一. 項目背景

    大化肥行業(yè)具有工藝流程長(cháng)、復雜，且屬易燃、易爆危險裝置，對安全要求極高的特點(diǎn)。安全聯(lián)鎖采用獨立于控制系統的ESD系統顯得十分必要。ESD系統是適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續性生產(chǎn)裝置的安全保護系統。當生產(chǎn)裝置出現緊急情況時(shí)，不需要經(jīng)過(guò)DCS系統，而直接由ESD發(fā)出保護聯(lián)鎖信號，對現場(chǎng)設備進(jìn)行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失。

    達州市大竹玖源化工有限公司40萬(wàn)噸/年合成氨、45萬(wàn)噸/年尿素項目以天然氣為原料，采用蒸汽轉化法生產(chǎn)合成氨技術(shù)。合成氨裝置由Farmland工廠(chǎng)天然氣轉化部分和Cytec工廠(chǎng)合成氨裝置的其他部分組合而成。兩廠(chǎng)均采用Kellogg工藝技術(shù)。項目工藝裝置均為易燃易爆、高度危險、連續生產(chǎn)的重要化工裝置，這就要求必須配置先進(jìn)的、高可靠的設備，配置能充分滿(mǎn)足大化肥裝置及機組的緊急停車(chē)和安全聯(lián)鎖的ESD系統?；诖丝紤]，其選用了GE公司的 90-70 GMR表決系統。

    二.GE的90-70 GMR解決方案簡(jiǎn)介

    美國GE FANUC公司的GMR（Genius Modular Redundancy）三重化冗余控制系統是基于GE Fanuc公司的90-70PLC以及先進(jìn)的智能化輸入/輸出模塊（Genius I/O）構成的具有國際先進(jìn)水平的三重化表決控制系統。此系統包含三個(gè)獨立的90-70PLC以及運行在每個(gè)單獨系統中的診斷程序。通過(guò)三選二的表決，系統為用戶(hù)提供了高可靠性和無(wú)誤差操作。還包含了輸入子系統及輸出子系統。輸入輸出子系統由智能的、可組態(tài)的Genius I/O模塊組成，每個(gè)模塊都有微處理器并提供通訊診斷功能，同時(shí)對輸出和輸入通道有電子保護功能，而且模擬量、開(kāi)關(guān)量等所有模塊都可以用在同一總線(xiàn)中。傳感器信號被引入到隔離的Genius輸入模塊，設置在獨立機架中，各自獨立的CPU從每條Genius總線(xiàn)上接受這些輸入信號并對這些信號進(jìn)行表決，然后，三個(gè)CPU中的每一個(gè)CPU通過(guò)三重化的Genius I/O總線(xiàn)將邏輯狀態(tài)結果送至輸出子系統，Genius輸出模塊對三重化的輸出數據進(jìn)行表決，然后送至負載。

    該系統具有如下特點(diǎn)：
    l 容錯功能（Fault Tolerant）
    l 失敗安全（Fail Safe）
    l 高等級自檢及診斷檢測
    l 應用靈活性，可組態(tài)逐點(diǎn)冗余使之可以根據指定的應用要求配置自己的硬件系統
    l Genius I/O加速系統的開(kāi)車(chē)進(jìn)程，不須長(cháng)距離拉線(xiàn)
    l 支持中央控制和分布控制系統
    l 消除保險，減低了平均修復時(shí)間（MTTR）
    l 故障識別到點(diǎn)級，進(jìn)一步降低了平均修復時(shí)間（MTTR）
    l 基于20ms的掃描時(shí)間
     支持三選二、二選二、二選一以及單機系統配置

    1、 輸入子系統的配置

    由于輸入子系統可以靈活配置，工藝信號的引入可以是單信號、雙信號或是三個(gè)信號。信號可以引入單個(gè)輸入模塊也可以到三個(gè)模塊，供PLC CPU主機進(jìn)行表決，表決結果送給輸出模塊組再表決后輸出。在該項目的設計中采用了兩重化輸入方式，一個(gè)現場(chǎng)輸入信號通過(guò)端子排分配到兩個(gè)獨立的輸入模塊IC660BBD020，每個(gè)模塊連接到單獨的 Genius 總線(xiàn)BELDEN9182。

    2、輸出子系統的配置

    GE GMR輸出子系統包括四模塊“H”型、二模塊“I”型和二模塊“T”型的模塊組配置，可根據項目成本、項目規模等綜合考慮選用輸出子系統的配置。輸出模塊組對從CPU來(lái)的輸出進(jìn)行表決，將表決結果輸出到負載?；谒性O備的可靠性和可用性 ，采用了“T”型輸出配置。每一個(gè)現場(chǎng)輸出是由兩個(gè)源型（Source）模塊IC660BRD020并聯(lián)接在負載的一端，負載的另一端接地。這種結構即是失敗安全（Fail Safe）的又是容錯(Fault Tolerant)的。配置如下圖所示。

                         

    3、Genius 總線(xiàn)BELDEN9182

    整個(gè)系統的配置中，共有兩條Genius總線(xiàn)BELDEN9182貫穿所有的DI/DO模塊，每條總線(xiàn)的具體接線(xiàn)如下圖所示。  

                    

    4、外配成套部分

    根據信號傳輸、隔離、轉換、分離的需要, 而且，現場(chǎng)儀表信號電纜需先經(jīng)過(guò)過(guò)渡端子柜后再接到SIS系統的I/O卡上，因此對于上述系統，還需設置一定的輔助柜SIS1-SIS4(4個(gè)輔助柜)，其中，SIS1柜為系統電源柜和90-70PLC機架柜，配置2個(gè)9槽機架。SIS2-SIS4為Genius DI、DO模塊配置柜，另外，還有3臺特制操作臺，用于安裝選擇開(kāi)關(guān)、按鈕、閃光報警器等。

    三.基于合成氨、尿素工藝的控制方案

    在化肥廠(chǎng)的中／大型化肥生產(chǎn)裝置中，壓縮機組作為大型的轉動(dòng)設備得到了大量應用。并且作為核心裝置，是生產(chǎn)的關(guān)鍵裝置。所以透平壓縮機組的聯(lián)鎖控制，是保證整個(gè)化肥裝置安全生產(chǎn)運行的關(guān)鍵。此項目中壓縮機控制包括了天然氣壓縮機聯(lián)鎖、空氣壓縮機101-J聯(lián)鎖、合成氣壓縮機103-J聯(lián)鎖、氨壓縮機105-J聯(lián)鎖、CO2壓縮機C-101聯(lián)鎖。

    其他工段控制方案包括了：
    l 高低溫變換工段聯(lián)鎖
    l 脫碳工段聯(lián)鎖
    l 甲烷化工段聯(lián)鎖
    l 工藝空氣停車(chē)系統聯(lián)鎖
    l 引風(fēng)機聯(lián)鎖
    l 送風(fēng)機聯(lián)鎖
    l 一段爐燃料安全系統聯(lián)鎖
    l 輔鍋燃料安全系統聯(lián)鎖
    l 開(kāi)工加熱爐燃燒安全聯(lián)鎖
    l 原料氣停車(chē)系統聯(lián)鎖
    l 廠(chǎng)級事故停車(chē)聯(lián)鎖

    其中廠(chǎng)級事故聯(lián)鎖停車(chē)作為整條工藝流程安全生產(chǎn)的保障，顯的尤為重要。

                   

    四.總結與展望

    ESD系統作為整個(gè)化肥生產(chǎn)工藝裝置安全聯(lián)鎖的核心控制系統，其可靠性和穩定性直接影響著(zhù)全廠(chǎng)的生產(chǎn)安全。 GE 90-70 GMR系統提供從輸入到CPU控制器以及輸出的各種組合，符合IEC61508標準并可達到和獲得TÜV AK1~AK6/IEC SIL1~SIL3等級認證。其在達州玖源4045大化肥項目裝置上成功應用，對現場(chǎng)設備進(jìn)行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失，為工廠(chǎng)安全生產(chǎn)保駕護航。

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