Trusted TMR系统在氨纶生产中的运用

摘要：介绍在氨纶的自动控制过程中，用AB公司的Trusted TMR安全仪表系统替代原有的DCS部分联锁功能，来实现紧急停车。该系统能精确监测，并及时、准确地做出响应，使装置停在一定的安全水平上，确保装置和人身的安全。

关键词：SIS安全仪表系统；容错；三重化

中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)17-4273-02

Application of Trusted TMR in spandex production

ZHANG Gui-jun

(LDZ spandex company limited Liangyungang city, Liangyungang 222001,China)

Abstract: The automatic control of the spandex, AB, Trusted TMR safety instrumented system instead of the original DCS part of the interlocking functions to achieve the emergency stop. The system can accurately monitor, and respond timely and accurate, the device stopped at a certain level of security to ensure the safety of the device and personal.

Key words: SIS safety instrumented system; fault-tolerant; triple

连云港杜钟氨纶公司1500吨的氨纶装置始建于1991年，是国内第一家全套引进日本东洋纺工艺和生产设备。随国家的节能环保要求,氨纶生产工艺中的溶剂DMF改为DMAC。从工艺安全分析来说，纺丝甬道中DMAC在正常生产浓度过高，可能有发生爆炸的危险。原来设计的安全联锁回路是通过DCS实现，由于它不是一套安全仪表联锁系统，一旦发生事故，有可能将会造成人员、财产、环境等方面的重大损失和影响。为此决定将原有的联锁系统从DCS中分离开，单独设计一套SIS系统。同时现场的仪表选用SIL2认证的仪表，回路失效计算的可靠性达到SIL2级的整体安全水平。

1安全仪表系统

安全仪表系统SIS( safety instrument system)是指能实现一个或多个安全功能的系统。在IEC 61508标准中,安全仪表系统和紧急停车系统ESD ( emergency shutdown device)、安全联锁系统SIS ( safety interlocks system)、仪表保护系统IPS ( instrumented protective sys2 tem)统称为安全相关系统SRS ( safety related system)。

安全仪表系统是一种可编程控制系统,它对生产装置或设备可能发生的危险采取紧急措施,并对继续恶化的状态进行及时响应,使其进入一个预定义的安全停车工况,从而使危险和损失降到最低程度,保证生产、设备、环境和人员安全[1]。

在石油化工工业多数物料易燃易爆，操作条件为高温高压，易发生安全事故。随着生产装置规模的日趋大型化，设计操作指标越发贴近安全临界点，造成事故发生的可能性也在增加，故而人们对安全系统提出了新的要求。一套好的SIS系统能够有效降低整个系统的风险、提高系统装置的可靠性，在石化等行业，SIS系统已经成为保障企业安全可靠运行的必备手段之一[2]。

2系统概述

经过对SIS厂家考察，决定选用AB的TrustedTMR其控制器原理，Trusted TMR是一个基于三重化处理器的系统，内部所有的重要电路均采用三重化容错的设计。Trusted保证系统在内部出现故障的状态下，仍能正确地执行程序。系统所有的模块均能在线热更换。这种设计使得Trusted系统几乎可以保持100%在线。Trusted被用来实时地处理各种复杂和危险的生产过程的控制[3]。其功能包括：接受现场信号，执行逻辑运算、PID等各种控制程序，输出控制信号，驱动现场执行单元。Trusted的应用程序采用IEC 61131 TOOLSET软件编制。

2.1纺丝工艺联锁概述

纺丝正常生产情况下，原液经过齿轮泵后由喷丝板喷出，在甬道中加热烘干，后卷绕机卷绕成型，如果发生甬道中氧含量过高SM-CO4温度过高主风道压力过低三条件之一，如果齿轮泵不能联锁停车，都将使甬道中的DMAC浓度过高，到达爆炸极限，导致爆炸。为此需要通过补充N2，使之不能到达爆炸极限.但需要测量甬道中的O2的含量，由它来控制N2调节阀的进气量，来降低爆炸风险，同时在氧含量达到高限的时候，N2的OCV气阀自动开，向甬道中大量充N2。

2.2系统的构成

由于纺丝有8条生产线，经过统计总点数为200点，其中DI点48个，DO点24个，AI点64个，AO点56个。备件按照20%留有余量。系统包括现场控制站一套包含如下硬件：

1）三重化处理器一块（T8110B）：采用功能强大的64位POWER 603 100MHZ处理器，通过三重化内部通讯总线，高速的处理数字量和模拟量信息。并配有控制器框架T8100。

2）I/O模块：DI模块（T8403）1块，DO模块(T8461) 1块，AI模块(T8431) 3块，AO模块(T8480) 2块，以上均为40点的三重化点，通讯模块（TB8310 T8311）各一1块，扩展接口模块（T8300）。

3）人机操作站兼工程师站HIS一台，选用DELL OPTIPLEX电脑，可以实现软件的组态和编程，并下装到控制站中。设置不同的用户等级使用户在其权限下使用监控，及组态功能。

4）E网一套，系统控制站和操作站/工程师站通讯配置成冗余以太网方式。

图1系统总体结构图

2.3系统软件

系统组态的软件是IEC1131 TOOLSET编程软件，支持5种编程语言，功能块图表（FBD）文本构造（ST）梯形图表（LD）顺序功能图表（SFC），指令表（IL），具备以下特点：在线和离线程序开发，在线显示，更改，常规显示和参数值，简易菜单驱动软件具有图像放大功能，删除、拷贝和粘贴功能，内装PID功能，四级加密口令，热键和广泛有效的帮助，符号参数程序设计，组态存档或保存在不同的子程序中，结构非常清晰，现场调试方便。操作监视功能软件采用的是INTOUCH 7.1，操作员可以对流程图和趋势组查看，命令。后台处理采用SOE 3.1软件，提供事故记录功能[4]。

3系统功能解决方案

3.1氧分析仪联锁控制方案

SM氧含量：现场的2只氧分仪信号都送入SIS，SIS选择1只信号送DCS；选择送DCS的条件：2只氧分仪无故障报警信号时，送高值；如果现场有1只氧分仪有故障报警或处于校验状态（在线对氧分仪进行校验）时送正常一只的信号（有故障信号时SIS仍然记录现场值，并报警），如果超过高限连锁停车。当2只氧分仪都有故障时或示值到达氧含量高限时，安全连锁启动，停2台齿轮泵的驱动装置，同时打开当线2只氮气净化补充OCV阀，向SM中补充氮气2分钟。

3.2组态分析

图2安全仪表系统联锁逻辑控制图

如图2所示，I/O点定义如下：

AT_C101_1(2)：2台氧分析仪模拟量输入AT_C1（2）_CAL：2台氧分析仪校验输入

AT_C1（2）_FT：2台氧分析仪故障输入TT_C105_SIS_HH : SM-CO4温度过高输入

PT_C101_SIS_LL：主风道压力过低输入AT_C1(2)_HI :现场氧分析仪柜内触点输入

GP_C1(2)_TD_RT:开车联锁复位GP_C1(2)_TD : GP停车

逻辑过程解释如下：

1）ais模拟输入模块先把从现场过来的模拟信号AT_C101_1(2)转变为内部能识别的实数AT_C101_1(2)_ENG，AT_C1_CAL，AT_C1_FT正常时输入为1，两个selr模块输出为氧分析仪原值后经过MAXT模块选其中高值;如果发生情况其中一台氧分析（即故障或校验）输入为0，其selr模块输出为0,另一个selr模块输出原值，经过MAXT模块后选高值;最后在经过H_LMI_FB高低限模块输出AT_C101_HH联锁联锁。其中SELR模块是根据BSEL值为1时选XINT，0时选XINF。

2）氧分析正常时，并且不再测试或故障状态下，现场氧分析仪柜内触点到达高限AT_C1(2)_H时输出MID01(02)联锁。

3）SM-CO4温度过高（TT_C105_SIS_HH正常时为1）：主风道压力过低(PT_C101_SIS_LL正常时为1)。

4）2台氧分析仪同时故障：>=1或门输出为0

所以当上面几个条件有一个为0，输出为0，经过RS触发器，输出1取反为0使GP_C1(2)_TD失电，联锁动作，停驱动装置.打开当前2只氮气净化补充OCV阀，向SM中补充氮气2分钟

4结束语

SIS组态工作是一项系统工程，它和DCS不同，具备很高的可靠性和有效性(如冗错)，降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统。DCS故障时ESD联锁系统作为最后一道安全防线将装置安全地停下来，避免事故扩大。自投入运行以来ICS的Trusted TMR系统可靠性得到了充分的验证，为安全生产提供了保障。

参考文献：

[1]黄文君.安全仪表系统的功能安全设计[ J].自动化仪表,2010(7).

[2]徐志奇.浅谈安全仪表系统在煤化工项目中的应用[ J].石油化工建设,2011(1).

[3]刘卫海.安全仪表系统在输油气管道中的应用问题及建议[J].安全健康和环境,2010(11).

[4]徐苏.基于嵌入式控制芯片在机械控制系统中的应用[J].制造业自动化,2010(13).