TRICON緊急停車系統(tǒng)在聚甲醛工藝裝置中的應(yīng)用

【摘要】ESD簡(jiǎn)稱為緊急停車系統(tǒng)，適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續(xù)性生產(chǎn)裝置的安全保護(hù)系統(tǒng)。在煤化工領(lǐng)域，主要用于聯(lián)鎖邏輯比較復(fù)雜的控制裝置。用于實(shí)現(xiàn)事故狀態(tài)聯(lián)鎖緊急停車以及各種開(kāi)停車安全系統(tǒng)的邏輯控制，通過(guò)ESD的保護(hù)有效地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。聚甲醛生產(chǎn)裝置工藝復(fù)雜工藝控制要求特別嚴(yán)格，TRICON按照安全獨(dú)立原則要求，獨(dú)立于集散控制系統(tǒng)，安全級(jí)別高于DCS，響應(yīng)速度非?？欤欣诒Ｗo(hù)設(shè)備，避免事故的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】聚甲醛；三重化；容錯(cuò)系統(tǒng)；Tricon

一、聚甲醛（POM）

聚甲醛（POM）是一種新興的具有廣泛用途和廣闊發(fā)展前景的一種材料。外觀是半透明或不透明粉料或粒料，與象牙相似。POM是五大通用工程塑料之一，廣泛用于電子電氣、汽車、輕工、機(jī)械、化工、建材以及軍事等領(lǐng)域，由于它在各方面所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)良性能，它的應(yīng)用已幾乎涉及各種行業(yè)領(lǐng)域，特別是對(duì)許多新興產(chǎn)業(yè)它是一種十分適用的材料

聚甲醛樹(shù)脂在較大的溫度范圍內(nèi)具有較高的彈性模數(shù)、硬度、剛性和機(jī)械性能，可在104℃以下長(zhǎng)期使用，脆化溫度-40℃，吸水性極小。摩擦系數(shù)低，動(dòng)磨擦系數(shù)與靜磨擦系數(shù)相同，自潤(rùn)滑耐磨損性能優(yōu)異。機(jī)械性能與金屬類似，且比重小，廣泛應(yīng)用于替代鋼鐵、銅、鋅、鋁等金屬材料和其它塑料，有“塑料中的金屬”之稱。

兗礦魯南化工有限公司年產(chǎn)4萬(wàn)噸聚甲醛項(xiàng)目在技術(shù)上，引進(jìn)韓國(guó)PID公司聚甲醛技術(shù)，韓國(guó)PID公司的聚甲醛技術(shù)以日本宇部、韓國(guó)LG公司聚甲醛技術(shù)為基礎(chǔ)，并吸納日本三菱、美國(guó)塞拉尼斯聚甲醛先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)研制開(kāi)發(fā)出全部自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的聚甲醛工藝技術(shù)。韓國(guó)PID公司擁有眾多聚甲醛牌號(hào)，其改性技術(shù)領(lǐng)先于其它聚甲醛廠商。

聚甲醛是以三聚甲醛為主要單體加入少量單體（如二氧戊環(huán)）共聚而成，其生產(chǎn)工藝為將純?nèi)奂兹⒍跷飙h(huán)和三氟化硼-乙醚絡(luò)合物按一定比例混合后，置于一個(gè)具有強(qiáng)剪切和混合作用的連續(xù)捏合機(jī)或雙螺桿反應(yīng)器中，完成聚合反應(yīng)后經(jīng)氨水后處理，即得粒狀共聚甲醛。本體聚合法的優(yōu)勢(shì)是工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，而且聚合不使用溶劑，轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品分子量分布均勻。因此，目前國(guó)內(nèi)外廠商一般均采用本體聚合法。

二、安全系統(tǒng)介紹

1.SIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)規(guī)范

安全系統(tǒng)的定義：安全系統(tǒng)是設(shè)計(jì)為當(dāng)工廠本身發(fā)生危險(xiǎn)情況或如果不采取行動(dòng)就會(huì)最終導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)增加，在這些情況下，安全系統(tǒng)必須產(chǎn)生及時(shí)、正確的輸出，來(lái)防止任何危險(xiǎn)發(fā)生或減輕后果。

2.安全系統(tǒng)的兩大評(píng)價(jià)指標(biāo)

可靠性——不能拒動(dòng)；

可用性——不能誤動(dòng)。

3.SIS與DCS區(qū)別

①SIS用于監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀況，對(duì)出現(xiàn)異常工況迅速進(jìn)行處理，使危害降到最低，使人員和生產(chǎn)裝置處于安全狀態(tài)；

②DCS是“動(dòng)態(tài)”系統(tǒng)，它始終對(duì)過(guò)程變量連續(xù)進(jìn)行檢測(cè)、運(yùn)算和控制，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；

③SIS是“靜態(tài)”系統(tǒng)，正常工況時(shí)，它始終監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運(yùn)行，系統(tǒng)輸出不變，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生影響，非正常工況下時(shí)，它將按照預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車；

④SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更嚴(yán)格，IEC61508、IEC61511、ISAS84.01、SH/T3018強(qiáng)烈推薦SIS與DCS硬件獨(dú)立設(shè)置；

⑤DCS用于生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)測(cè)量、常規(guī)控制（連續(xù)、順序、間歇等）、操作控制管理，保證生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

三、Tricon系統(tǒng)簡(jiǎn)介

Tricon ESD系統(tǒng)是一個(gè)高效的全面綜合的安全保護(hù)系統(tǒng)，具備三重化冗余功能，它的部件都采用了完全三重化（TMR）的電路，達(dá)到最佳的TMR容錯(cuò)水平，硬件實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)（HIFT）技術(shù)，所有部件對(duì)在I/O模塊和處理器層面處理的所有數(shù)據(jù)提供3取2（2oo3）表決制，采用安全運(yùn)行模式3-3-2-0容錯(cuò)技術(shù)，達(dá)到最高的可用性和可靠性，確保Tricon ESD系統(tǒng)可達(dá)到100%的運(yùn)行時(shí)間，并允許在線更換系統(tǒng)部件。

1.Tricon系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

①Tricon TMR容錯(cuò)控制系統(tǒng)

識(shí)別并補(bǔ)償控制系統(tǒng)的錯(cuò)誤，并允許在不影響正常生產(chǎn)的情況下在線維修。

②高安全性和高可用性

它是通過(guò)三重模件冗余結(jié)構(gòu)（TMR）提供容錯(cuò)能力的。此系統(tǒng)由三個(gè)完全相同的系統(tǒng)通道組成，自診斷以及在線維修。

③高可用性

消除因硬件故障造成的誤停車。

④TMR高可利用率

三重化組件提供正確的控制，即使存在任何單一故障也不影響整體效果。停車前的主處理機(jī)工作模式為3-2-1。在線維護(hù)，提供更換故障組件的能力，且不影響控制（不停車）。降低因硬件錯(cuò)誤而導(dǎo)致停車的次數(shù)。提供連續(xù)控制、順序控制、邏輯控制的能力。

2.Tricon TMR系統(tǒng)與其它PLC的比較

①診斷系統(tǒng)-在系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)之前抓住隱患?。ㄋ矐B(tài)和穩(wěn)態(tài)）。

②在線維護(hù)-故障硬件可以被再線更換！

③無(wú)單點(diǎn)故障–采用隔離技術(shù)，每一通道內(nèi)部的三重電路都是獨(dú)立的。

④自診斷內(nèi)置于Tricon的硬件內(nèi)，不需要用戶編寫應(yīng)用程序。

3.一些重要的性質(zhì)

冗余：三重化主處理器、每一I/O模塊都有三條獨(dú)立的分電路、雙重電源供給、雙重通訊模塊。

隔離：三重獨(dú)立的主處理機(jī)、每個(gè)組件箱內(nèi)都配備兩重冗余電源、在I/O組件內(nèi)部，沒(méi)有共享部件、系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)之間隔離。

在線維護(hù)：無(wú)需系統(tǒng)停車即可在線更換I/O組件、無(wú)需系統(tǒng)停車即可在線更換主處理機(jī)、卡件故障時(shí)可自動(dòng)切換到熱備卡件、無(wú)需系統(tǒng)停車即可在線更改系統(tǒng)組態(tài)、在線軟件下載。

故障檢測(cè)：在DO和AO組件內(nèi)都具有反饋電路、三重化的輸入數(shù)據(jù)比較、（每一主處理機(jī)都具有：獨(dú)立CPU和獨(dú)立寄存器、浮點(diǎn)運(yùn)算單元、三重化通訊總線、通訊微處理器）、每一主處理機(jī)都具有錯(cuò)誤信息指示燈。

硬件表決：通過(guò)三重化總線對(duì)數(shù)字量輸入信號(hào)進(jìn)行表決，在DO組件內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出表決，在AO組件內(nèi)實(shí)現(xiàn)模擬量輸出選擇表決。

軟件表決：模擬量輸入信號(hào)，選擇中值；診斷數(shù)據(jù)保存在I/O組件內(nèi)。

四、Tricon系統(tǒng)構(gòu)成

1.Tricon主系統(tǒng)機(jī)柜（機(jī)架）

1個(gè)主機(jī)架，最多14個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。

兩種形式的擴(kuò)展機(jī)架：

①擴(kuò)展機(jī)架與主機(jī)架的距離30米；

②遠(yuǎn)程機(jī)架與主機(jī)架的距離12公里。

連接電纜：#9000和#9001。

2.主機(jī)架KEY SWITCH位置狀態(tài)

Remote（遠(yuǎn)程）：允許外部上位機(jī)修改操作變量，但不能修改邏輯，不可做Download All或Download Change。

Run（運(yùn)行）：不可對(duì)操作變量進(jìn)行修改，應(yīng)用程序處于只讀狀態(tài)，也不可做Download All或Download Change。

Program：可寫入變量，可做Download All或Download Change。

Stop：停止讀入輸入值，對(duì)于輸出，若有保留值，則保持；無(wú)保留值，則保持輸出值全部回“0”。（可通過(guò)軟件來(lái)屏蔽該位置）。

3.Tricon主機(jī)架上的后備電池

用來(lái)保存用戶程序和自診斷信息，可以連續(xù)使用6個(gè)月或者不使用狀態(tài)保持5年。

工程師/SOE站

操作站

輔助操作臺(tái)

報(bào)警器

通訊外設(shè)

五、運(yùn)行結(jié)果

通過(guò)開(kāi)車前的調(diào)試試驗(yàn)Tricon緊急停車系統(tǒng)在兗礦魯南化工有限公司聚甲醛裝置中得到成功的應(yīng)用，進(jìn)一步驗(yàn)證了Tricon緊急停車系統(tǒng)高度的穩(wěn)定性和安全性。系統(tǒng)對(duì)控制器及I/O模塊采用三重冗余設(shè)計(jì)，在技術(shù)上充分保證了系統(tǒng)的高度可靠性，安全的在線下載功能，既有效降低了投運(yùn)期間的工作量，又保障了正常生產(chǎn)期間的安全。此外，完善的聯(lián)鎖保護(hù)控制，保證了系統(tǒng)的運(yùn)行安全和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的穩(wěn)定可靠。