平遙增壓站ESD系統(tǒng)的研究與改進(jìn)

遲百川， 宿彥通， 余志， 屈大鵬， 沈衛(wèi)凱

(中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司 平遙增壓站，山西 晉中 031100)

平遙增壓站ESD系統(tǒng)的研究與改進(jìn)

遲百川， 宿彥通， 余志， 屈大鵬， 沈衛(wèi)凱

(中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司 平遙增壓站，山西 晉中 031100)

針對平遙增壓站緊急停車系統(tǒng)(ESD)在復(fù)位失效導(dǎo)致無法觸發(fā)ESD命令的問題，借助數(shù)據(jù)選擇器(MUX)，設(shè)計了一種基于MUX的ESD系統(tǒng)改進(jìn)方案。通過MUX，并以10 s延遲為基準(zhǔn)，根據(jù)復(fù)位是否失效，選擇ESD的觸發(fā)電路(RS/SR觸發(fā)電路)，很好地解決了平遙增壓站ESD系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的問題。

緊急停車系統(tǒng)(ESD);數(shù)據(jù)選擇器(MUX);復(fù)位失效;RS觸發(fā)器;SR觸發(fā)器

0 引 言

隨著石化行業(yè)向規(guī)模化、集約化、連續(xù)性的方向發(fā)展，緊急停車系統(tǒng)(Emergency Shutdown Device, 簡稱ESD)對石化裝置和系統(tǒng)的保護(hù)作用日益重要[1]。作為安全保護(hù)系統(tǒng)，ESD系統(tǒng)凌駕于生產(chǎn)過程控制之上，實時在線監(jiān)測裝置的安全性，避免危險擴(kuò)散造成巨大損失。然而，當(dāng)ESD系統(tǒng)在裝置出現(xiàn)故障或潛在危險不動作、誤操作時，生產(chǎn)設(shè)備及人員安全將會受到威脅[2-3]。因此，在實際應(yīng)用中，確保ESD系統(tǒng)的有效性至關(guān)重要。

平遙增壓站的ESD系統(tǒng)采用德國HIMA H51q系列產(chǎn)品[4]，利用RS觸發(fā)器復(fù)位優(yōu)先，但復(fù)位失效時將無法觸發(fā)ESD系統(tǒng)。如果利用SR觸發(fā)器進(jìn)行置位優(yōu)先，即使ESD系統(tǒng)復(fù)位失效，也能確保緊急情況下觸發(fā)ESD系統(tǒng)。但任意情況下觸發(fā)ESD系統(tǒng)，將使場站造成不必要的損失。如果將兩種方案有效地結(jié)合起來，根據(jù)具體的情況選擇不同操作方式，其安全性和靈活性會得到很大提升。

因此，本文從以上兩個角度展開研究。首先對平遙增壓站ESD-1(ESD一級關(guān)斷)的部分邏輯圖進(jìn)行分析，討論采用RS/SR觸發(fā)器對ESD系統(tǒng)的影響；然后在此基礎(chǔ)上提出了一種基于MUX的ESD系統(tǒng)改進(jìn)方案；最后對所研究內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，并指出下一步研究工作。

1 RS/SR觸發(fā)器對ESD系統(tǒng)的影響

觸發(fā)器是時序電路的基本單元，其廣泛應(yīng)用在數(shù)字信號的產(chǎn)生、變換、存儲、控制等方面。按結(jié)構(gòu)和工作方式不同，可分為：RS觸發(fā)器、SR觸發(fā)器、D型觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等[5]53。

1.1 RS觸發(fā)器對ESD系統(tǒng)的影響

表1 RS觸發(fā)器真值表

圖1 RS觸發(fā)器電路符號

以榆濟(jì)線平遙增壓站ESD-1為例，其部分邏輯圖如圖2所示。其中：YJX00C010SDOR=“1”表示站控室ESD系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)；YJX00C010CDOR=“1”表示調(diào)控中心ESD系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)；RS2.Q1=“0”表示復(fù)位正常；RS3.Q1=“1”表示復(fù)位失??；YJX00C010HSO04=“1”表示站控室手操臺復(fù)位按鈕失效；現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作時接收的信號為“0”。

圖2 平遙增壓站ESD-1部分邏輯圖

如圖2所示：如果調(diào)控中心或站控室觸發(fā)ESD系統(tǒng)，在復(fù)位正常的情況下，RS觸發(fā)器S端信號為“1”，R1端信號為“0”，即輸出端Q1為“1”，而此時，當(dāng)YJX00C010SDOR=“1”或YJX00C010CDOR=“1”，將導(dǎo)致與門的輸入端為“0”，ESD系統(tǒng)觸發(fā)失敗，現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動作。如果站控室、調(diào)控中心ESD系統(tǒng)均處于非休眠狀態(tài)，當(dāng)YJX00C010HSO04=“1”，此時，調(diào)控中心、站控、ESD緊急按鈕都無法觸發(fā)ESD系統(tǒng)。

這種以RS觸發(fā)器為基礎(chǔ)的ESD系統(tǒng)，即平遙增壓站目前采用方式，雖在一定程度上使場站的設(shè)備和人員免受威脅，但復(fù)位失效時將無法觸發(fā)ESD系統(tǒng)，其保護(hù)作用失去效果。

1.2 SR觸發(fā)器對ESD系統(tǒng)的影響

SR觸發(fā)器與RS觸發(fā)器結(jié)構(gòu)大體一樣，但SR觸發(fā)器為置位優(yōu)先。其電路符號如圖3所示，表2為其真值表。

表2 SR觸發(fā)器真值表

圖3 SR觸發(fā)器電路符號

通過表2可以看出，當(dāng)SR觸發(fā)器的輸入端S1為“1”時，另一個輸入端R不管為“0”還是“1”，其輸出端Q1都為“1”，即在系統(tǒng)沒有休眠的情況下，不管ESD系統(tǒng)復(fù)位失效與否，只要發(fā)出ESD指令，就會使現(xiàn)場的相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。顯然該方式很好的補(bǔ)充了上述方式所存在的弊端，使ESD系統(tǒng)的安全性得到提高，其部分邏輯圖如圖4所示。但如果ESD系統(tǒng)失效，而SR觸發(fā)器又是置位優(yōu)先，這將會影響場站正常的生產(chǎn)運行，同時泄壓放空也會導(dǎo)致不必要的損失。

圖4 基于SR觸發(fā)器的ESD-1部分邏輯圖

2 基于數(shù)據(jù)選擇器的ESD系統(tǒng)

通過以上分析得知，不管應(yīng)用哪種觸發(fā)器，ESD系統(tǒng)都存在一定的缺陷，如果將兩者的優(yōu)點進(jìn)行有效的結(jié)合，將會提升ESD系統(tǒng)的實用性，而數(shù)據(jù)選擇器[8](Multiplexer, 簡稱MUX)就是一個很好的選擇。為此，本節(jié)提出了一種基于MUX的ESD系統(tǒng)改進(jìn)方案。

圖5 位通道選擇信號

圖6 數(shù)據(jù)選擇器原理圖

MUX是指經(jīng)過選擇，把多個通道的數(shù)據(jù)傳送到唯一的公共數(shù)據(jù)通道上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇功能的邏輯電路[9]。它的作用相當(dāng)于多個輸入的單刀多擲開關(guān)，如圖5所示。而它的邏輯功能是在地址選擇信號的控制下，從多路數(shù)據(jù)中選擇一路數(shù)據(jù)作為輸出信號，圖6為二選一數(shù)據(jù)選擇器的原理圖，a、b為輸入端，SEL為控制端，OUT為輸出端。

仍以榆濟(jì)線平遙增壓站ESD-1為例，加入MUX后，其部分邏輯圖如圖7所示。

圖7 MUX在ESD系統(tǒng)中的應(yīng)用

由圖7可知，RS2.Q1=“0”時，MUX的控制端SEL選擇MUX0通道，當(dāng)RS的輸出端Q1=“1”時，MUX的輸出端為“1”，在調(diào)控中心和站控室ESD系統(tǒng)沒有休眠的情況下，ESD系統(tǒng)觸發(fā)，現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。

RS3.Q1=“1”時，MUX控制端SEL在延遲器作用下，10 s后選擇MUX1通道，當(dāng)SR的輸出端Q1=“1”時，MUX的輸出端為“1”，在調(diào)控中心和站控室ESD系統(tǒng)沒有休眠的情況下，ESD系統(tǒng)觸發(fā)，現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。

在MUX前端加入延遲器可判斷ESD系統(tǒng)的觸發(fā)方式。而選擇延遲10 s是為了在不影響觸發(fā)ESD系統(tǒng)的情況下，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行臨時的判斷處理。延遲器的工作流程圖如圖8所示。

圖8 延遲器工作流程圖

這種基于MUX的ESD系統(tǒng)不管復(fù)位成功與否，都能觸發(fā)ESD系統(tǒng)，這樣既解決了RS觸發(fā)方式的失效問題，也保證了SR觸發(fā)方式的合理有效，使ESD的靈活性、安全性得到提升。

3 結(jié)束語

作為生產(chǎn)過程中的設(shè)備、生產(chǎn)以及人身安全保障的一道重要屏障，ESD系統(tǒng)在石化行業(yè)生產(chǎn)中起著十分重要的作用[10]。本文以平遙增壓站的ESD系統(tǒng)為例，介紹了RS/SR觸發(fā)器，通過平遙增壓站ESD-1邏輯圖，分析兩種觸發(fā)器應(yīng)用在ESD系統(tǒng)中的優(yōu)缺點。并在此基礎(chǔ)上提出一種基于MUX的ESD系統(tǒng)改進(jìn)方案，該方案很好的將RS/SR觸發(fā)器兩者結(jié)合起來，解決了ESD系統(tǒng)觸發(fā)問題，使得ESD系統(tǒng)的安全性能得到很大提高。將其運用到實際生產(chǎn)中，并考慮ESD與復(fù)位同時失效情況下的解決辦法，將是我們下一步的研究內(nèi)容。

[1] 何伏生, 劉研, 夏明舉. ESD緊急停車系統(tǒng)在化工裝置中的實現(xiàn)[J]. 遼寧化工, 2010, 39(2): 219-220.

[2] 荊勝南, 張繼, 王洪元. 緊急停車系統(tǒng)ESD的實現(xiàn)[J]. 計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué), 2010, 27(8): 1123-1126.

[3] 郭英才. 緊急停車系統(tǒng)ESD[J]. 石油化工建設(shè), 2015，37(2): 81-83.

[4] 劉建偉, 李志圓. HIMA H51q ESD 系統(tǒng)在氯堿裝置中的應(yīng)用[J]. 工業(yè)控制計算機(jī), 2014, 27(9): 57-58.

[5] 樸慧京. 觸發(fā)器的種類及特點(上)[J]. 家電檢修技術(shù)， 2008(4): 53-54.

[6] 李榮. 兩種RS觸發(fā)器的共性[J]. 蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2003, 3(4): 15-16.

[7] 文亞鳳. 談基本RS觸發(fā)器輸出不定狀態(tài)的教學(xué)體會[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備, 2007，10(7): 52-53.

[8] 任駿原, 張鳳云, 李弋. 數(shù)據(jù)選擇器邏輯功能的通用性[J]. 錦州師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版), 2003, 24(4): 1-5.

[9] 邢南亮. 運用數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)組合邏輯電路設(shè)計方法[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2007, 30(10): 182-184.

[10] 任藝靖, 唐海元. ESD系統(tǒng)安全完整性等級評估問題探討[J]. 化工管理, 2015,28(10): 93-94.

Research and Improvementof the ESD System at Pingyao Boosting Station

Chi Baichuan, Xiu Yantong, Yu Zhi, Qu Dapeng, Shen Weikai

(Pingyao Boosting Station, Yulin to Jinan Gas Pipeline Subsidiary of SINOPEC, Jinzhong Shanxi 031100, China)

As ESD (Emergency Shutdown Device) commands cannot be triggered after reset failure in the ESD system of Pingyao Boosting Station, this paper uses MUX (multiplexer) to design a MUX-based ESD improvement scheme. With the help of MUX and based on standard 10 s delay, it selects an ESD trigger circuit (RS or SR), depending on whether the reset is invalid, thus solving the problems of practical application of the ESD system at Pingyao Boosting Station.

Emergency Shutdown Device (ESD);multiplexer (MUX); reset failure;RS trigger;SR trigger

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.022

TP202

A

1000-3886(2016)06-0070-03

遲百川(1990-)，男，遼寧人，助理工程師，專業(yè)：控制理論與控制工程。 宿彥通(1988-)，男，河北人，助理工程師，專業(yè)：測控技術(shù)與儀器。 余志(1987-)，男，四川人，助理工程師，專業(yè)：油氣儲運。 屈大鵬(1988-)，男，山東人，輸氣工高級，專業(yè)：電氣自動化技術(shù)。 沈衛(wèi)凱(1987-)，男，山東人，工程師，專業(yè)：動力工程及工程熱物理。

定稿日期: 2016-07-04