GMR系統(tǒng)在水煤漿氣化中的應(yīng)用

胡 楠

（中海石油華鶴煤化有限公司，鶴崗 154100）

中海石油華鶴煤化有限公司是中海石油化學(xué)股份有限公司在鶴崗市投資建設(shè)的以煤為原料年產(chǎn)30×104t合成氨、52×104t大顆粒尿素裝置，氣化技術(shù)采用GE水煤漿氣化技術(shù)，ESD系統(tǒng)采用GE GMR系統(tǒng)。

GE公司面向ESD和火災(zāi)和氣體保護應(yīng)用開發(fā)了一套（三重化）冗余控制系統(tǒng)解決方案，被稱為Genius冗余控制模塊（GMR），由90-70系統(tǒng)和 GE公司特有Genius輸入輸出模塊以及VeraMax I/O輸入模塊組成，這個方案可以配置成不同規(guī)模，它允許用戶根據(jù)希望得到流程風(fēng)險降低的程度來改變系統(tǒng)冗余的級別，本公司根據(jù)設(shè)計要求采用三重化控制模塊，輸出采用GMR系統(tǒng)特有的“H”型輸出。

1GMR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

GMR系統(tǒng)具有可伸縮性，主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為處理器子系統(tǒng)（包括網(wǎng)絡(luò)控制器）、Input子系統(tǒng)和Output子系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 GMR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 GMR system architecture

GMR中處理器子系統(tǒng)和Input子系統(tǒng)和其他品牌三重化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似，但輸出子系統(tǒng)具有鮮明特點，GMR系統(tǒng)為了達到失效安全和容錯的要求[1]，提供了 3 種輸出類型：“I”型、“T”型和“H”型。 “I”型在ESD的應(yīng)用中滿足失效安全，但不容錯；“T”型在火氣系統(tǒng)中是失效安全的，但不容錯；“H”型既是失效安全的又是容錯的。

1.1 “I”型輸出結(jié)構(gòu)

使用“I”模式，它包含1個源型和1個漏型的Genius直流I/O模塊。每一個模塊必須在不同的總線上，都從所有的PLC處獲得輸出命令，都應(yīng)該能控制負(fù)載。允許使用在“失效安全”的應(yīng)用中，失效時需將負(fù)載關(guān)閉。結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

圖2 “I”結(jié)構(gòu)形式Fig.2 “I” structure

1.2 “T”型輸出結(jié)構(gòu)

使用“T”模式，它包含2個源型或2個漏型的Genius直流I/O模塊。每一個模塊必須在不同的總線上，都從所有的PLC處獲得輸出命令，都應(yīng)該能控制負(fù)載。允許使用在“高可靠性”的應(yīng)用中，失效時需將負(fù)載打開。結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖3 “T”結(jié)構(gòu)形式Fig.3 “T” structure

1.3 “H”型輸出結(jié)構(gòu)

使用“H”型輸出模式，它包含2個源型和2個漏型的Genius直流I/O模塊。每一個模塊都從所有的PLC處獲得輸出命令，2oo3的表決算法由輸出模塊完成。硬件架構(gòu)使輸出負(fù)載既是容錯的又是失效安全的。結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。

圖4 “H”結(jié)構(gòu)形式Fig.4 “H” structure

2 GMR系統(tǒng)在水煤漿應(yīng)用

2.1 輸出子系統(tǒng)應(yīng)用

根據(jù)GE水煤漿工藝設(shè)計要求，參與氣化爐開停車關(guān)鍵煤漿、氧氣和氮氣閥門均采用雙電磁閥并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即任何一個電磁閥帶電則閥門屬于控制狀態(tài)，只有2臺電磁閥均為失電狀態(tài)，閥門處于聯(lián)鎖狀態(tài)[2]。根據(jù)對GMR 3種輸出結(jié)構(gòu)特性分析，可采用“I”型和“H”型2種失效安全型，鑒于水煤漿氣化爐的高安全性，公司采用“H”型輸出結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)下控制閥門同時滿足可靠性和安全性的要求。

2.2 輸入結(jié)構(gòu)優(yōu)化

GE水煤漿工藝對安全性要求嚴(yán)格，針對氣化爐停車聯(lián)鎖所涉及聯(lián)鎖條件（變送器和閥位反饋）都采用三選二機制，結(jié)合GMR系統(tǒng)特點和水煤漿安全要求，修改GMR系統(tǒng)輸入結(jié)構(gòu)，如：原設(shè)計將現(xiàn)場 3塊煤漿流量計 FT03103A1、FT03103A2和FT03103A3信號分別接入3塊AI卡的第一通道，即A1、A2和A3 3塊流量表分別進到GeniusA、GeniusB、GeniusC 3條總線內(nèi)。而修改后為將FT03103A1接入到3塊AI卡的第一通道，F(xiàn)T03103A2接入到3塊AI卡第二通道，F(xiàn)T03103A3接入到3塊AI卡第三通道。即GeniusA、GeniusB、GeniusC 3條總線每條都能讀到3塊流量表數(shù)值[3]。通過此項修改大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性，在每套CPU運算前即做出三選二表決數(shù)值。

2.3 特殊功能塊實現(xiàn)

GMR系統(tǒng)程序編程軟件采用Proficy Machine Edition，此編程軟件具備較高自由性，可根據(jù)用戶需求，編寫邏輯功能塊，封裝后可調(diào)用形成通用功能塊[4]，如對水煤漿工藝中煤漿、氧氣和氮氣關(guān)鍵閥門要實現(xiàn)如下功能：

①閥門控制的輸入端為順控和聯(lián)鎖邏輯優(yōu)選后最終輸出命令；

②閥門反饋為三選三形式，任何一個閥位反饋在規(guī)定時間內(nèi)不滿足閥門控制命令，則輸出一個故障報警；

③可更改上述觸發(fā)報警限制時間；

④能實現(xiàn)閥門手/自動無擾切換，即當(dāng)閥門由自動狀態(tài)切換到手動狀態(tài)時閥門不會動作。

由于軟件本身不具備該項功能塊，可根據(jù)上述編寫通用邏輯塊，將可變量轉(zhuǎn)為輸入引腳，按照用戶要求實現(xiàn)最終命令輸出[5]。

3 結(jié)語

GMR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有很典型的三重化特點，雖然現(xiàn)在已逐漸退出市場，但其基于PLC式編程語言和獨特的輸出結(jié)構(gòu)，為三重化安全系統(tǒng)提供了很好的借鑒意義，也為學(xué)習(xí)安全系統(tǒng)人員提供最為直觀的三重化結(jié)構(gòu)，有助于其他類型系統(tǒng)學(xué)習(xí)，而本公司結(jié)合了系統(tǒng)特性和工藝特點，創(chuàng)造性地完成了幾項優(yōu)化，使整個氣化安全聯(lián)鎖回路同時具備安全性與可靠性，本公司3臺氣化爐從2015年4月6日～5月11日，均一次投料成功，雙爐連續(xù)運行記錄達84天。本公司GMR系統(tǒng)在水煤漿氣化中的應(yīng)用對同行業(yè)有一定借鑒意義。

[1]賈立新.數(shù)字電路[M].浙江：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]張宏建，王化祥，周澤魁，等.檢測控制儀表學(xué)習(xí)指導(dǎo)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3]張雪申.集散控制系統(tǒng)及其應(yīng)用 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[4]劉翠玲，黃建兵.集散控制系統(tǒng)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2006.

[5]肖大雛.控制設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006.