一. 項目背景
大化肥行業(yè)具有工藝流程長、復雜，且屬易燃、易爆危險裝置，對安全要求極高的特點。安全聯(lián)鎖采用獨立于控制系統(tǒng)的ESD系統(tǒng)顯得十分必要。ESD系統(tǒng)是適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續(xù)性生產(chǎn)裝置的安全保護系統(tǒng)。當生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時，不需要經(jīng)過DCS系統(tǒng)，而直接由ESD發(fā)出保護聯(lián)鎖信號，對現(xiàn)場設備進行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失。
達州市大竹玖源化工有限公司40萬噸/年合成氨、45萬噸/年尿素項目以天然氣為原料，采用蒸汽轉化法生產(chǎn)合成氨技術。合成氨裝置由Farmland工廠天然氣轉化部分和Cytec工廠合成氨裝置的其他部分組合而成。兩廠均采用Kellogg工藝技術。項目工藝裝置均為易燃易爆、高度危險、連續(xù)生產(chǎn)的重要化工裝置，這就要求必須配置先進的、高可靠的設備，配置能充分滿足大化肥裝置及機組的緊急停車和安全聯(lián)鎖的ESD系統(tǒng)。基于此考慮，其選用了GE公司的 90-70 GMR表決系統(tǒng)。
二.GE的90-70 GMR解決方案簡介
美國GE FANUC公司的GMR（Genius Modular Redundancy）三重化冗余控制系統(tǒng)是基于GE Fanuc公司的90-70PLC以及先進的智能化輸入/輸出模塊（Genius I/O）構成的具有國際先進水平的三重化表決控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)包含三個獨立的90-70PLC以及運行在每個單獨系統(tǒng)中的診斷程序。通過三選二的表決，系統(tǒng)為用戶提供了高可靠性和無誤差操作。還包含了輸入子系統(tǒng)及輸出子系統(tǒng)。輸入輸出子系統(tǒng)由智能的、可組態(tài)的Genius I/O模塊組成，每個模塊都有微處理器并提供通訊診斷功能，同時對輸出和輸入通道有電子保護功能，而且模擬量、開關量等所有模塊都可以用在同一總線中。傳感器信號被引入到隔離的Genius輸入模塊，設置在獨立機架中，各自獨立的CPU從每條Genius總線上接受這些輸入信號并對這些信號進行表決，然后，三個CPU中的每一個CPU通過三重化的Genius I/O總線將邏輯狀態(tài)結果送至輸出子系統(tǒng)，Genius輸出模塊對三重化的輸出數(shù)據(jù)進行表決，然后送至負載。
該系統(tǒng)具有如下特點：
l 容錯功能（Fault Tolerant）
l 失敗安全（Fail Safe）
l 高等級自檢及診斷檢測
l 應用靈活性，可組態(tài)逐點冗余使之可以根據(jù)指定的應用要求配置自己的硬件系統(tǒng)
l Genius I/O加速系統(tǒng)的開車進程，不須長距離拉線
l 支持中央控制和分布控制系統(tǒng)
l 消除保險，減低了平均修復時間（MTTR）
l 故障識別到點級，進一步降低了平均修復時間（MTTR）
l 基于20ms的掃描時間
l 支持三選二、二選二、二選一以及單機系統(tǒng)配置
1、 輸入子系統(tǒng)的配置
由于輸入子系統(tǒng)可以靈活配置，工藝信號的引入可以是單信號、雙信號或是三個信號。信號可以引入單個輸入模塊也可以到三個模塊，供PLC CPU主機進行表決，表決結果送給輸出模塊組再表決后輸出。在該項目的設計中采用了兩重化輸入方式，一個現(xiàn)場輸入信號通過端子排分配到兩個獨立的輸入模塊IC660BBD020，每個模塊連接到單獨的 Genius 總線BELDEN9182。
2、輸出子系統(tǒng)的配置
GE GMR輸出子系統(tǒng)包括四模塊“H”型、二模塊“I”型和二模塊“T”型的模塊組配置，可根據(jù)項目成本、項目規(guī)模等綜合考慮選用輸出子系統(tǒng)的配置。輸出模塊組對從CPU來的輸出進行表決，將表決結果輸出到負載?；谒性O備的可靠性和可用性 ，采用了“T”型輸出配置。每一個現(xiàn)場輸出是由兩個源型（Source）模塊IC660BRD020并聯(lián)接在負載的一端，負載的另一端接地。這種結構即是失敗安全（Fail Safe）的又是容錯(Fault Tolerant)的。配置如下圖所示。
3、Genius 總線BELDEN9182
整個系統(tǒng)的配置中，共有兩條Genius總線BELDEN9182貫穿所有的DI/DO模塊，每條總線的具體接線如下圖所示。
4、外配成套部分
根據(jù)信號傳輸、隔離、轉換、分離的需要, 而且，現(xiàn)場儀表信號電纜需先經(jīng)過過渡端子柜后再接到SIS系統(tǒng)的I/O卡上，因此對于上述系統(tǒng)，還需設置一定的輔助柜SIS1-SIS4(4個輔助柜)，其中，SIS1柜為系統(tǒng)電源柜和90-70PLC機架柜，配置2個9槽機架。SIS2-SIS4為Genius DI、DO模塊配置柜，另外，還有3臺特制操作臺，用于安裝選擇開關、按鈕、閃光報警器等。
三.基于合成氨、尿素工藝的控制方案
在化肥廠的中／大型化肥生產(chǎn)裝置中，壓縮機組作為大型的轉動設備得到了大量應用。并且作為核心裝置，是生產(chǎn)的關鍵裝置。所以透平壓縮機組的聯(lián)鎖控制，是保證整個化肥裝置安全生產(chǎn)運行的關鍵。此項目中壓縮機控制包括了天然氣壓縮機聯(lián)鎖、空氣壓縮機101-J聯(lián)鎖、合成氣壓縮機103-J聯(lián)鎖、氨壓縮機105-J聯(lián)鎖、CO2壓縮機C-101聯(lián)鎖。
其他工段控制方案包括了：
l 高低溫變換工段聯(lián)鎖
l 脫碳工段聯(lián)鎖
l 甲烷化工段聯(lián)鎖
l 工藝空氣停車系統(tǒng)聯(lián)鎖
l 引風機聯(lián)鎖
l 送風機聯(lián)鎖
l 一段爐燃料安全系統(tǒng)聯(lián)鎖
l 輔鍋燃料安全系統(tǒng)聯(lián)鎖
l 開工加熱爐燃燒安全聯(lián)鎖
l 原料氣停車系統(tǒng)聯(lián)鎖
l 廠級事故停車聯(lián)鎖
其中廠級事故聯(lián)鎖停車作為整條工藝流程安全生產(chǎn)的保障，顯的尤為重要。
四.總結與展望
ESD系統(tǒng)作為整個化肥生產(chǎn)工藝裝置安全聯(lián)鎖的核心控制系統(tǒng)，其可靠性和穩(wěn)定性直接影響著全廠的生產(chǎn)安全。 GE 90-70 GMR系統(tǒng)提供從輸入到CPU控制器以及輸出的各種組合，符合IEC61508標準并可達到和獲得TÜV AK1~AK6/IEC SIL1~SIL3等級認證。其在達州玖源4045大化肥項目裝置上成功應用，對現(xiàn)場設備進行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失，為工廠安全生產(chǎn)保駕護航。
關于GE智能平臺
GE智能平臺是一個提供高新技術的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制的軟件、硬件和技術服務以及嵌入式計算。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€獨特的，靈活的，超可靠的技術基礎，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防和防御，以及通訊等產(chǎn)業(yè)領域獲得持續(xù)的優(yōu)勢。GE智能平臺是一家總部設在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業(yè)，是GE企業(yè)解決方案集團公司的一員。想獲取更多信息，請訪問：www.ge-ip.com/cn。
