GE90-70 GMR系統(tǒng)在大型擠壓造粒機(jī)組中的應(yīng)用

浦松

（大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧　大連　116036）

GE90-70 GMR系統(tǒng)在大型擠壓造粒機(jī)組中的應(yīng)用

Application of GE90-70 GMR system in large scale extrusion granulation unit

浦松

（大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧大連116036）

介紹了GE90-70 GMR系統(tǒng)在大型擠壓造粒機(jī)組國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目中的應(yīng)用，對(duì)該項(xiàng)目GMR系統(tǒng)中輸入、輸出系統(tǒng)的硬件配置進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述。

ESD；擠壓造粒機(jī)組；GMR；“T”型配置；Genius；總線

聚乙烯和聚丙烯是目前需求量最大、用途最廣泛的合成樹(shù)脂材料，是大型乙烯工程中的主要產(chǎn)品。

大型擠壓造粒機(jī)組是將在乙烯工程中聚合的聚烯烴樹(shù)脂粉料，根據(jù)不同的產(chǎn)品用途與特性，與其他添加劑按嚴(yán)格的比例均勻混合，并通過(guò)該機(jī)組進(jìn)行混煉、塑化、擠出造粒，最終加工成規(guī)則的顆粒制品。由于該機(jī)組是整個(gè)化工生產(chǎn)流程中的一臺(tái)重要設(shè)備（且沒(méi)有備機(jī)），一旦出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)引起整個(gè)生產(chǎn)流程的不穩(wěn)定甚至停車，會(huì)給石化企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)其整體技術(shù)水平和裝置運(yùn)行的可靠性有著很高的要求。另外，隨著人們對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量，設(shè)備及人身安全等方面的要求越來(lái)越高，使用獨(dú)立于控制系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行設(shè)備的緊急停車聯(lián)鎖保護(hù)就顯得十分必要，這種專用的安全保護(hù)系統(tǒng)就是——ESD（Emergency Shutdown Device）緊急停車系統(tǒng)。ESD系統(tǒng)尤其適用于高溫、高壓、易燃、易爆的化工生產(chǎn)場(chǎng)合，當(dāng)生產(chǎn)裝置發(fā)生故障時(shí)，可以獨(dú)立于控制系統(tǒng)進(jìn)行快速準(zhǔn)確響應(yīng)，保證生產(chǎn)裝置能夠按照預(yù)定的停車邏輯進(jìn)行停車，保證生產(chǎn)裝置和人員安全。將設(shè)備故障所引起的危險(xiǎn)降低到可以接受的最低水平，因此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。

作為一個(gè)典型的化工生產(chǎn)裝置，大型擠壓造粒機(jī)組系統(tǒng)工藝流程復(fù)雜，設(shè)備眾多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障均會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的非正常停車，其中部分故障需要快速準(zhǔn)確響應(yīng)，否則可能造成設(shè)備損壞或者人員傷害，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)、可靠的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)方案

1.1系統(tǒng)描述

GMR（Genius Modular Redundancy）控制系統(tǒng)是基于GE Fanuc公司的90-70 PLC以及先進(jìn)的智能化輸入/輸出模塊（Genius I/O）構(gòu)成的三重化表決控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)機(jī)架采用標(biāo)準(zhǔn)的VME總線結(jié)構(gòu)，支持梯形圖、C、SFC等多種編程語(yǔ)言。GE GMR輸入系統(tǒng)可以靈活配置，現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)可以采用單信號(hào)輸入，也可以采用雙信號(hào)輸入。信號(hào)可以輸入到單個(gè)輸入模塊也可以輸入到兩個(gè)模塊供PLC CPU主機(jī)進(jìn)行處理，根據(jù)內(nèi)部聯(lián)鎖程序的設(shè)定，最終的計(jì)算結(jié)果送給輸出模塊組再表決后輸出。GEGMR輸出系統(tǒng)包括四模塊“H”型、二模塊“I”型和二模塊“T”型的模塊組等幾種配置，可根據(jù)項(xiàng)目成本、項(xiàng)目規(guī)模等綜合考慮選用輸出子系統(tǒng)的不同配置。輸出模塊組對(duì)從CPU的輸出進(jìn)行表決，將表決結(jié)果輸出到負(fù)載。

考慮到大型擠壓造粒機(jī)組對(duì)于運(yùn)行穩(wěn)定性及可靠性有著極高的要求，為了確保系統(tǒng)性能。我們?cè)谧鱿到y(tǒng)配置時(shí)采用如下原則：

① 控制系統(tǒng)的處理器、I/O卡件均采用冗余配置；

② 控制系統(tǒng)各級(jí)網(wǎng)絡(luò)通訊卡件及通訊電纜采用冗余配置；

③ 控制系統(tǒng)電源采用冗余配置；

④ 系統(tǒng)的可用率應(yīng)不低于99.99%；

⑤ 系統(tǒng)內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)及外部接線均需按照故障安全原則進(jìn)行設(shè)計(jì)；

⑥ 系統(tǒng)必須具有完善的硬件、軟件故障自診斷功能，可以記錄故障報(bào)警內(nèi)容、時(shí)間等信息，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)可以通過(guò)報(bào)警提示維護(hù)人員進(jìn)行處理；

⑦ 冗余設(shè)備可以進(jìn)行自動(dòng)無(wú)擾切換，當(dāng)診斷到系統(tǒng)故障時(shí)可以自動(dòng)切換到備用系統(tǒng)，不影響整個(gè)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的正常運(yùn)行；

⑧ 系統(tǒng)的各種卡件均需支持在線熱插拔，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)卡件故障時(shí)可以進(jìn)行不停電在線更換。

基于上述的冗余配置原則及對(duì)于系統(tǒng)性能及成本方面的要求，最終在該項(xiàng)目中采用GMR系統(tǒng)中的雙重化配置，系統(tǒng)包含兩個(gè)獨(dú)立的90-70 PLC，每個(gè)PLC中運(yùn)行相同的診斷程序并各自配置了2個(gè)總線控制器。通過(guò)2取2帶診斷的表決，系統(tǒng)為用戶提供了高可靠性和無(wú)誤差操作。輸入輸出子系統(tǒng)由智能的、可組態(tài)的Genius I/O模塊組成，每個(gè)模塊中都帶有微處理器并提供通訊診斷功能。外部傳感器信號(hào)引入到設(shè)置在獨(dú)立機(jī)架中并相互隔離的Genius輸入模塊，各自獨(dú)立的兩個(gè)CPU從每條Genius總線上接收這些輸入信號(hào)并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行表決，然后，兩個(gè)CPU中分別通過(guò)冗余的Genius I/O總線將邏輯狀態(tài)結(jié)果送至輸出子系統(tǒng)，Genius輸出模塊對(duì)冗余的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行表決，然后送出至負(fù)載。

1.2系統(tǒng)詳細(xì)配置

在本機(jī)組中ESD系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下功能：在緊急情況下可以通過(guò)設(shè)置在中央控制室、現(xiàn)場(chǎng)操作盤及熱油單元的急停按鈕停止擠壓造粒機(jī)組中的所有動(dòng)設(shè)備，包括主電機(jī)、齒輪泵電機(jī)、水下切粒電機(jī)、盤車電機(jī)、顆粒輸送水電機(jī)、主減速器潤(rùn)滑電機(jī)、換網(wǎng)/開(kāi)車閥液壓站電機(jī)、主電機(jī)軸承潤(rùn)滑泵、齒輪泵減速器潤(rùn)滑電機(jī)、振動(dòng)篩電機(jī)、離心干燥機(jī)、除濕電機(jī)、熱油單元加熱電機(jī)、熱油單元冷卻電機(jī)、BCW電機(jī)、水下切粒液壓站電機(jī)等。

根據(jù)信號(hào)傳輸、隔離、轉(zhuǎn)換、分離的需要,現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)電纜需先經(jīng)過(guò)過(guò)渡端子柜后再接到SIS系統(tǒng)的I/O卡上，其中熔體壓力信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)等需經(jīng)過(guò)一入二出的信號(hào)分配器分出一路接到DCS上，另外一路街道ESD系統(tǒng)中，因此對(duì)于本機(jī)組的ESD系統(tǒng)，需要配置兩個(gè)機(jī)柜。

其中SIS01柜為ESD系統(tǒng)的主機(jī)架柜（即系統(tǒng)柜），配置2個(gè)9槽機(jī)架及開(kāi)關(guān)電源等，如下圖1所示。

SIS02為Genius AI、DI、DO模塊配置柜，如圖2所示。

系統(tǒng)具體配置如表1所示。

表1　大型擠壓造粒機(jī)組項(xiàng)目GE系統(tǒng)配置

2　I/O的具體配置方式

2.1Genius 總線

整個(gè)系統(tǒng)的配置中，所有的I/O模塊都需要通過(guò)IC697BEM731總線控制器連接在Genius總線上，但是每個(gè)模塊只能接在一條總線上，并且同一條總線上模塊必須設(shè)定不同的IP地址，否則系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到地址沖突，每條總線兩頭需加裝終端電阻，其具體接線如圖3所示。

圖1　系統(tǒng)柜配置圖

圖2　模塊配置柜

圖3　接線圖

2.2輸入系統(tǒng)的配置

在大型擠壓造粒機(jī)組ESD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，由于現(xiàn)場(chǎng)的AI信號(hào)為單輸入方式，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)通過(guò)端子排接到一個(gè)獨(dú)立的輸入模塊IC660BBA026，該模塊僅連接在1條Genius總線ELDEN9182上（如圖4所示）；DI則采用了冗余輸入方式一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)通過(guò)端子排分配到兩個(gè)獨(dú)立的輸入模塊IC660BBD024，這兩個(gè)模塊連接在任意兩條不同的Genius總線ELDEN9182上（如圖5所示）。

2.3輸出系統(tǒng)的配置

在對(duì)項(xiàng)目成本及安全聯(lián)鎖級(jí)別進(jìn)行了的綜合評(píng)估后，確定在擠壓造粒機(jī)組項(xiàng)目中采用了“T”型輸出配置。配置如圖6所示。

每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)輸出是由兩個(gè)源型（Source）模塊IC660BBD024并聯(lián)接在負(fù)載的一端，負(fù)載的另一端直接連接到DC24 V開(kāi)關(guān)電源的負(fù)極，每個(gè)模塊都從兩個(gè)獨(dú)立的CPU得到輸出，該配置中同樣使用兩條Genius 總線BELDEN9182，每個(gè)模塊都連接到單獨(dú)的 Genius 總線上，這種結(jié)構(gòu)即是故障安全（Fail Safe）的又是容錯(cuò)(Fault Tolerant)的。

3　結(jié)束語(yǔ)

圖4　連接一個(gè)獨(dú)立輸入模塊

圖5　直接兩個(gè)獨(dú)立輸送模塊

圖6　“T”型輸出配置圖

ESD系統(tǒng)作為擠壓造粒機(jī)組安全聯(lián)鎖的核心控制系統(tǒng)，其可靠性和穩(wěn)定性直接影響著機(jī)組的運(yùn)行安全，GE GMR系統(tǒng)通過(guò)靈活運(yùn)用GENIUS輸入、輸出模塊，VERSAMAX模塊及FIELD CONTROL模塊，可以組合成不同的單、雙、三CPU冗余系統(tǒng)。這種強(qiáng)大的功能和靈活的配置組合廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)擠壓造粒機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行實(shí)踐，ESD系統(tǒng)對(duì)于保證機(jī)組及人員安全具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] Genius Modular Redundancy Users Manual.

[2] Genius Discrete and Analog I/O Blocks User’s Manual.

(R-03)

TQ320.663

1009-797X(2016)18-0036-05

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.009

浦松（1981-）， 男，學(xué)士學(xué)位，工程師，主要從事石化產(chǎn)品的電氣設(shè)計(jì)及調(diào)試工作。

2016-06-20