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      ABB PLUTO安全PLC在乙炔氨自控聯(lián)鎖裝置ESD系統(tǒng)中的應(yīng)用

      2013-08-14 05:42:40師海雄
      河南科技 2013年14期
      關(guān)鍵詞:反應(yīng)釜乙炔報(bào)警

      師海雄

      (重慶浦仁達(dá)科技有限公司,重慶 400020)

      一 概述

      隨著石油化工裝置的日趨大型化,工藝過(guò)程的不斷復(fù)雜化,生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生危險(xiǎn)的可能性也呈增大趨勢(shì),加之人們對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、設(shè)備、人身、環(huán)境的保護(hù)等因素的要求使得獨(dú)立于控制系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖顯得十分必要,這種專用的安全保護(hù)系統(tǒng)就是——ESD緊急停車(chē)系統(tǒng)(Emergency Shutdown Device)。ESD適用于高溫、高壓、易燃、易爆等場(chǎng)合,可以對(duì)生產(chǎn)裝置可能發(fā)生的危險(xiǎn)或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)和保護(hù),使生產(chǎn)裝置進(jìn)入一個(gè)預(yù)定義的安全停車(chē)工況,從而使危險(xiǎn)降低到可以接受的最低程度,以保證人員、設(shè)備、生產(chǎn)裝置和環(huán)境的安全。在講究高效安全生產(chǎn)的石油化工行業(yè),如今投入ESD系統(tǒng)已是眾多企業(yè)的選擇,并成為保證生產(chǎn)可靠性與安全性,提高經(jīng)濟(jì)效益的必要手段之一。

      重慶方鑫精細(xì)化工有限公司乙炔氨自控聯(lián)鎖裝置工程項(xiàng)目屬改造項(xiàng)目。作為一個(gè)典型的精細(xì)化工裝置,反應(yīng)溫度壓力高、易燃易爆且中間產(chǎn)物含劇毒易揮發(fā),此外整個(gè)項(xiàng)目工藝流程復(fù)雜,中間環(huán)節(jié)眾多,任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)均會(huì)導(dǎo)致其他環(huán)節(jié)不能正常工作,甚至前功盡棄,因此要實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn),這就要求必須配置先進(jìn)的、高可靠的設(shè)備,配置能充分滿足石油化工裝置及機(jī)組的緊急停車(chē)和安全聯(lián)鎖的ESD系統(tǒng)?;诖丝紤],其選用了 ABB PLUTO安全PLC。Pluto是一種可編程的安全系統(tǒng),用于防止控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障而引起的安全功能喪失,因此系統(tǒng)設(shè)置了整體冗余和監(jiān)控。和普通的PLC不同的是Pluto采用了2個(gè)微處理器,同時(shí)對(duì)每個(gè)安全功能進(jìn)行控制和監(jiān)控,以保證正確的運(yùn)行。系統(tǒng)的每個(gè)輸入都單獨(dú)連接到每個(gè)處理器,各自有獨(dú)立的內(nèi)存并執(zhí)行各自的程序。處理器通過(guò)連續(xù)的對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較,來(lái)確保數(shù)據(jù)的完整性。每個(gè)安全輸出都連接到兩個(gè)處理器,在應(yīng)用程序中,兩個(gè)處理器都要檢查邏輯條件是否滿足,否則不能置位。

      二 ESD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

      1.重慶方鑫精細(xì)化工有限公司乙炔氨自控聯(lián)鎖裝置工程項(xiàng)目,ESD系統(tǒng)采用了ABB PLUTO安全PLC,其處理器是為了完成特定的任務(wù)而進(jìn)行組態(tài)和編程。通過(guò)高性能的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)及分散處理單元、過(guò)程I/O、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、人機(jī)接口和過(guò)程控制軟件等來(lái)完成裝置的監(jiān)視、保護(hù)和控制。PLUTO硬件安全、可靠、先進(jìn)。系統(tǒng)應(yīng)易于組態(tài),易于使用,易于擴(kuò)展。

      ESD裝置可以ModBus RTU或OPC的方式完成與DCS系統(tǒng)的通訊。

      2.該系統(tǒng)將在生產(chǎn)裝置內(nèi)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,并接上輸入輸出信號(hào)后即可滿足本裝置的過(guò)程控制與聯(lián)鎖保護(hù)、參數(shù)報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄與歸檔等功能要求,并能安全可靠地運(yùn)行。

      3.系統(tǒng)基本組成

      1)ESD系統(tǒng)應(yīng)為操作員及工程師提供用于監(jiān)控、操作、組態(tài)及維護(hù)的良好人機(jī)接口設(shè)備——操作站及工程師站,且操作簡(jiǎn)單方便。對(duì)不同級(jí)別的操作人員(操作員,工長(zhǎng),系統(tǒng)工程師等)的操作權(quán)限采用密碼或其它方式加以限制。

      2)本工程設(shè)置了1個(gè)操作員站(工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī),同時(shí)兼做工程師站用),1個(gè)獨(dú)立的輔助操作臺(tái)。工程師站用于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與維護(hù)、參數(shù)設(shè)置等功能。輔助操作臺(tái)用于ESD系統(tǒng)聯(lián)鎖停車(chē)功能。作為報(bào)表與事件記錄輸出設(shè)備,本裝置的控制室內(nèi)設(shè)置1臺(tái)激光打印機(jī),完成報(bào)表、歷史記錄、故障診斷信息輸出等功能。(見(jiàn)圖1)。

      3)本工程設(shè)置ESD系統(tǒng)機(jī)柜1個(gè),用于控制器及I/O卡件等功能模件的安裝及信號(hào)信號(hào)調(diào)理器等元件的安裝。

      ESD系統(tǒng)控制器通過(guò)智能型、冗余型過(guò)程I/O卡件、連接端子以及必要的信號(hào)調(diào)理設(shè)備,完成離散的數(shù)據(jù)采集與控制功能??刂破髋c智能I/O卡件之間通過(guò)專門(mén)的I/O總線通訊,其通訊速率均不應(yīng)低于5MBPS。所有系統(tǒng)卡件均支持DIN導(dǎo)軌安裝方式,且均安裝在系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)。

      圖1 ESD系統(tǒng)配置圖

      4.工藝簡(jiǎn)介和系統(tǒng)規(guī)模

      重慶方鑫精細(xì)化工乙炔氨自控聯(lián)鎖裝置工程項(xiàng)目根據(jù)工藝劃分為四個(gè)單元,一單元是電石在發(fā)生器內(nèi)水解生成的乙炔氣經(jīng)洗泥器洗滌冷卻至70℃左右,經(jīng)正、逆水封后,進(jìn)入乙炔氣柜;二單于是乙炔氣經(jīng)管道進(jìn)入冷卻塔,冷卻降溫后的乙炔氣經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī)加壓后進(jìn)入二級(jí)串聯(lián)的清凈塔,利用次氯酸鈉的強(qiáng)氧化性質(zhì),除去硫化氫、磷化氫等雜質(zhì);三單元是經(jīng)清凈后的乙炔氣進(jìn)入中和塔被堿液所中和,然后送往轉(zhuǎn)化合成工序;四單元是乙炔氣進(jìn)入反映釜與送入反應(yīng)釜內(nèi)的氨氣進(jìn)行反應(yīng)。

      整個(gè)項(xiàng)目中共有3個(gè)乙炔氣柜,2臺(tái)乙炔輸送泵,7臺(tái)壓縮機(jī),9個(gè)反應(yīng)釜,9個(gè)液氨貯罐,3個(gè)冷卻塔。本項(xiàng)目ESD系統(tǒng)主要作用在這些工段,乙炔氣柜出口設(shè)DN200氣動(dòng)緊急切斷閥3臺(tái);反應(yīng)釜進(jìn)口設(shè)DN50氣動(dòng)緊急切斷閥9臺(tái);液氨貯罐進(jìn)口設(shè)DN65氣動(dòng)緊急切斷閥9臺(tái);ESD系統(tǒng)設(shè)輔助操作臺(tái)1套,用于在外界環(huán)境(乙炔氣體泄漏或火災(zāi))對(duì)管道運(yùn)行帶來(lái)危害時(shí),操作人員可以手動(dòng)操作切斷整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行或部分工段設(shè)備運(yùn)行,確保安全。

      系統(tǒng)具體配置如下:

      1)ESD點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)

      數(shù)量DI DO AI AO壓力報(bào)警設(shè)定器9 9乙炔反應(yīng)釜攪拌檢測(cè)9 9反應(yīng)釜溫度報(bào)警設(shè)定器9 9反應(yīng)釜壓力報(bào)警設(shè)定器9 9乙炔氨儲(chǔ)罐溫度報(bào)警設(shè)定器9 9環(huán)境溫度報(bào)警設(shè)定3 3乙炔輸送泵電源接觸器2 2壓縮機(jī)斷電接觸器9 9乙炔輸送泵狀態(tài)2 2 2壓縮機(jī)停車(chē)狀態(tài)9 9 9反應(yīng)釜進(jìn)料切斷閥9 9釜底切斷閥(反應(yīng)釜出口)9 9冷凝器出口切斷閥3 3乙炔柜出口切斷閥2 2乙炔氨氣柜進(jìn)料切斷閥3 3氨蒸發(fā)器進(jìn)口切斷閥1 1急停1進(jìn)料停止1溫度高報(bào)警1壓力高報(bào)警1聯(lián)鎖指示1聯(lián)鎖復(fù)位1

      2)ESD配置清單

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      3)ESD系統(tǒng)IO卡件配置

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      4)ESD配置說(shuō)明

      所有IO點(diǎn)數(shù)按照至少20%的比例留有余量。

      本安全聯(lián)鎖自控系統(tǒng)在安全聯(lián)鎖部分采用具有SIL2以上本質(zhì)安全認(rèn)證的安全控制器,可在聯(lián)鎖狀態(tài)時(shí)按照預(yù)先設(shè)定的聯(lián)鎖邏輯,緊急停止(或啟動(dòng))關(guān)鍵設(shè)備,以達(dá)到安全控制的目的。

      選用ABB PlutoB安全PLC控制系統(tǒng),PlutoB是一種可編程的安全系統(tǒng),并通過(guò)了嚴(yán)格的本質(zhì)安全認(rèn)證(SIL3),用于防止控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障而引起的安全功能喪失,因此系統(tǒng)設(shè)置了整體冗余和監(jiān)控,和普通的PLC系統(tǒng)不同的是Pluto采用了兩個(gè)微處理器,同時(shí)對(duì)每個(gè)安全功能進(jìn)行控制和監(jiān)控,以確保正常的運(yùn)行。系統(tǒng)的每個(gè)輸入都單獨(dú)連接到每個(gè)處理器,各自有獨(dú)立的內(nèi)存并執(zhí)行各自的程序。處理器通過(guò)連續(xù)的對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較,來(lái)確保數(shù)據(jù)的完整性。系統(tǒng)的輸出均為故障安全型。每個(gè)安全輸出都連接到兩個(gè)處理器,在應(yīng)用程序中,兩個(gè)處理器都要檢查邏輯條件是否滿足,否則不能置位。

      系統(tǒng)最終形成3個(gè)I/O機(jī)柜,配置3臺(tái)操作員站及單獨(dú)的ESD輔操臺(tái)。系統(tǒng)配置為網(wǎng)絡(luò)冗余、控制冗余、電源冗余。ESD系統(tǒng)按照SIL2等級(jí)設(shè)計(jì),配置浪涌保護(hù)器、溫變、報(bào)警設(shè)定器、安全柵等符合化工相關(guān)規(guī)范要求的安全措施。

      5.控制功能

      過(guò)程控制器接受過(guò)程變量的輸入信號(hào),然后對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理,存放到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中顯示或計(jì)算,傳送輸出信號(hào)至最終控制元件。

      (1)系統(tǒng)對(duì)模擬量提供線性化、補(bǔ)償、累計(jì)、開(kāi)方和報(bào)警功能;系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)量提供報(bào)警和狀態(tài)變化的檢測(cè)。

      (2)系統(tǒng)能夠完成調(diào)節(jié)控制、連鎖邏輯、手動(dòng)操作,由標(biāo)準(zhǔn)算法或用戶程序組合而成的自動(dòng)順序。

      (3)調(diào)節(jié)控制功能至少包括各種PID算法(反饋、前饋、開(kāi)關(guān)、比率、超前/滯后等)、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算(加、減、乘、除、復(fù)合運(yùn)算等)、基本的控制功能(開(kāi)關(guān)、限幅、高/地選擇等)、自適應(yīng)控制功能。

      (4)連鎖控制功能包括用于調(diào)節(jié)控制的布爾邏輯和用于開(kāi)關(guān)控制的梯形邏輯。

      (5)順序控制功能可以執(zhí)行啟動(dòng)/停止順序、批量處理或任何預(yù)先定義的程序步驟。

      6.畫(huà)面功能

      HMI畫(huà)面為操作員了解生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)提供了顯示窗口,并能支持以下幾類畫(huà)面。

      (1)總貌畫(huà)面:顯示系統(tǒng)各設(shè)備、裝置、區(qū)域的運(yùn)行狀態(tài)以及全部參數(shù)變量的狀態(tài),測(cè)量值、設(shè)定值、控制方式(手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)),高低報(bào)警等信息。從各顯示塊可以調(diào)出其他畫(huà)面。

      (2)分組畫(huà)面:以模擬儀表的表盤(pán)形式按事先設(shè)定的分組,同時(shí)顯示幾個(gè)回路的信息:如過(guò)程參數(shù)變量的測(cè)量值,調(diào)節(jié)器的設(shè)定值、輸出值、控制方式等。變量值每秒更新一次,分組可任意進(jìn)行,操作員可從分組畫(huà)面調(diào)出任一變量(模擬量或離散量)的詳細(xì)信息。對(duì)模擬回路可以手動(dòng)改變?cè)O(shè)定值、輸出值、控制方式等;對(duì)離散量可以手動(dòng)操作設(shè)備的開(kāi)啟和停止,畫(huà)面顯示出指令狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)。

      (3)單點(diǎn)畫(huà)面(調(diào)整畫(huà)面):顯示一個(gè)參數(shù),控制點(diǎn)的全部信息以及實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)。從調(diào)整畫(huà)面也可以直接對(duì)模擬回路進(jìn)行設(shè)定、調(diào)整操作。

      (4)趨勢(shì)畫(huà)面:系統(tǒng)具有顯示高速公路上任何數(shù)據(jù)點(diǎn)趨勢(shì)的能力,并在同一坐標(biāo)軸上顯示至少四個(gè)變量的趨勢(shì)記錄曲線,有可供用戶自由選擇的參數(shù)變量,不同顏色和不同的時(shí)間間隔,也可以對(duì)數(shù)據(jù)軸進(jìn)行任意放大顯示。

      (5)報(bào)警畫(huà)面:顯示當(dāng)前所有正在進(jìn)行的過(guò)程參數(shù)報(bào)警和系統(tǒng)硬件故障報(bào)警,并按報(bào)警的時(shí)間順序從最新發(fā)生的報(bào)警開(kāi)始排起,報(bào)警優(yōu)先級(jí)別和狀態(tài)用不同的顏色來(lái)區(qū)別,未經(jīng)確認(rèn)的報(bào)警處于閃爍狀態(tài)。

      報(bào)警內(nèi)容包括:報(bào)警時(shí)間;過(guò)程變量名;過(guò)程變量說(shuō)明;過(guò)程變量的當(dāng)前值;報(bào)警設(shè)定值;過(guò)程變量的工程單位;報(bào)警優(yōu)先級(jí)別。

      (6)流程畫(huà)面:生產(chǎn)裝置的圖片、工藝流程圖、設(shè)備簡(jiǎn)圖、單線圖等都可以在HMI上顯示出來(lái),每個(gè)畫(huà)面都括字母數(shù)字字符和圖形符號(hào),通常采用可變化的顏色、圖形、閃爍表示過(guò)程變量的不同狀態(tài),所有過(guò)程變量的數(shù)值和狀態(tài)每秒動(dòng)態(tài)刷新,操作員在此畫(huà)面對(duì)有關(guān)過(guò)程變量實(shí)施操作和調(diào)整。

      7.報(bào)表功能

      控制系統(tǒng)按照預(yù)先定義的格式打印報(bào)表,報(bào)表數(shù)據(jù)的收集和打印是按照用戶定義的時(shí)間間隔自動(dòng)進(jìn)行,報(bào)表打印通常采用事件驅(qū)動(dòng)方式或操作員命令方式,報(bào)表軟件自動(dòng)產(chǎn)生所有的標(biāo)題和表頭。

      8.歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能

      控制系統(tǒng)對(duì)報(bào)警、連鎖、操作指令的變化等事件及其日期、時(shí)間作為歷史數(shù)據(jù)加以儲(chǔ)存。有足夠歷史數(shù)據(jù)的磁介質(zhì)存儲(chǔ)空間,并具有可擴(kuò)充至外部存儲(chǔ)設(shè)備和磁帶機(jī)、光盤(pán)等。當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失及磁介質(zhì)空間不足時(shí)有報(bào)警。

      三 ESD系統(tǒng)的應(yīng)用

      重慶方鑫精細(xì)化工乙炔氨自控聯(lián)鎖裝置ESD系統(tǒng)主要應(yīng)用如下:

      1.自動(dòng)控制:本項(xiàng)目中ESD系統(tǒng)在正常情況下是對(duì)于一些關(guān)鍵的工藝及設(shè)備參數(shù)進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè),在正常情況下ESD是“靜止的”,不采取任何動(dòng)作。但是當(dāng)參數(shù)發(fā)生異常波動(dòng)或故障時(shí)(超溫、超壓),它會(huì)按照已定的程序采取相應(yīng)的安全動(dòng)作,使裝置停在安全水平線上。

      2.手動(dòng)控制

      1)輔助操作臺(tái)面板上設(shè)置有1#--7#壓縮機(jī)急停按鈕,操作人員只需輕輕按下相應(yīng)急停按鈕,便可隨時(shí)停止對(duì)應(yīng)壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

      2)操作人員只需輕輕按下輔助操作臺(tái)上“乙炔輸送泵急停按鈕”,便可隨時(shí)停止乙炔輸送泵的運(yùn)行狀態(tài)。

      3)操作人員在接到緊急停車(chē)指令或在被授權(quán)允許的情況發(fā)生時(shí),可按下“聯(lián)鎖停車(chē)”按鈕,確保系統(tǒng)緊急停車(chē)停料。

      4)一旦出現(xiàn)了超溫、超壓、停車(chē)、停料事件,在事件原因得到有效排除后,被授權(quán)的操作人員需要點(diǎn)動(dòng)“聯(lián)鎖復(fù)位按鈕”進(jìn)行確認(rèn),才能使系統(tǒng)解除聯(lián)鎖,恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。相反,如果ESD控制系統(tǒng)未收到復(fù)位指令,它會(huì)認(rèn)為上一次出現(xiàn)的異常未得到消除,所以會(huì)繼續(xù)保持聯(lián)鎖停車(chē)停料動(dòng)作,保證整個(gè)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。

      四 結(jié)束語(yǔ)

      ABB是一個(gè)提供高新技術(shù)的企業(yè),它為世界各地的用戶提供用于自動(dòng)化控制的軟件、硬件和技術(shù)服務(wù)以及嵌入式計(jì)算。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€(gè)獨(dú)特的,靈活的,超可靠的技術(shù)基礎(chǔ),使得他們?cè)诎茉础⑺幚?、消費(fèi)品、國(guó)防和防御,以及通訊等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得持續(xù)的優(yōu)勢(shì)。而ABB公司所推出的PLUTO安全PLC不論是在性能或價(jià)格方面都體現(xiàn)了它的極大優(yōu)勢(shì),尤其是在ESD系統(tǒng)中起到了安全保護(hù)的作用,投資少、操作靈活,具有推廣價(jià)值。

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