tǒng)作一個(gè)介紹,然后對(duì)FSC系統(tǒng)在丙烯腈裝置上的應(yīng)用作說(shuō)明,為了避免流水帳和不必要的技術(shù)泄密,對(duì)于細(xì)節(jié)已經(jīng)略去。
2、FSC系統(tǒng)介紹
2.1、FSC系統(tǒng)簡(jiǎn)介
FSC即FAIL SAFE CONTROL——故障安全控制,它是基于微處理器、模塊化、可進(jìn)行軟件編程和組態(tài)的系統(tǒng)。我廠丙烯腈裝置配置的FSC系統(tǒng)為微處理器和I/O模件雙冗余的配置。該系統(tǒng)具有安全控制、串行通訊、系統(tǒng)診斷、故障報(bào)警、實(shí)時(shí)記錄和歷史記錄查詢等功能。其高度的自診斷功能確保FSC能在過(guò)程安全時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用,保證生產(chǎn)裝置的安全。其主要特點(diǎn)是:
●采用雙重冗余技術(shù):FSC系統(tǒng)的雙重冗余不同于一般的DCS系統(tǒng),它的兩個(gè)CP是同時(shí)獨(dú)立工作的,只相互監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)不進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;
●可實(shí)時(shí)控制,掃描時(shí)間在毫秒級(jí);
●在過(guò)程安全時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行邏輯回路故障診斷和系統(tǒng)自診斷。當(dāng)邏輯回路的輸入出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)可外送無(wú)源接點(diǎn)信號(hào)啟動(dòng)聯(lián)鎖;系統(tǒng)本身則根據(jù)故障的不同,或停止整個(gè)中央控制單元的工作,或送出故障信號(hào)提醒維護(hù)人員處理;
●FSC的DO模件也具有自診斷功能,每四個(gè)通道由一個(gè)三極管控制,當(dāng)其中某一個(gè)通道故障時(shí),則將這四個(gè)通道自動(dòng)切除。對(duì)于冗余系統(tǒng)來(lái)說(shuō),大大提高了其安全性和可靠性;
●除中央控制單元的卡件外,可在線更換任何卡件;
●其通訊接口采用MODBUS協(xié)議可使FSC系統(tǒng)作為與HPM平級(jí)的SM節(jié)點(diǎn)掛在DCS系統(tǒng)的UCN網(wǎng)上,從而實(shí)現(xiàn)FSC與DCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通訊。另外,還可以在FSC系統(tǒng)之間或FSC和PC機(jī)之間進(jìn)行通訊;
●高速的SOE實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測(cè)、存儲(chǔ)和打印;
●在基于WINDOWS環(huán)境的應(yīng)用軟件(FSC Navigator)上可方便的系統(tǒng)、過(guò)程和邏輯組態(tài),還可進(jìn)行在線監(jiān)控、系統(tǒng)診斷和組態(tài)修改;
●具有倒計(jì)時(shí)功能(最大值為32767min,一般為4320min),在系統(tǒng)自診斷發(fā)現(xiàn)一個(gè)嚴(yán)重故障時(shí)計(jì)時(shí)開始,在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)若故障沒有被修復(fù)或又出現(xiàn)另一嚴(yán)重故障,系統(tǒng)將自動(dòng)停止工作,因此發(fā)現(xiàn)故障必須及時(shí)處理。
2.2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
FSC系統(tǒng)的硬件由FSC機(jī)柜和兩臺(tái)PC機(jī)(工程師站和操作員站) 組成,核心部分是FSC機(jī)柜(見圖1)。PC機(jī)提供軟、硬件組態(tài)和SOE事件的實(shí)時(shí)記錄和歷史記錄查詢等功能;FSC機(jī)柜則進(jìn)行安全控制、串行通訊、系統(tǒng)診斷和故障報(bào)警等。它含有兩個(gè)中央控制單元(Central Parts簡(jiǎn)稱CP)和冗余的I/O模件,核心是中央控制單元。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)兩套CP同時(shí)工作,經(jīng)VBD和HBD模件分別連接互為冗余的兩套I/O模件,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2.3、FSC系統(tǒng)工作原理
●中央控制單元的工作原理:如圖3所示,CP的核心由CPU、COMMUNICATION PROCESSOR(通訊處理器)、WATCHDOG和I/O通信接口等組成。I/O通信接口含有V-bus(Vertical Bus垂直通訊電纜)、VBD、H-bus (Horizontal Bus水平通訊電纜)、HBD和I/O模件等組件。CPU用于讀取過(guò)程輸入數(shù)據(jù)、執(zhí)行邏輯控制程序,并將執(zhí)行結(jié)果經(jīng)VBD和HBD模件送到輸出模件;同時(shí)它還可以通過(guò)兩個(gè)CP之間的通訊連接使它們工作同步;連續(xù)的測(cè)試外部系統(tǒng)和過(guò)程設(shè)備的安全診斷以保證安全控制。WD則用于監(jiān)視CPU的工作和工作條件,使所有的工作在組態(tài)是設(shè)定的時(shí)間周期內(nèi)完成;其工作條件包括CPU內(nèi)存中的數(shù)據(jù)的完整性和電壓范圍,若CPU或工作條件中出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤,它將避開CPU獨(dú)立的撤銷FSC系統(tǒng)關(guān)鍵的安全輸出。每個(gè)CPU最多可連接四個(gè)通訊處理器、八個(gè)通訊連接。它允許FSC系統(tǒng)通過(guò)通訊連接與其它的計(jì)算機(jī)設(shè)備通訊。本FSC系統(tǒng)主要是通過(guò)FSC-SMM與DCS、PC機(jī)通訊。
圖3 CP工作原理框圖●CP對(duì)I/O模件實(shí)施管理的基本原理:CP對(duì)I/O模件的管理是由I/O通信接口來(lái)完成的,CPU經(jīng)VBD和HBD模件分別管理互為冗余的兩套I/O模件。由于FSC的I/O卡件是單雙號(hào)冗余,所以CP1管理單號(hào)I/O卡件、CP2管理雙號(hào)I/O卡件,詳見圖4。同時(shí),其輸入/輸出信號(hào)均為二選一,輸入:高電平有效;輸出:低電平有效。
圖4 CP對(duì)I/O模件實(shí)施管理的原理框圖 ●對(duì)于I/O模件進(jìn)行信息交換和控制的基本原理是:CPU接受由通訊處理器采集而來(lái)的輸入信息,從而實(shí)施控制;同時(shí)又能能通過(guò)其COM1卡的A口交換信息,了解相互的工作狀態(tài)。其基本原理是:系統(tǒng)集成時(shí)就定義機(jī)柜輸入卡籠(3#)和輸出卡籠(4#)1、2槽中的I/O卡件作為系統(tǒng)診斷和信息管理使用。并且在系統(tǒng)組態(tài)時(shí)分別在其SLOT1建COMI/O輸入/輸出兩個(gè)系統(tǒng)通訊點(diǎn)。工作時(shí),CP1管理的COMI/O輸出點(diǎn)輸出信息至CP2管理的COMI/O輸入點(diǎn)——CP2接受信息;CP2管理的COMI/O輸出點(diǎn)輸出信息至CP1管理的COMI/O輸入點(diǎn)——CP1接受信息,詳見圖5。
圖5 CP對(duì)于I/O模件進(jìn)行信息交換和控制的原理框圖3、FSC系統(tǒng)在丙烯腈裝置的組態(tài)
FSC系統(tǒng)組態(tài)的內(nèi)容大致可分為以下四個(gè)部分:
系統(tǒng)組態(tài):含系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置,硬件型號(hào)、數(shù)量的確定,位置的分配和通訊連接口的選區(qū)及設(shè)置;
軟件組態(tài):主要是數(shù)據(jù)點(diǎn)的組態(tài);
邏輯組態(tài):邏輯圖組態(tài)。
●SOE組態(tài):SOE實(shí)時(shí)紀(jì)錄表組態(tài)。
FSC系統(tǒng)使用的組態(tài)軟件為FSC Navigator(Release531),它提供了一個(gè)基于WINDOWS的用戶接口軟件包,可執(zhí)行系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)。其主要功能有:FSC系統(tǒng)組態(tài)、應(yīng)用軟件的組態(tài)、生成應(yīng)用軟件文檔、下裝軟件到FSC系統(tǒng)。另外該軟件在組態(tài)完成系統(tǒng)投入運(yùn)行后,通過(guò)COM模件和PC機(jī)的連接還具有對(duì)FSC系統(tǒng)的監(jiān)控功能:顯示FLD(Functional Logic Diagram)中應(yīng)用程序的在線狀態(tài)、顯示各過(guò)程變量的狀態(tài)、強(qiáng)制I/O信號(hào)和FSC系統(tǒng)變量的狀態(tài)、顯示并保存系統(tǒng)診斷信息和向系統(tǒng)下裝更新后的應(yīng)用程序。
3.1、系統(tǒng)組態(tài)
①、硬件組態(tài):它含硬件型號(hào)、數(shù)量的確定和位置的分配等;
②、通訊設(shè)置:主要是FSC機(jī)柜兩個(gè)CP之間及其同PC機(jī)和DCS系統(tǒng)UCN網(wǎng)之間的通訊連接的設(shè)置。
●兩CP之間的通訊連接:其通訊連接口在系統(tǒng)集成時(shí)固定為兩CP中的COM1模件的A口,用戶不能修改;
●FSC與PC機(jī)的通訊連接:系統(tǒng)中PC機(jī)的主要任務(wù)是作為組態(tài)、維護(hù)、監(jiān)控的工程師站及SOE實(shí)時(shí)記錄、歷史記錄的SOE站。我們用一臺(tái)PC機(jī)來(lái)完成上述任務(wù),因此組態(tài)中定義其連接接口為:FSC機(jī)柜中的兩CP中的COM1模件的B口和PC機(jī)的COM1口相連,用于工程師站與FSC系統(tǒng)的通訊連接;FSC機(jī)柜中的兩CP中的COM2模件的A口和PC機(jī)的COM2口相連,用于SOE站與FSC系統(tǒng)的通訊連接。我們用另一臺(tái)PC機(jī)作為操作員站,安裝了FIX軟件,并對(duì)其進(jìn)行組態(tài)為可操作的、操作人員比較熟悉的流程圖等畫面。其連接接口為:FSC機(jī)柜中的兩CP中的COM2模件的B口與PC機(jī)的COM1口相連,用于該操作員站與FSC系統(tǒng)的通訊連接。
③系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置:在系統(tǒng)組臺(tái)中有一些為滿足系統(tǒng)特別需要的個(gè)性化參數(shù)需要設(shè)定。系統(tǒng)參數(shù)可分為基礎(chǔ)應(yīng)用組態(tài)參數(shù)和FSC機(jī)柜物理結(jié)構(gòu)組態(tài)兩部分組成。有關(guān)物理結(jié)構(gòu)組態(tài)主要是:機(jī)柜數(shù)量、應(yīng)用卡籠數(shù)和CP卡籠的位置等;基礎(chǔ)應(yīng)用組態(tài)參數(shù)則主要有:
●設(shè)備安全等級(jí)(Requirement Class):它有AK4、AK5和AK6等級(jí)別的安全協(xié)議,當(dāng)系統(tǒng)選用AK5、AK6等安全協(xié)議時(shí),其中央控制單元必須是冗余的。同時(shí)安全協(xié)議的級(jí)別不同,系統(tǒng)提供的組態(tài)項(xiàng)目和診斷信息的內(nèi)容也不同。
●過(guò)程安全時(shí)間(Process Safety Time):它是現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)不正常信號(hào)開始到事故發(fā)生的最短時(shí)間,其系統(tǒng)缺省值為1秒,一般系統(tǒng)組態(tài)不予改變。為保證在安全時(shí)間內(nèi)程序運(yùn)行兩遍以上,確保系統(tǒng)信號(hào)的準(zhǔn)確性,程序的執(zhí)行周期應(yīng)小于過(guò)程安全時(shí)間的1/3即100∽330ms。在每一個(gè)程序執(zhí)行周期中,系統(tǒng)將分別完成一次DI卡件的自檢、數(shù)據(jù)采集、邏輯處理、運(yùn)算和數(shù)據(jù)輸出等工作。若程序的執(zhí)行周期大禹過(guò)程安全時(shí)間的1/3,程序編譯時(shí)將出錯(cuò)。若CP卡件故障則直接將該CP停下來(lái)。
●在線修改要求(On-line Modification Wanted):若選用“YES”,則在系統(tǒng)進(jìn)行硬件變更(卡件增減)或程序中的變量名等修改下裝后,其相應(yīng)的內(nèi)存位置將出現(xiàn)BLOCKED,而不能被新的內(nèi)容所替代,它只能裝到內(nèi)存的后面空位上。要消除BLOCKED,只能在系統(tǒng)運(yùn)行后選用On-line Rebuild或Rebuild對(duì)兩個(gè)CP逐個(gè)進(jìn)行內(nèi)存整理才行。一般在系統(tǒng)調(diào)試階段不選用在線修改即選“NO”,則可以根據(jù)需要任意修改組態(tài)程序,將系統(tǒng)的兩個(gè)CP停下來(lái)了冷卻后下裝新的組態(tài)程序,重新啟動(dòng)系統(tǒng)。由于系統(tǒng)不可能兩個(gè)CP同時(shí)停電冷卻,所以只能選用在線修改模式即選“YES”。
●故障間的內(nèi)部時(shí)間(Interval Time Between Faults):在組態(tài)時(shí)有兩個(gè)選擇“NOT USED”或給定一個(gè)計(jì)時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)(單位:min)。若選“NOT USED”,系統(tǒng)將在第一個(gè)故障出現(xiàn)時(shí)不計(jì)時(shí),等到第二個(gè)故障產(chǎn)生即自動(dòng)停止與故障相關(guān)FSC系統(tǒng)或設(shè)備;若一個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)(其范圍是:0∽32767min,一般選用4320min),則在第一個(gè)故障出現(xiàn)時(shí)開始計(jì)時(shí),到給定的時(shí)間后如果故障沒有被及時(shí)處理好,不管有無(wú)第二個(gè)故障產(chǎn)生都將停止相關(guān)FSC系統(tǒng)或設(shè)備的工作。值得注意的是,在我們所選的AK5安全級(jí)別下系統(tǒng)計(jì)時(shí)器只在一個(gè)內(nèi)部通訊故障(如一個(gè)CP停)或安全相關(guān)的輸出模件壞時(shí)才啟動(dòng);當(dāng)計(jì)時(shí)器到時(shí)或第二個(gè)故障產(chǎn)生后,動(dòng)作的結(jié)果是停FSC系統(tǒng)或整塊DO卡;對(duì)于冗余系統(tǒng)單個(gè)I/O卡故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停,但與之相關(guān)的輸入/輸出信號(hào)將被置“OFF”。若CP卡件故障則直接將該CP停下來(lái)。
●系統(tǒng)溫度(System Temperature):它是在DBM模件組態(tài)時(shí)設(shè)置的,一般地在系統(tǒng)溫度低于5℃或高于55℃時(shí)系統(tǒng)診斷將發(fā)出報(bào)警信息,若低于0℃或60℃則以安全見直接停止整個(gè)系統(tǒng)的工作。
●啟動(dòng)模式(Startup Mode):FSC系統(tǒng)有兩種啟動(dòng)模式:
◆冷啟動(dòng)(Cold-start):此時(shí),F(xiàn)SC系統(tǒng)初始化所有參數(shù)到系統(tǒng)組態(tài)定義的系統(tǒng)啟動(dòng)后FLD控制程序第一次運(yùn)行前系統(tǒng)組態(tài)定義的數(shù)據(jù)狀態(tài);
◆熱啟動(dòng)(Warm-start):應(yīng)用控制處理器在最近一次停車瞬間保存的參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)啟動(dòng)系統(tǒng)并繼續(xù)執(zhí)行FLD控制程序。
對(duì)于FSC控制處理器而言,應(yīng)用新的控制程序(如修改組態(tài)后重裝系統(tǒng)的第一次啟動(dòng))和系統(tǒng)因核心卡件故障停車后的第一次啟動(dòng)均自動(dòng)采用冷啟動(dòng)。只是在兩個(gè)冗余控制器都停車后可提供熱啟動(dòng)模式,如果一個(gè)控制其正常運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)另一個(gè),啟動(dòng)后在開始第一次執(zhí)行FSC控制程序前將自動(dòng)以系統(tǒng)正確的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步化。同時(shí),若將啟動(dòng)模式組態(tài)為熱啟動(dòng),在系統(tǒng)停車時(shí),后停的控制處理器必須先啟動(dòng)才能保證系統(tǒng)以接近最好的工作狀態(tài)。因此,為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行我們組態(tài)啟動(dòng)模式組態(tài)為冷啟動(dòng)。
3.2、軟件組態(tài)
其主要任務(wù)是過(guò)程數(shù)據(jù)點(diǎn)和系統(tǒng)點(diǎn)組態(tài)。過(guò)程數(shù)據(jù)點(diǎn)含數(shù)字量輸入(DI)點(diǎn)、數(shù)字量輸出(DO)點(diǎn)和模擬量輸入(AI)點(diǎn)等三種類型;系統(tǒng)點(diǎn)含作數(shù)據(jù)比較的通訊(COM)點(diǎn)、占用輸入卡槽的系統(tǒng)診斷點(diǎn)和不占用輸入卡槽的系統(tǒng)診斷點(diǎn)等三種。
數(shù)據(jù)點(diǎn)的主要組態(tài)參數(shù):組態(tài)軟件提供的數(shù)據(jù)點(diǎn)組態(tài)類型有I(Digital Input:數(shù)字量輸入)、AI(Analog Input:模擬量輸入)、BI(Binary Input:二進(jìn)制輸入)、XI( Multiplexes Input:乘法輸入)、O(Digital Output:數(shù)字量輸出)、AO(Analog Output:模擬量輸出)、BO(Binary Output:二進(jìn)制輸出)、XO( Multiplexes Output:乘法輸出)、M(Marker:標(biāo)志點(diǎn))、C(Counter:計(jì)數(shù)點(diǎn))、T(Timer:計(jì)時(shí)器)、R(Register:登記點(diǎn))、P(PIDs:PID控制點(diǎn))和A(Alarm:報(bào)警點(diǎn))等。對(duì)于占用I/O通道的點(diǎn)來(lái)說(shuō),除有RACK(卡籠)、POSITION(模件號(hào))和CHANNEL(通道),AI點(diǎn)還有三Signal type(信號(hào)類型:4∽20mA)、Trm.alarm step.low(信號(hào)報(bào)警下限)、Trm.alarm step.high(信號(hào)報(bào)警上限)、量程等外,還有一些共同的參數(shù)需要了解一下:
●安全相關(guān)選擇(safety-related):若選 “YES”,則數(shù)據(jù)點(diǎn)被置為安全相關(guān),即在外部和FTA的回路正常時(shí)處于帶電狀態(tài),系統(tǒng)不檢測(cè)回路是否連通;反之選“NO”,數(shù)據(jù)點(diǎn)被置為非安全相關(guān),正常時(shí)不帶電,系統(tǒng)要隨時(shí)檢測(cè)回路是否連通,檢測(cè)手段為向回路輸出微弱的電信號(hào)。為安全起見此FSC系統(tǒng)中的有關(guān)過(guò)程點(diǎn)全置為安全相關(guān)。
●故障反應(yīng)(Fault reaction):該參數(shù)僅能在非安全相關(guān)時(shí)修改。它定義的是故障時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)狀態(tài)。若數(shù)據(jù)點(diǎn)是安全相關(guān)的,該參數(shù)將被自動(dòng)置為“LOW”,不能手動(dòng)修改;若為非安全相關(guān),它可以在“Scan”和“Hold”之間選擇。“Scan”即數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)值狀態(tài)將保留其故障前最后一次掃描的結(jié)果,甚至是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù);“Hold”則是保留故障前最后一個(gè)合法值。
●SOE功能選擇(SER enable):若選“YES”,該數(shù)據(jù)點(diǎn)則具備了進(jìn)行SOE實(shí)時(shí)記錄的功能,此時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)彈出一個(gè)在組態(tài)SOE接口時(shí)定義的地址范圍內(nèi)的順序數(shù)據(jù)。也可以用“”和“”鍵來(lái)手動(dòng)設(shè)置;選“NO”則不能進(jìn)行SOE實(shí)時(shí)記錄。
●變送器故障安全(sensor is fail safe):它定義變送器故障時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)的狀態(tài),這一功能僅在數(shù)據(jù)電是安全相關(guān)時(shí)可以使用。
3.3邏輯組態(tài)
邏輯組態(tài)即FSC控制程序設(shè)計(jì)。FSC的控制功能主要是通過(guò)邏輯聯(lián)所控制設(shè)計(jì)的控制程序來(lái)完成的,其主要功能有:數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、控制算法、數(shù)據(jù)傳遞和與FSC系統(tǒng)連接的外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。因此邏輯圖組態(tài)才是上述所有工作的目的所在,周密的工藝控制方案、準(zhǔn)確和完善的邏輯組態(tài)是FSC系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,實(shí)現(xiàn)安全控制目的的前提和保障。
3.3.1、工藝邏輯控制程序組態(tài)
在分析了丙烯腈裝置的工藝原理和生產(chǎn)特性的基礎(chǔ)上,我們以壓縮機(jī)和制冷機(jī)為中心建立了如下三個(gè)邏輯聯(lián)鎖系統(tǒng)以及一些模擬量輸入處理系統(tǒng)。
●丙烯腈裝置停車聯(lián)鎖系統(tǒng)-----反應(yīng)器的停車聯(lián)鎖
FC-1103L:壓縮空氣流量低聯(lián)鎖停車
FF1111H:氧烯比高聯(lián)鎖停車
FF1112L:氨烯比低聯(lián)鎖停車
P102S、P109S、P107S、PV1211、TV1310、P135A/S等聯(lián)鎖控制。
●104#機(jī)組聯(lián)鎖系統(tǒng)
主要是監(jiān)控壓縮機(jī)組上的溫度、壓力、流量、軸振動(dòng)、軸位移等信號(hào)的異常情況,一旦發(fā)現(xiàn)即將壓縮機(jī)組聯(lián)鎖停車,以保護(hù)機(jī)組的設(shè)備安全。
啟動(dòng)電機(jī)M105的開車控制。
P143、P145等與104#機(jī)組有關(guān)的泵聯(lián)鎖。
●401#機(jī)組聯(lián)鎖系統(tǒng)
主要是監(jiān)控制冷機(jī)組上的溫度、壓力、流量、軸振動(dòng)、軸位移等信號(hào)的異常情況,一旦發(fā)現(xiàn)即將制冷機(jī)組聯(lián)鎖停車,以保護(hù)機(jī)組的設(shè)備安全。
P405S、P407S、PV4105、P402、P406、SV035/703等與401#機(jī)組有關(guān)的泵聯(lián)鎖。
以上三個(gè)邏輯聯(lián)鎖系統(tǒng)可由FSC的FLDs組態(tài),以與門、或門、非門、延時(shí)器和RS觸發(fā)器等邏輯門和觸發(fā)器的有機(jī)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能,其邏輯結(jié)構(gòu)(略)。
在整個(gè)FLDs組態(tài)過(guò)程中,除了直接應(yīng)用以上邏輯功能外,我們根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置了第一聯(lián)鎖點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng),即當(dāng)發(fā)生聯(lián)鎖停車事故時(shí),可以直接從FSC的SOE上發(fā)現(xiàn)是哪一個(gè)聯(lián)鎖點(diǎn)出現(xiàn)故障引起的停車。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生停車事故時(shí),往往一個(gè)聯(lián)鎖點(diǎn)聯(lián)鎖后,其它工藝參數(shù)也跟著發(fā)生變化從而達(dá)到聯(lián)鎖值。這樣以來(lái),無(wú)法發(fā)現(xiàn)哪一個(gè)點(diǎn)是引起停車的最初點(diǎn)。我們?cè)贔LDs的最后用邏輯控制將此問題解決。而且將這些第一聯(lián)鎖點(diǎn)通訊到操作員站的FIX畫面中。具體邏輯圖在此省略。
需要特別說(shuō)明的是,為了將模擬量信號(hào)輸出給上位機(jī),需要在FLDs組態(tài)中加入模擬量轉(zhuǎn)換和通訊信息。通過(guò)FSC的信號(hào)處理后與上位機(jī)的FIX軟件進(jìn)行通訊,以便在上位機(jī)中通過(guò)FIX軟件組態(tài)成各種畫面,供操作人員監(jiān)視用。具體FLDs在此省略。
3.3.2、系統(tǒng)自診斷邏輯控制程序組態(tài)
FSC 系統(tǒng)本身具有強(qiáng)大的自診斷功能,在其電源卡PSU、空氣開關(guān)卡籠、機(jī)柜、I/O模件和系統(tǒng)內(nèi)部通訊連接處都設(shè)有狀態(tài)或溫度檢測(cè)觸點(diǎn),同時(shí)還有專門用于系統(tǒng)漏地檢測(cè)的ELD卡。在應(yīng)用以上信號(hào)組態(tài)相應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,組態(tài)了兩幅邏輯控制圖(詳細(xì)邏輯圖略),而且將這些自診斷信息組態(tài)成通訊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輸出,以便上位機(jī)的FIX軟件在組態(tài)流程圖畫面時(shí)調(diào)用(參加3.5節(jié)中FIX畫面的內(nèi)容)。
3.4、組態(tài)軟件編譯、下裝和SOE組態(tài)
①、軟件編譯、下裝:至此,F(xiàn)SC系統(tǒng)的組態(tài)工作已基本完成,在仔細(xì)檢查后可進(jìn)行程序編譯。若出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤,可根據(jù)編譯產(chǎn)生的錯(cuò)誤信息對(duì)軟件進(jìn)行相應(yīng)的修正;編譯通過(guò)后即可進(jìn)行程序下裝并啟動(dòng)系統(tǒng)。
②、SOE組態(tài):其組態(tài)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單,大致分為三個(gè)步驟:
●進(jìn)入“SOE-Basic 130”選中“ADD”,填入要組態(tài)的SOE名稱;
●進(jìn)入“Properties”選定通訊協(xié)議RS-232和通訊端口COM2,給定容許采集權(quán)限即可;
●選“Process Variable”填入要求采集事件的數(shù)據(jù)點(diǎn)或參數(shù)名及相關(guān)參數(shù)即可。
3.5、FSC系統(tǒng)上位機(jī)
我們?cè)O(shè)置了兩臺(tái)PC機(jī)作為FSC的上位機(jī),一臺(tái)FSC用戶站(即工程師站)含有FSC專業(yè)用戶軟件和SOE監(jiān)控軟件,主要進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)、控制程序設(shè)計(jì)(用FLDs邏輯功能圖)、事故記錄和查詢、系統(tǒng)維護(hù)等工作:
● 組態(tài)FSC參數(shù)及其屬性定義;
● 應(yīng)用FLDs建立控制程序;
● 下裝組態(tài)和編譯完成的控制程序到FSC-SM;
● 監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài);
● 強(qiáng)制FSC參數(shù),切斷控制回路,以便進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù);
● SOE是基于WINDOWS 95/98應(yīng)用程序,他將檢測(cè)到的過(guò)程事件記錄下來(lái)。這些事件從相連的FSC系統(tǒng)中檢索出來(lái)后用于在線查看,或存儲(chǔ)到磁盤上日后分析。安裝SOE軟件后,可以很方便找出引起的第一故障并進(jìn)行分析,最大限度的減少停車時(shí)間,提高生產(chǎn)效益。
另一臺(tái)作為操作員站,我們安裝了FIX軟件,以便對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和控制,對(duì)于一些在FSC系統(tǒng)和SOE中無(wú)法實(shí)際的操作也移到FIX下進(jìn)行操作,例如,聯(lián)鎖的摘除和投入,個(gè)別控制回路等均在該上位機(jī)上運(yùn)行。
該上位機(jī)上共組態(tài)了12幅主畫面:104#機(jī)組油路流程圖、104#機(jī)組氣路流程圖、401#機(jī)組油路流程圖、401#機(jī)組氣路流程圖、401#機(jī)組丙烯制冷流程圖、泵開關(guān)控制圖、旁路開關(guān)控制圖、模擬量棒圖、歷史趨勢(shì)記錄、報(bào)警總貌畫面、登陸頁(yè)面等。
我們把這些畫面分成五類:
第一類為流程圖。包括104#機(jī)組油路流程圖、104#機(jī)組氣路流程圖、401#機(jī)組油路流程圖、401#機(jī)組氣路流程圖、401#機(jī)組丙烯制冷流程圖。這5幅流程圖中,被監(jiān)視的點(diǎn)在圖中相應(yīng)位置以位號(hào)進(jìn)行標(biāo)記。其中布爾量點(diǎn)在報(bào)警時(shí)位號(hào)會(huì)變?yōu)榧t色,模擬量點(diǎn)在位號(hào)的下面顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),在達(dá)到設(shè)置的報(bào)警限時(shí),該數(shù)據(jù)也會(huì)變?yōu)榧t色或者黃色,以便提醒操作人員注意。
第二類為開關(guān)控制畫面。這些畫面用于泵和聯(lián)鎖信號(hào)的投用和切除。
第三類為棒圖顯示畫面。這些畫面為按照位號(hào)排列的棒圖,每一個(gè)位號(hào)棒圖均詳細(xì)的顯示了各位號(hào)的各種工藝參數(shù)。這些工藝參數(shù)均有棒圖和數(shù)值兩種顯示。對(duì)于有報(bào)警限的位號(hào),當(dāng)數(shù)值達(dá)到報(bào)警限時(shí),棒圖顏色會(huì)相應(yīng)的變?yōu)辄S色或者紅色。
第四類為歷史趨勢(shì)畫面。歷史趨勢(shì)畫面被分成了21個(gè)組,共有6類:
● 進(jìn)入聯(lián)鎖的模擬量輸入信號(hào)的歷史趨勢(shì);
● 未進(jìn)入聯(lián)鎖的模擬量輸入信號(hào)的歷史趨勢(shì);
● 模擬量輸出點(diǎn)歷史趨勢(shì);
● 進(jìn)入聯(lián)鎖的布爾量輸入信號(hào)歷史趨勢(shì);
● 未進(jìn)入聯(lián)鎖的布爾量輸入信號(hào)歷史趨勢(shì)。
第五類為報(bào)警畫面。報(bào)警畫面也有四類:
● 聯(lián)鎖點(diǎn)報(bào)警畫面;
● 非聯(lián)鎖點(diǎn)報(bào)警畫面;
● FSC系統(tǒng)報(bào)警畫面。這幅畫面比較詳細(xì)的顯示了FSC系統(tǒng)各個(gè)位置的故障信息。例如,F(xiàn)SC RACK開關(guān)斷路、FSC輸入輸出漏電、FSC直流電源故障、FSC機(jī)柜溫度超限、FSC CP停、FSC 輸入故障、FSC輸出故障、FSC SOE/FIX通訊故障、FSC CP溫度超限等。當(dāng)FSC系統(tǒng)的某個(gè)方面有不正常狀態(tài)時(shí),其相應(yīng)的描述框就會(huì)變成紅色。
● 報(bào)警信息一覽畫面。在該報(bào)警信息一覽畫面中,新的信息被排在最前面,在被確認(rèn)之前會(huì)不停的閃爍。報(bào)警的確認(rèn)可以單個(gè)報(bào)警進(jìn)行確認(rèn),方法是雙擊要確認(rèn)的報(bào)警信息,也可以一次確認(rèn)一屏,方法是點(diǎn)擊右上角的“確認(rèn)報(bào)警”按鈕。
第六類為登陸畫面。不同的用戶擁有不同的權(quán)限,登陸必須填寫正確的用戶名和密碼。
4、系統(tǒng)組態(tài)和維護(hù)的注意事項(xiàng)
● FIX軟件只是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視,一般不介入系統(tǒng)的過(guò)程控制。所以,除在FIX運(yùn)行的PID控制之類的過(guò)程控制塊外,F(xiàn)IX的運(yùn)行與否并不會(huì)影響到下位機(jī)(即FSC系統(tǒng))的運(yùn)行。因此,如果FIX死機(jī),重新開機(jī)啟動(dòng)即可。唯一要注意的是,流量累計(jì)的數(shù)值會(huì)重新開始,此時(shí)需要把以前的數(shù)值記錄下來(lái)并填入“輸入偏差值”欄中。
● 登陸管理員帳戶,可以進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)的修改和泵開關(guān)控制、旁路開關(guān)控制的操作。在操作完成后,需要離開有關(guān)開關(guān)的畫面,并重新以操作員的身份登陸,以防止他人對(duì)這些畫面進(jìn)行誤操作。
● 監(jiān)視軟件:在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),組態(tài)內(nèi)容只能瀏覽,不能有任何更改操作,即使改動(dòng)后立即恢復(fù)也不行,更不能隨意編譯程序。否則會(huì)使程序版本改變,導(dǎo)致邏輯畫面和監(jiān)視信息無(wú)法調(diào)出。
● 停車原因:若出現(xiàn)系統(tǒng)停車事故,由于系統(tǒng)在停車時(shí)先做診斷,SOE將記錄所有引起FSC系統(tǒng)工作的改變,所以非常容易從報(bào)警信息中找到引起系統(tǒng)停車的第一原因,以便我們采取相應(yīng)措施處理故障以及避免類似情況的發(fā)生。
● FTA測(cè)量電阻:在系統(tǒng)運(yùn)行中切忌使用萬(wàn)用表測(cè)量輸入或輸出端的電阻,否則將可能使測(cè)量端出現(xiàn)短接,改變信號(hào)狀態(tài)導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)作。
● 卡件插拔:在系統(tǒng)運(yùn)行中,冗余的DI卡可以帶電插拔;拔DO卡應(yīng)仔細(xì),否則會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的CP停;CP卡件嚴(yán)禁帶電插拔。
● 邏輯運(yùn)算狀態(tài):在邏輯運(yùn)算組態(tài)時(shí),應(yīng)注意杜絕a÷b,但b=0;或根號(hào)下為零等初等數(shù)學(xué)范疇的非法運(yùn)算。因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)此類非法運(yùn)算系統(tǒng)將自動(dòng)停止工作。
5、技術(shù)說(shuō)明
● 本系統(tǒng)采用1002D雙重化冗余冗錯(cuò)故障安全型控制系統(tǒng),符合IEC61508標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的SIL3級(jí)和TUV AK5級(jí)。
● 系統(tǒng)用于控制的I/O模件及中央處理器均采用冗余配置,部分I/O模件采用非冗余配置。
● 系統(tǒng)I/O模件及中央處理器全部經(jīng)過(guò)高低溫老化試驗(yàn),系統(tǒng)具有大于99.9%的自診斷覆蓋面。
● 設(shè)備技術(shù)性能滿足詢價(jià)書的要求,允許模塊在線插拔更換、維修旁路、在線修改下裝,允許同時(shí)運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立的子程序。
● 系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)及平均維修時(shí)間(MTBR)完全達(dá)到SIL3級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)。
● 系統(tǒng)操作具有多級(jí)密碼及鍵鎖保護(hù)方式,保證系統(tǒng)操作的安全性。
● 系統(tǒng)預(yù)留超過(guò)15%的I/O卡空間,電源負(fù)荷、CPU負(fù)荷及通訊負(fù)荷均小于60%,能滿足擴(kuò)展要求。
● 系統(tǒng)組態(tài)軟件基于WINDOWS98環(huán)境,采用FLD功能邏輯塊編程方法,符合IEC1131標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)束語(yǔ):
本文比較詳細(xì)的介紹了FSC系統(tǒng)在我廠丙烯腈裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用。對(duì)一些FSC系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也做了說(shuō)明,只是對(duì)具體的組態(tài)內(nèi)容做了省略,一是避免長(zhǎng)篇大論,二是為了保密要求。希望讀者見諒!
其實(shí),F(xiàn)SC的與DCS的通訊功能也非常強(qiáng)大,由于我們這次改造的投資限制和我們DCS很快要進(jìn)行更新,所以,我們此次改造沒有涉及到這方面的內(nèi)容。當(dāng)我們對(duì)DCS進(jìn)行更新時(shí),要充分利用好這個(gè)功能,使我們的投資發(fā)揮最大效益。還可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳到我廠的局域網(wǎng)中供領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況,以便為領(lǐng)導(dǎo)決策發(fā)揮其應(yīng)有的作用。此次改造大大改善了我廠聯(lián)鎖系統(tǒng)的技術(shù)水平,使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性大大加強(qiáng)。運(yùn)行至今,沒有發(fā)生因該系統(tǒng)故障引起停車的事故發(fā)生。
文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有,未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。