聯(lián)鎖邏輯圖中復(fù)位開關(guān)的設(shè)計應(yīng)用

文/袁漢福 王睿熙 隋永芳 劉倩

本文作者供職于中化化工科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司。

確保復(fù)位開關(guān)的功能作用，邏輯關(guān)系的準確、完整——本文介紹了在聯(lián)鎖邏輯圖中復(fù)位開關(guān)的設(shè)計原則、接線方法、復(fù)位開關(guān)的類型選擇、復(fù)位開關(guān)的功能和用途以及RS觸發(fā)器輸入輸出信號電平的使用要求等，并且詳細介紹了“置位優(yōu)先”和“復(fù)位優(yōu)先”的區(qū)別，在聯(lián)鎖回路中正確設(shè)計復(fù)位開關(guān)，確保生產(chǎn)過程在沒有消除觸發(fā)聯(lián)鎖的原因時，不能恢復(fù)正常生產(chǎn)。

目前在石油化工和煤化工行業(yè)的生產(chǎn)裝置的安全保護，大部分采用了聯(lián)鎖保護，安全功能要求高的采用SIS系統(tǒng)完成，安全功能要求不高的采用DCS完成。在故障發(fā)生時，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖停車，保證人員、裝置和設(shè)備的安全。

本文重點討論在聯(lián)鎖邏輯圖中復(fù)位開關(guān)的使用方法、復(fù)位開關(guān)輸入輸出信號的要求以及確保復(fù)位開關(guān)的功能作用和邏輯關(guān)系準確、完整。

設(shè)置復(fù)位開關(guān)的必要性

在一個聯(lián)鎖邏輯中，一個或多個工藝參數(shù)失常達到聯(lián)鎖動作值，觸發(fā)聯(lián)鎖發(fā)生，使部分設(shè)備停車和進入安全狀態(tài)或裝置停車，達到保護人員和設(shè)備的目的。當(dāng)邏輯中沒有設(shè)置復(fù)位開關(guān)時，工藝過程失常導(dǎo)致觸發(fā)聯(lián)鎖動作，裝置進入安全狀態(tài)，當(dāng)過程參數(shù)恢復(fù)正常后，聯(lián)鎖觸發(fā)的條件解除后，打開或關(guān)閉的閥門，會自動恢復(fù)正常狀態(tài)，機泵也會恢復(fù)正常狀態(tài)。如果生產(chǎn)波動，會產(chǎn)生聯(lián)鎖反復(fù)發(fā)生，嚴重威脅安全生產(chǎn)。

邏輯中設(shè)置復(fù)位功能，采用復(fù)位開關(guān)和RS觸發(fā)器組成復(fù)位電路來實現(xiàn)，工藝過程恢復(fù)正常后，自動聯(lián)鎖觸發(fā)條件隨之解除，但是聯(lián)鎖動作范圍內(nèi)的閥門和機泵還是處于聯(lián)鎖狀態(tài)動作狀態(tài)即安全狀態(tài)。

為了防止工藝參數(shù)波動，造成反復(fù)觸發(fā)聯(lián)鎖，所以在過程參數(shù)恢復(fù)正常后，需要對工藝過程和設(shè)備進行檢查，確認沒有問題才能恢復(fù)正常，一些重要的現(xiàn)場設(shè)備，在現(xiàn)場設(shè)置復(fù)位開關(guān)，對設(shè)備檢查正常后再復(fù)位。使用復(fù)位開關(guān)給出復(fù)位信號，才能恢復(fù)生產(chǎn)正常狀態(tài)。這就是設(shè)置復(fù)位開關(guān)的目的。

綜上所述，每個聯(lián)鎖邏輯回路都必須設(shè)置復(fù)位開關(guān)。

復(fù)位開關(guān)的設(shè)計要求

復(fù)位開關(guān)可以在DCS系統(tǒng)的操作站設(shè)置軟開關(guān)。如果聯(lián)鎖是在SIS系統(tǒng)，則復(fù)位開關(guān)信號允許DCS通過通信給SIS。

可以在SIS系統(tǒng)的操作站設(shè)置軟開關(guān)，并在SIS系統(tǒng)的輔操臺上設(shè)置一個允許復(fù)位的開關(guān)，只有這個開關(guān)在允許狀態(tài)，在操作站（包括DCS操作站）上才可以進行復(fù)位操作。

SIS系統(tǒng)的復(fù)位開關(guān)狀態(tài)應(yīng)在DCS操作上顯示復(fù)位開關(guān)的顏色通常,設(shè)置為灰色。

復(fù)位開關(guān)復(fù)位的是聯(lián)鎖動作的對象，包括切斷閥、機泵等，在復(fù)位的同時，如果聯(lián)鎖觸發(fā)信號沒有恢復(fù)正常就不能復(fù)位。如果復(fù)位開關(guān)不能復(fù)位，說明對觸發(fā)聯(lián)鎖原因沒有消除，例如過程溫度、壓力、液位等。

如果一個聯(lián)鎖邏輯里面沒有過程參數(shù)作為聯(lián)鎖觸發(fā)的條件，只是一些手動開關(guān)作為聯(lián)鎖觸發(fā)的條件，這種情況不需要設(shè)置復(fù)位開關(guān)。

復(fù)位開關(guān)的設(shè)置方法

用于復(fù)位的觸點應(yīng)在啟動復(fù)位功能時瞬時閉合，即“1”電平觸發(fā)復(fù)位功能。復(fù)位開關(guān)的類型應(yīng)為瞬時型。當(dāng)觸發(fā)復(fù)位開關(guān)時，只能瞬時給出一個復(fù)位信號。

RS觸發(fā)器的使用

復(fù)位開關(guān)在邏輯圖中都有RS觸發(fā)器配合使用，所以搞清楚RS觸發(fā)器的輸入輸出電平使用要求是非常重要的。RS觸發(fā)器有置位優(yōu)先和復(fù)位優(yōu)先2種。

置位優(yōu)先的RS觸發(fā)器

置位優(yōu)先的RS觸發(fā)器如圖1所示。

當(dāng)[A]=1和[B]=0, [C]=1。如[A]變成0，在[B]=1之前 [C]保持。

如果[B]=1 ，此時[C]=0。如[B]變成0，在[A]=1之前 [C]保持0。

如 果[A]和[B]同 時 為1，[C]=1，[D]是[C]的反相。

復(fù)位優(yōu)先的RS觸發(fā)器

復(fù)位優(yōu)先的RS觸發(fā)器如圖2所示。當(dāng)[A]=1和[B]=0, [C]=1。如[A]變成0，在[B]=1之前 [C]保持1。

如果[B]=1 ，此時[C]=0。如[B]變成0，在[A]=1之前 [C]保持0。如果[A][B]同時為1，[C]=0，[D]是[C]的反相。

舉例

下面以圖3為例，解釋RS觸發(fā)器的使用。

圖中使用的是置位優(yōu)先的RS觸發(fā)器，過程信號PZT-63101≥0.3 MPa時觸發(fā)聯(lián)鎖，去關(guān)閉XV-63101閥。圖中畫有旁路開關(guān)BP-16101，“1”為旁路電平。

在RS觸發(fā)器的“S”端對信號取反，當(dāng)聯(lián)鎖發(fā)生，觸發(fā)信號為“0”，取反后為“1”，“R”端電平是“0”，RS輸出端“C”輸出“1”，取反后電平為“0”，去關(guān)閉閥門。

如果在聯(lián)鎖觸發(fā)信號依然存在的情況下，在此時去做復(fù)位，RS的“C”輸出是“1”，取反后還是“0”，保持聯(lián)鎖的動作輸出不變。

當(dāng)聯(lián)鎖觸發(fā)信號PZT-63101＜0.3 MPa時，RS的“S”端電平取反后是“0”。

如果此時RS的“R”端沒有復(fù)位，那么依然是“0”電平，RS的“C”端依舊保持以前的輸出，維持聯(lián)鎖輸出狀態(tài)。

當(dāng)啟動復(fù)位開關(guān)后，RS的“R”端電平為“1”，RS的“C”輸出為“0”，取反后為“1”，閥門XV-63101打開，恢復(fù)正常狀態(tài)。

RS觸發(fā)器采用復(fù)位優(yōu)先，聯(lián)鎖觸發(fā)信號“0”在“S”端取反后為“1”，此時如果復(fù)位，“R”端為“1”，RS的“C”端輸出為“0”，取反后為“1”，聯(lián)鎖對象恢復(fù)正常狀態(tài)。這是不允許的，因為聯(lián)鎖觸發(fā)信號還存在。

所以使用哪類RS觸發(fā)器，要具體結(jié)合電路分析，通常情況下采用置位優(yōu)先的RS觸發(fā)器。

應(yīng)當(dāng)注意問題

當(dāng)有2個聯(lián)鎖邏輯的動作執(zhí)行內(nèi)容是一樣的時候，只是觸發(fā)條件不一樣。當(dāng)一個聯(lián)鎖的動作執(zhí)行內(nèi)容是另外一個聯(lián)鎖動作內(nèi)容的一部分，觸發(fā)條件不一樣。

上述問題，當(dāng)2個聯(lián)鎖的觸發(fā)信號一個恢復(fù)正常，一個沒有恢復(fù)正常時，對觸發(fā)信號恢復(fù)正常的聯(lián)鎖進行復(fù)位，可能會產(chǎn)生誤動。

解決上述問題的辦法是：1）在設(shè)計上將兩個聯(lián)鎖采用一個共用復(fù)位開關(guān)。2）當(dāng)一個聯(lián)鎖動作對象例如一臺閥門，參加多個聯(lián)鎖邏輯，多個聯(lián)鎖輸出到這臺閥門的電路上加“與”門，觸發(fā)是“0”電平有效，只要有一個聯(lián)鎖處于動作狀態(tài)，沒有恢復(fù)到正常狀態(tài)，任何一個聯(lián)鎖就不能進行復(fù)位，生產(chǎn)也就不能恢復(fù)正常。

結(jié)束語

復(fù)位開關(guān)在邏輯圖中與邏輯關(guān)系不密切，往往重視程度不夠，如果不能正確設(shè)計復(fù)位開關(guān)，就會影響聯(lián)鎖回路的安全功能。

在設(shè)計過程中需要自控人員和工藝人員進行充分的溝通，澄清聯(lián)鎖的邏輯關(guān)系，正確設(shè)計邏輯圖。 ●