紧急停车控制系统的应用

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。
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。

图1 FSC－SM基本结构图
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。

4 FSC在本装置的应用
4.1 应用概况

图2 FSC组态配置图

图3 FSC功能图
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

图5 I-13连锁逻辑图
(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。