在苯酚丙酮装置上的应用.doc

FSC系统在苯酚丙酮装置上的应用FSC系统在苯酚丙酮装置上的应用（共十一页）目录一、 概述 - 1二、FSC系统简介 - 1三、FSC的构成和系统工作原理 - 2四、FSC系统在苯酚丙酮装置的组态 - 41、系统组态 - 42、软件组态 - 73、逻辑组态 - 74、组态软件编译、下装和SOE组态 - 8五、系统组态和维护的注意事项 - 8六、FSC在苯酚丙酮装置联锁的具体运用举例 - 9FSC系统在苯酚丙酮装置上的应用池丽贞燕山石化公司运行保障中心电仪五部摘要：本文通过介绍了FSC系统的基本结构、硬件组成、工作原理、通讯设置、通讯机理和方式、工作状态以及在苯酚丙酮装置中的实际应用。关键词：故障安全控制系统 配置冗余 故障导致失电 故障导致危险一、 概述苯酚丙酮装置生产具有高温、易爆、易燃等特点，有三十多套联锁，两百多个联锁点。FSC系统具有安全控制、串行通讯、系统诊断、故障报警、实时记录和历史记录查询等功能。其高度的自诊断功能确保FSC能在过程安全时间内发挥作用苯酚丙酮装置的安全生产。 二、FSC系统简介 FSC是Fail Safe Control故障安全控制系统的缩写，系统符合安全标准DIN V 19250 AK1-6级和IEC 61508 SIL1-3级。其设计核心是在控制系统故障情况下保证受控装置的生产出于安全状态。其主要特点是：采用双重冗余技术：FSC系统的双重冗余不同于一般的DCS系统，它的两个CP是同时独立工作的，只相互监视运行状态不进行数据交换；可实时控制，扫描时间在毫秒级；在过程安全时间间隔内进行逻辑回路故障诊断和系统自诊断。当逻辑回路的输入出现故障时，系统可外送无源接点信号启动联锁；系统本身则根据故障的不同，或停止整个中央控制单元的工作，或送出故障信号提醒维护人员处理；FSC的DO模件也具有自诊断功能，每四个通道由一个三极管控制，当其中某一个通道故障时，则将这四个通道自动切除。对于冗余系统来说，大大提高了其安全性和可靠性；除中央控制单元的卡件外，可在线更换任何卡件；其通讯接口采用MODBUS协议可使FSC系统作为与HPM平级的SM节点挂在DCS系统的UCN网上，从而实现FSC与DCS系统的实时通讯。 高速的SOE实时数据检测、存储；在基于WINDOWS环境的应用软件（FSC Navigator）上可方便的系统、过程和逻辑组态，还可进行在线监控、系统诊断和组态修改。三、FSC的构成和系统工作原理1、系统结构 FSC系统的硬件由FSC机柜和PC机组成，核心部分是FSC机柜。PC机提供软、硬件组态和SOE事件的实时记录和历史记录查询等功能；FSC机柜则进行安全控制、串行通讯、系统诊断和故障报警等。它含有两个中央控制单元（Central Parts简称CP）和部分冗余的I/O模件，核心是中央控制单元。2、中央控制单元的工作原理:如图1所示，CP的核心由CPU、通讯处理器、WATCHDOG和I/O通信接口等组成。I/O通信接口含有V-bus（Vertical Bus垂直通讯电缆）、VBD、H-bus （Horizontal Bus水平通讯电缆）、HBD和I/O模件等组件。CPU用于读取过程输入数据、执行逻辑控制程序，并将执行结果经VBD和HBD模件送到输出模件；同时它还可以通过两个CP之间的通讯连接使它们工作同步；连续的测试外部系统和过程设备的安全诊断以保证安全控制。WD则用于监视CPU的工作和工作条件，使所有的工作在组态是设定的时间周期内完成；其工作条件包括CPU内存中的数据的完整性和电压范围，若CPU或工作条件中出现一个错误，它将避开CPU独立的撤销FSC系统关键的安全输出。每个CPU最多可连接四个通讯处理器、八个通讯连接。它允许FSC系统通过通讯连接与其它的计算机设备通讯。本FSC系统主要是通过FSC-SMM与DCS、PC机通讯。图1 CP工作原理框图3、CP对I/O模件实施管理的基本原理:CP对I/O模件的管理是由I/O通信接口来完成的，CPU经VBD和HBD模件分别管理互为冗余的两套I/O模件。由于FSC的I/O卡件是单双号冗余，所以CP1管理单号I/O卡件、CP2管理双号I/O卡件，详见图2。同时，其输入/输出信号均为二选一，输入：高电平有效；输出：低电平有效。4、对于I/O模件进行信息交换和控制的基本原理是:CPU接受由通讯处理器采集而来的输入信息，从而实施控制；同时又能能通过其COM1卡的A口交换信息，了解相互的工作状态。四、FSC系统在苯酚丙酮装置的组态FSC系统组态的内容大致可分为以下三个部分：系统组态：含系统参数的设置，硬件型号、数量的确定，位置的分配和通讯连接口的选区及设置；软件组态：主要是数据点的组态；逻辑组态：逻辑图组态。1、系统组态、硬件组态：它含硬件型号、数量的确定和位置的分配等；、通讯设置：主要是FSC机柜两个CP之间及其同PC机和DCS系统UCN网之间的通讯连接的设置。两CP之间的通讯连接：其通讯连接口在系统集成时固定为两CP中的COM1模件的A口，用户不能修改； FSC与PC机的通讯连接：系统中PC机的主要任务是作为组态、维护、监控的工程师站及SOE实时记录、历史记录的SOE站。我们用PC机来完成上述任务，因此组态中定义其连接接口为：FSC机柜中的两CP中的COM模件的AB口和PC机的COM口相连.系统参数设置：在系统组台中有一些为满足系统特别需要的个性化参数需要设定。系统参数可分为基础应用组态参数和FSC机柜物理结构组态两部分组成。有关物理结构组态主要是：机柜数量、应用卡笼数和CP卡笼的位置等；基础应用组态参数则主要有： 设备安全等级（Requirement Class）：它有AK4、AK5和AK6等级别的安全协议，当系统选用AK5、AK6等安全协议时，其中央控制单元必须是冗余的。同时安全协议的级别不同，系统提供的组态项目和诊断信息的内容也不同。过程安全时间（Process Safety Time）:它是现场出现不正常信号开始到事故发生的最短时间，其系统缺省值为1秒，一般系统组态不予改变。为保证在安全时间内程序运行两遍以上，确保系统信号的准确性，程序的执行周期应小于过程安全时间的1/3即100330ms。在每一个程序执行周期中，系统将分别完成一次DI卡件的自检、数据采集、逻辑处理、运算和数据输出等工作。若程序的执行周期大禹过程安全时间的1/3，程序编译时将出错。若CP卡件故障则直接将该CP停下来。在线修改要求（On-line Modification Wanted）:若选用“YES”，则在系统进行硬件变更（卡件增减）或程序中的变量名等修改下装后，其相应的内存位置将出现BLOCKED,而不能被新的内容所替代，它只能装到内存的后面空位上。要消除BLOCKED，只能在系统运行后选用On-line Rebuild或Rebuild对两个CP逐个进行内存整理才行。一般在系统调试阶段不选用在线修改即选“NO”，则可以根据需要任意修改组态程序，将系统的两个CP停下来了冷却后下装新的组态程序，重新启动系统。由于系统不可能两个CP同时停电冷却，所以只能选用在线修改模式即选“YES”。故障间的内部时间（Interval Time Between Faults）:在组态时有两个选择“NOT USED”或给定一个计时时间数据（单位：min）。若选“NOT USED”，系统将在第一个故障出现时不计时，等到第二个故障产生即自动停止与故障相关FSC系统或设备；若一个时间数据（其范围是：032767min，一般选用4320min），则在第一个故障出现时开始计时，到给定的时间后如果故障没有被及时处理好，不管有无第二个故障产生都将停止相关FSC系统或设备的工作。值得注意的是，在我们所选的AK5安全级别下系统计时器只在一个内部通讯故障（如一个CP停）或安全相关的输出模件坏时才启动；当计时器到时或第二个故障产生后，动作的结果是停FSC系统或整块DO卡；对于冗余系统单个I/O卡故障不会导致系统停，但与之相关的输入/输出信号将被置“OFF”。若CP卡件故障则直接将该CP停下来。系统温度（System Temperature）:它是在DBM模件组态时设置的，一般地在系统温度低于5或高于55时系统诊断将发出报警信息，若低于0或60则以安全见直接停止整个系统的工作。启动模式（Startup Mode）：FSC系统有冷启动和热启动两种启动模式：冷启动(Cold-start)：此时，FSC系统初始化所有参数到系统组态定义的系统启动后FLD控制程序第一次运行前系统组态定义的数据状态；热启动(Warm-start)：应用控制处理器在最近一次停车瞬间保存的参数状态数据启动系统并继续执行FLD控制程序。对于FSC控制处理器而言，应用新的控制程序（如修改组态后重装系统的第一次启动）和系统因核心卡件故障停车后的第一次启动均自动采用冷启动。只是在两个冗余控制器都停车后可提供热启动模式，如果一个控制其正常运行时启动另一个，启动后在开始第一次执行FSC控制程序前将自动以系统正确的状态数据进行同步化。同时，若将启动模式组态为热启动，在系统停车时，后停的控制处理器必须先启动才能保证系统以接近最好的工作状态。因此，为保证系统的稳定运行我们组态启动模式组态为冷启动。2、软件组态其主要任务是过程数据点和系统点组态。过程数据点含数字量输入（DI）点、数字量输出（DO）点和模拟量输入（AI）点等三种类型；系统点含作数据比较的通讯（COM）点、占用输入卡槽的系统诊断点和不占用输入卡槽的系统诊断点等三种。3、逻辑组态逻辑组态即FSC控制程序设计。FSC的控制功能主要是通过逻辑联所控制设计的控制程序来完成的，其主要功能有：数据获取、数据处理、控制算法、数据传递和与FSC系统连接的外部设备之间的数据交换。因此逻辑图组态才是上述所有工作的目的所在，周密的工艺控制方案、准确和完善的逻辑组态是FSC系统达到设计要求，实现安全控制目的的前提和保障。 4、组态软件编译、下装和SOE组态 、软件编译、下装：至此，FSC系统的组态工作已基本完成，在仔细检查后可进行程序编译。若出现编译错误，可根据编译产生的错误信息对软件进行相应的修正；编译通过后即可进行程序下装并启动系统。 、SOE组态：其组态相对来说比较简单，大致分为三个步骤：进入“SOE-Basic 130”选中“ADD”，填入要组态的SOE名称；进入“Properties”选定通讯协议RS-232和通讯端口COM2,给定容许采集权限即可；选“Process Variable”填入要求采集事件的数据点或参数名及相关参数即可。 SOE是基于WINDOWS 95/98应用程序，他将检测到的过程事件记录下来。这些事件从相连的FSC系统中检索出来后用于在线查看，或存储到磁盘上日后分析。安装SOE软件后，可以很方便找出引起的第一故障并进行分析，最大限度的减少停车时间，提高生产效益。 我们安装了FIX软件，以便对模拟量信号进行检测和控制，对于一些在FSC系统和SOE中无法实际的操作也移到FIX下进行操作，例如，联锁的摘除和投入，个别控制回路等均在该上位机上运行。五、系统组态和维护的注意事项1、 FIX软件只是对系统运行进行监视，一般不介入系统的过程控制。所以，除在FIX运行的PID控制之类的过程控制块外，FIX的运行与否并不会影响到下位机（即FSC系统）的运行。因此，如果FIX死机，重新开机启动即可。唯一要注意的是，流量累计的数值会重新开始，此时需要把以前的数值记录下来并填入“输入偏差值”栏中。2、 登陆管理员帐户，可以进行系统组态的修改和泵开关控制、旁路开关控制的操作。在操作完成后，需要离开有关开关的画面，并重新以操作员的身份登陆，以防止他人对这些画面进行误操作。 3、 停车原因：若出现系统停车事故，由于系统在停车时先做诊断，SOE将记录所有引起FSC系统工作的改变，所以非常容易从报警信息中找到引起系统停车的第一原因，以便我们采取相应措施处理故障以及避免类似情况的发生。4、 FTA测量电阻：在系统运行中切忌使用万用表测量输入或输出端的电阻，否则将可能使测量端出现短接，改变信号状态导致系统误动作。5、 卡件插拔：在系统运行中，冗余的DI卡可以带电插拔；拔DO卡应仔细，否则会导致对应的CP停；CP卡件严禁带电插拔。六、FSC在苯酚丙酮装置联锁的具体运用举例 苯酚丙酮装置的联锁很多且重要，其中在氧化塔的联锁最多，氧化塔最典型的是四级温度联锁。以氧化一塔为例：一级温度联锁：起到报警提示操作人员注意的作用。二级温度联锁：氧化塔一塔上、中、下三个温度TT-3101、TT-3102、TT-3103任意一点温度超过110或是氧化塔循环冷却器出口温度TT-3113就会触发以下四个联锁动作：关闭一塔外循环冷却器旁路调节阀；同时全开一塔外循环冷却器调节阀使系统有足够的冷的循环物料进入氧化反应器；关闭进入一塔外循环冷却器蒸气调节阀；切断PE-3蒸气切断阀停止蒸气加热已迅速降低氧化反应的温度，使其回到正常的温度。三级温度联锁：氧化塔一塔上、中、下三个温度TT-3105A、TT-3106A、TT-3107A任意一点温度超过113就会触发以下联锁动作：切断氧化塔进料切断阀；切断PE-3蒸气切断阀；关闭氧化塔液位调节阀；关闭氧化塔出料气液分离罐进料调节阀及切断阀等停止氧化塔进料。三级温度联锁：氧化塔一塔上、中、下三个温度TT-3105B、TT-3106B、TT-3107B任意一点温度超过