1 引言
由于化工企業(yè)的高溫、高壓、易燃、易爆的特點(diǎn)，近年來(lái)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和安全要求越來(lái)越高。目前，工業(yè)過(guò)程一般用分散型控制系統(tǒng)DCS實(shí)現(xiàn)工廠的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，操作員可以根據(jù)工藝過(guò)程的具體情況進(jìn)行合理的操作。由于DCS處理信息多、通訊系統(tǒng)復(fù)雜，出現(xiàn)故障的幾率相對(duì)也較高，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)不能利用DCS來(lái)完成裝置的聯(lián)鎖保護(hù)功能。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，各大型化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中使用DCS進(jìn)行控制，同時(shí)，在安全上采用了緊急停車聯(lián)鎖ESD(Emergency Shut Down)，以確保當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，對(duì)生產(chǎn)裝置的狀態(tài)進(jìn)行響應(yīng)和保護(hù)，使生產(chǎn)裝置安全地退出運(yùn)行狀況，保證人員及設(shè)備的安全。因此，我公司在新建的工程中，在采用集散系統(tǒng)TPS的同時(shí)，采用了美國(guó)
Honeywell公司的緊急停車系統(tǒng)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(yīng)用進(jìn)行介紹。
2 FSC-SM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和主要功能
2.1 FSC-SM的基本結(jié)構(gòu)
緊急停車系統(tǒng)FSC-SM，為基于Total plant解決方案的萬(wàn)能控制網(wǎng)絡(luò)UCN(Universal Control Network)提供一個(gè)雙冗余容錯(cuò)的控制器。它直接掛接在UCN網(wǎng)絡(luò)上，使系統(tǒng)安全作為TPS系統(tǒng)整體的一部分，同時(shí)對(duì)一個(gè)獨(dú)立的“安全網(wǎng)絡(luò)”過(guò)程控制進(jìn)行單獨(dú)的能量切除(即ESD)。
系統(tǒng)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(tǒng)組成，其中FSC-SMM是FSC-SM與UCN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的接口。如圖1所示。
圖1 FSC－SM基本結(jié)構(gòu)圖
2.2 系統(tǒng)主要功能及特點(diǎn)
緊急停車系統(tǒng)ESD是一種獨(dú)立于DCS的安全保護(hù)系統(tǒng)。在正常情況下，DCS動(dòng)態(tài)地監(jiān)控著生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)運(yùn)行，而ESD處于相對(duì)的靜止?fàn)顟B(tài)，一旦出現(xiàn)異常情況，ESD便立即動(dòng)作使裝置停車處于安全狀態(tài)。
作為UCN網(wǎng)絡(luò)的一部分，F(xiàn)SC-SM(Fail Safe Contrller-safety Manager即故障安全控制-安全管理器)具有其它UCN網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的主要功能及特點(diǎn)，包括:
(1) 可與PM、APM、HPM、LM和其它SM進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊。
(2) 支持LCN網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用模塊和主機(jī)之間進(jìn)行高速通訊功能。
(3) FSC-SMM的數(shù)據(jù)庫(kù)保存在HM中。
(4) 系統(tǒng)的自診斷功能:為了保證系統(tǒng)的安全和設(shè)備的診斷，F(xiàn)SC控制處理器不斷檢測(cè)FSC硬件。
(5) 系統(tǒng)的報(bào)警功能:當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)過(guò)程報(bào)警，F(xiàn)SC-SMM通過(guò)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(bào)警摘要、報(bào)警報(bào)告顯示、組顯示、用戶流程圖。
(6) 系統(tǒng)的順序控制SOE功能。
(7) 冗余配置:作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，F(xiàn)SC-SMM運(yùn)行在一個(gè)雙冗余的模式下，冗余FSC控制器的中心部分為含有獨(dú)立與UCN網(wǎng)絡(luò)通訊的FSC-SMM，每一個(gè)FSC-SMM與UCN網(wǎng)絡(luò)的通訊鏈路也采用冗余配置。
(8) 點(diǎn)處理功能:在FSC-SMM和FSC控制器之間傳送的數(shù)據(jù)在0.5s或1s的掃描周期內(nèi)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(nèi)含用來(lái)接收通訊設(shè)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(jiàn)圖2。相對(duì)應(yīng)的功能圖見(jiàn)圖3。
圖2 FSC組態(tài)配置圖
圖3 FSC功能圖
4 FSC在本裝置的應(yīng)用
4.1 應(yīng)用概況
本裝置將一些關(guān)鍵的聯(lián)鎖信號(hào)、報(bào)警信號(hào)、事故停車信號(hào)引入FSC中進(jìn)行程序控制。引入FSC的軟件點(diǎn)數(shù)共有177點(diǎn)，并達(dá)到100%的冗余。
本系統(tǒng)為了維護(hù)方便、系統(tǒng)調(diào)試和工藝操作，特別是裝置開(kāi)停車的需要，對(duì)每個(gè)DI及AI點(diǎn)都設(shè)置旁路開(kāi)關(guān)，該旁路開(kāi)關(guān)各占一個(gè)輸入點(diǎn)。并且，系統(tǒng)的聯(lián)鎖觸點(diǎn)從安全考慮，在正常時(shí)觸點(diǎn)的設(shè)置是閉合的，越限時(shí)觸點(diǎn)斷開(kāi)。也就是在邏輯圖的設(shè)計(jì)中，確定工藝正常時(shí)聯(lián)鎖輸入、聯(lián)鎖輸出為“1”，即聯(lián)鎖輸入、聯(lián)鎖輸出正常時(shí)為常閉觸點(diǎn)，聯(lián)鎖輸入值變?yōu)椤?”時(shí)達(dá)到自動(dòng)聯(lián)鎖條件，聯(lián)鎖輸出值變?yōu)椤?”時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)聯(lián)鎖。而當(dāng)有多個(gè)聯(lián)鎖輸入時(shí)，其中任意一個(gè)達(dá)到自動(dòng)聯(lián)鎖條件時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)聯(lián)鎖，聯(lián)鎖輸入間采用“與門”連接。這點(diǎn)與以往的設(shè)計(jì)不同。這是考慮到現(xiàn)場(chǎng)的聯(lián)鎖觸點(diǎn)，由于長(zhǎng)時(shí)間受空氣中雜質(zhì)腐蝕、材料老化、觸點(diǎn)磨損等因素的影響，可能造成不能在故障狀態(tài)下準(zhǔn)確閉合，或由于導(dǎo)線開(kāi)路而不能將聯(lián)鎖信號(hào)傳給邏輯設(shè)備，導(dǎo)致影響緊急停車系統(tǒng)的工作。
當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)事故狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)SC內(nèi)部邏輯電路發(fā)生相應(yīng)的聯(lián)鎖信號(hào)，使現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)的
電磁閥失電，達(dá)到聯(lián)鎖的目的。并且，F(xiàn)SC的聯(lián)鎖信號(hào)和DCS通信站構(gòu)成單向通信，聯(lián)鎖信息可在CRT上報(bào)警并顯示，同時(shí)通過(guò)聯(lián)鎖控制相應(yīng)的閥門全開(kāi)或全關(guān)。
4.2 應(yīng)用案例
本裝置中道生加熱系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制(I-13)較為簡(jiǎn)單，故以此為例進(jìn)行介紹。
(1) 工藝要求
道生加熱系統(tǒng)的作用是在系統(tǒng)開(kāi)車時(shí)預(yù)熱反應(yīng)器R-101，并在熔鹽系統(tǒng)停止工作，而反應(yīng)器充滿工藝介質(zhì)時(shí)維持反應(yīng)器處于熱態(tài)。由道生回收罐V-123來(lái)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(jìn)入反應(yīng)器夾套內(nèi)，最后溶液依靠重力返回V-123中，與此同時(shí)，必須確保機(jī)械密封液罐中注滿道生溶液。具體的帶控制點(diǎn)的工藝流程圖見(jiàn)圖4:
圖4 帶控制點(diǎn)流程圖
(2) 聯(lián)鎖控制要求
l 當(dāng)V-123的液位LSXL-7116達(dá)到低限時(shí)，系統(tǒng)必須報(bào)警并顯示，同時(shí)P-130泵停止運(yùn)行，加熱器F-102停止工作。(可以被LY-7116旁路)。
l 當(dāng)機(jī)械密封液罐液位LSXL-7122達(dá)到低限時(shí)，系統(tǒng)必須報(bào)警并顯示，同時(shí)P-130泵停止運(yùn)行，加熱器F-102停止工作。(可以被LY-7122旁路)。
l 通過(guò)就地開(kāi)關(guān)或DCS軟按鈕HS-7114手動(dòng)重新啟動(dòng)P-130泵。(不屬于FSC的控制范圍，聯(lián)鎖邏輯圖中未介紹)。
(3) 道生加熱系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯圖(見(jiàn)圖5)
圖5 I-13連鎖邏輯圖
圖5中:
LSXL7116為道生回收罐V-123液位低限信號(hào);
LAXL7116為道生回收罐V-123液位低限報(bào)警信號(hào);
LSXL7122為機(jī)械密封液罐液位信號(hào);
LAXL7122為機(jī)械密封液罐液位報(bào)警信號(hào)。
5 結(jié)束語(yǔ)
緊急停車系統(tǒng)作為一套安全保護(hù)系統(tǒng)，其責(zé)任和重要性不言而喻。一個(gè)好的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)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(lái)，系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠，使用效果良好，不僅操作簡(jiǎn)單、組態(tài)方便，且維護(hù)量小、故障率低，提高了裝置的生產(chǎn)操作控制和管理水平，優(yōu)化了裝置的運(yùn)行，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效率。
