TRICON緊急停車系統在聚甲醛工藝裝置中的應用

【摘要】ESD簡稱為緊急停車系統，適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續性生產裝置的安全保護系統。在煤化工領域，主要用于聯鎖邏輯比較復雜的控制裝置。用于實現事故狀態聯鎖緊急停車以及各種開停車安全系統的邏輯控制，通過ESD的保護有效地實現了系統的安全穩定運行。聚甲醛生產裝置工藝復雜工藝控制要求特別嚴格，TRICON按照安全獨立原則要求，獨立于集散控制系統，安全級別高于DCS，響應速度非常快，有利于保護設備，避免事故的發生。

【關鍵詞】聚甲醛；三重化；容錯系統；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、機械、化工、建材以及軍事等領域，由于它在各方面所表現出來的優良性能，它的應用已幾乎涉及各種行業領域，特別是對許多新興產業它是一種十分適用的材料

聚甲醛樹脂在較大的溫度范圍內具有較高的彈性模數、硬度、剛性和機械性能，可在104℃以下長期使用，脆化溫度-40℃，吸水性極小。摩擦系數低，動磨擦系數與靜磨擦系數相同，自潤滑耐磨損性能優異。機械性能與金屬類似，且比重小，廣泛應用于替代鋼鐵、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4萬噸聚甲醛項目在技術上，引進韓國PID公司聚甲醛技術，韓國PID公司的聚甲醛技術以日本宇部、韓國LG公司聚甲醛技術為基礎，并吸納日本三菱、美國塞拉尼斯聚甲醛先進技術，同時研制開發出全部自有知識產權的聚甲醛工藝技術。韓國PID公司擁有眾多聚甲醛牌號，其改性技術領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）共聚而成，其生產工藝為將純三聚甲醛、二氧戊環和三氟化硼-乙醚絡合物按一定比例混合后，置于一個具有強剪切和混合作用的連續捏合機或雙螺桿反應器中，完成聚合反應后經氨水后處理，即得粒狀共聚甲醛。本體聚合法的優勢是工藝簡單，操作簡便，而且聚合不使用溶劑，轉化率高，產品分子量分布均勻。因此，目前國內外廠商一般均采用本體聚合法。

二、安全系統介紹

1.SIS系統設計原則、設計規范

安全系統的定義：安全系統是設計為當工廠本身發生危險情況或如果不采取行動就會最終導致風險增加，在這些情況下，安全系統必須產生及時、正確的輸出，來防止任何危險發生或減輕后果。

2.安全系統的兩大評價指標

可靠性——不能拒動；

可用性——不能誤動。

3.SIS與DCS區別

①SIS用于監視生產裝置的運行狀況，對出現異常工況迅速進行處理，使危害降到最低，使人員和生產裝置處于安全狀態；

②DCS是“動態”系統，它始終對過程變量連續進行檢測、運算和控制，對生產過程進行動態控制，確保產品的質量和產量；

③SIS是“靜態”系統，正常工況時，它始終監視生產裝置的運行，系統輸出不變，對生產過程不產生影響，非正常工況下時，它將按照預先的設計進行邏輯運算，使生產裝置安全聯鎖或停車；

④SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更嚴格，IEC61508、IEC61511、ISAS84.01、SH/T3018強烈推薦SIS與DCS硬件獨立設置；

⑤DCS用于生產過程的連續測量、常規控制（連續、順序、間歇等）、操作控制管理，保證生產裝置的平穩運行。

三、Tricon系統簡介

Tricon ESD系統是一個高效的全面綜合的安全保護系統，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，達到最佳的TMR容錯水平，硬件實現容錯（HIFT）技術，所有部件對在I/O模塊和處理器層面處理的所有數據提供3取2（2oo3）表決制，采用安全運行模式3-3-2-0容錯技術，達到最高的可用性和可靠性，確保Tricon ESD系統可達到100%的運行時間，并允許在線更換系統部件。

1.Tricon系統的主要特點

①Tricon TMR容錯控制系統

識別并補償控制系統的錯誤，并允許在不影響正常生產的情況下在線維修。

②高安全性和高可用性

它是通過三重模件冗余結構（TMR）提供容錯能力的。此系統由三個完全相同的系統通道組成，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。停車前的主處理機工作模式為3-2-1。在線維護，提供更換故障組件的能力，且不影響控制（不停車）。降低因硬件錯誤而導致停車的次數。提供連續控制、順序控制、邏輯控制的能力。

2.Tricon TMR系統與其它PLC的比較

①診斷系統-在系統發生危險之前抓住隱患！（瞬態和穩態）。

②在線維護-故障硬件可以被再線更換！

③無單點故障–采用隔離技術，每一通道內部的三重電路都是獨立的。

④自診斷內置于Tricon的硬件內，不需要用戶編寫應用程序。

3.一些重要的性質

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

隔離：三重獨立的主處理機、每個組件箱內都配備兩重冗余電源、在I/O組件內部，沒有共享部件、系統與現場之間隔離。

在線維護：無需系統停車即可在線更換I/O組件、無需系統停車即可在線更換主處理機、卡件故障時可自動切換到熱備卡件、無需系統停車即可在線更改系統組態、在線軟件下載。

故障檢測：在DO和AO組件內都具有反饋電路、三重化的輸入數據比較、（每一主處理機都具有：獨立CPU和獨立寄存器、浮點運算單元、三重化通訊總線、通訊微處理器）、每一主處理機都具有錯誤信息指示燈。

硬件表決：通過三重化總線對數字量輸入信號進行表決，在DO組件內實現數字量輸出表決，在AO組件內實現模擬量輸出選擇表決。

軟件表決：模擬量輸入信號，選擇中值；診斷數據保存在I/O組件內。

四、Tricon系統構成

1.Tricon主系統機柜（機架）

1個主機架，最多14個擴展機架。

兩種形式的擴展機架：

①擴展機架與主機架的距離30米；

②遠程機架與主機架的距離12公里。

連接電纜：#9000和#9001。

2.主機架KEY SWITCH位置狀態

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

Run（運行）：不可對操作變量進行修改，應用程序處于只讀狀態，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，對于輸出，若有保留值，則保持；無保留值，則保持輸出值全部回“0”。（可通過軟件來屏蔽該位置）。

3.Tricon主機架上的后備電池

用來保存用戶程序和自診斷信息，可以連續使用6個月或者不使用狀態保持5年。

工程師/SOE站

操作站

輔助操作臺

報警器

通訊外設

五、運行結果

通過開車前的調試試驗Tricon緊急停車系統在兗礦魯南化工有限公司聚甲醛裝置中得到成功的應用，進一步驗證了Tricon緊急停車系統高度的穩定性和安全性。系統對控制器及I/O模塊采用三重冗余設計，在技術上充分保證了系統的高度可靠性，安全的在線下載功能，既有效降低了投運期間的工作量，又保障了正常生產期間的安全。此外，完善的聯鎖保護控制，保證了系統的運行安全和現場設備的穩定可靠。