作者：林東         職稱：工程師        職務：應用工程師

單位：通用電氣發那科自動化（上海）有限公司沈陽辦事處

Email：dong.lin@ge.com

 

　　本文通過對建滔（河北）焦化有限公司5萬噸/年焦化粗苯加氫精製裝置保護係統的介紹，向讀者描述了GE Fanuc智能平台三重冗餘安全表決係統（GMR）產品在焦化粗苯加氫精製裝置保護係統中成功應用的一套完整的解決方案。

 

關鍵字：GE Fanuc 三重冗餘安全表決係統（GMR）苯加氫 化工  

 

　　建滔（河北）焦化有限公司――化工行業――該公司為建滔化工集團全資擁有的子公司
，於2003年7月開始籌建，總投資超過7億元人民幣。建滔（河北）焦化有限公司主要從事焦炭生產，設計年生產能力為搗固焦100萬噸
、焦油36000噸、粗苯12000噸。

　　苯、甲苯、二甲苯（簡稱BTX）等同屬於芳香烴，是重要的基本有機化工原料
，由芳烴衍生的下遊產品，廣泛用於三大合成材料（合成塑料、合成纖維和合成橡膠）和有機原料及各種中間體的製造。純苯、甲苯和二甲苯大量用於生產精細化工中間體
、有機原料，以及農藥和溶劑等方麵。焦化粗苯主要含苯
、甲苯
、二甲苯等芳香烴
，另外還有一些不飽和化合物、含硫化合物、含(han)氧(yang)化(hua)合(he)物(wu)及(ji)氮(dan)化(hua)合(he)物(wu)等(deng)雜(za)質(zhi)。粗(cu)苯(ben)精(jing)製(zhi)就(jiu)是(shi)以(yi)粗(cu)苯(ben)為(wei)原(yuan)料(liao)，經(jing)化(hua)學(xue)和(he)物(wu)理(li)等(deng)方(fang)法(fa)將(jiang)上(shang)述(shu)雜(za)質(zhi)去(qu)除(chu)
，以(yi)便(bian)得(de)到(dao)可(ke)作(zuo)原(yuan)料(liao)使(shi)用(yong)的(de)高(gao)純(chun)度(du)苯(ben)。近(jin)年(nian)來(lai)，國(guo)內(nei)許(xu)多(duo)企(qi)業(ye)的(de)焦(jiao)化(hua)項(xiang)目(mu)紛(fen)紛(fen)上(shang)馬(ma)，焦(jiao)化(hua)粗(cu)苯(ben)的(de)產(chan)量(liang)迅(xun)速(su)增(zeng)加(jia)，為(wei)粗(cu)苯(ben)加(jia)氫(qing)精(jing)製(zhi)提(ti)供(gong)了(le)豐(feng)富(fu)的(de)原(yuan)料(liao)。

 

　　建滔（河北）焦化有限公司采用先進的加氫精製法來進行粗苯的深加工生產，既Koppers加氫/Morphylane萃取蒸餾法
，設計加工量5萬噸/年。該工藝屬國際先進水平，三廢少，汙染少，催化劑
、萃取劑均可再生。但需要注意的是
，粗苯加氫精製工藝中的加氫反應溫度為3500℃


，壓力為3.5Mpa。因溫度和壓力較高，要注意安全防範工作。因此粗苯加氫精製裝置不僅需要快速、可靠的過程控製係統，也需要高效、安全、可靠的緊急停車安全保護係統（ESD係統）來確保生產裝置穩定的
、安全的運行。

　　此外，為了便於運行管理
，用戶需要采用的緊急停車安全保護係統（ESD係統）具有與過程控製係統（DCS）具有通訊功能。將緊急停車安全保護係統的運行狀態以及一些工藝參數在過程控製係統中顯示。

 

　　根據粗苯加氫精製裝置緊急停車安全保護係統的特點和需要，並且考慮到用戶提出的在保證係統安全性
、先進性、可靠性和完整性的要求。GE Fanuc智能平台為用戶提供了一套成熟可靠的基於GE Fanuc GMR（Genius Modular Redundancy）三重化安全表決的自動化控製係統平台

，並由鞍山市新泰科自動化設備有限公司負責為最終用戶進行係統集成與調試。

 　　GE Fanuc智能平台開發的GMR三重化安全表決係統是麵向ESD、火災和氣體保護應用開發了一套三重化的冗餘控製係統解決方案。它由90-70係統和GE Fanuc智能平台特有的Genius輸入輸出模塊以及VersaMax I/O輸入輸出模塊構成。這個方案是可配置成不同規模，它允許用戶根據希望得到的流程風險降低的程度來改變係統的冗餘級別。

　　GMR三重化安全表決係統除了典型的TMR係統所具備的特點：容錯、綜合診斷
、遠程I/O、在線模塊修理以及高可靠性和高可用性之外
，GMR係統還具有下列優點：

GE Fanuc GMR（Genius Modular Redundancy）三重化安全表決解決方案可大致分為以下三個部分。

　　×三重冗餘Genius通訊網絡。

　　×三重冗餘表決控製器及其冗餘表決I/O子站

　　×上位機操作員站（HMI）兼SOE工作站和工程師維護工作站。

係統結構圖可以參見圖1所示。

                                                 圖1 係統結構圖

　　Genius通訊網絡是GE Fanuc智能平台開發並引入到工業控製領域的一種工業現場總線。Genius總線是一個對等的、令牌網絡，一條網絡最多可以有32個站點。該網絡具有很高的網絡吞吐率
；具有良好的時實性。Genius網絡采用頻移鍵控調製技術（FSK），可以有效的防止工業現場的各種幹擾。

　　在係統中
，三重冗餘Genius用於連接三重冗餘表決控製器和各個I/O輸入、輸出表決模塊組。在係統運行過程中負責冗餘表決控製器以及I/O站之間的數據同步和交換。

 

　　GMR三重冗餘表決控製器采用GE Fanuc智能平台係列90-70可編程係列專用控製器；冗餘表決I/O子站分別采用Genius Block輸入輸出模塊以及VersaMax I/O輸入輸出模塊構成。

　　90-70可編程控製器GE Fanuc 智能平台控製器係列中先進的產品。采用了新的設計和製造技術
，係統配置和安裝簡易
，機架總線采用開放的VME總線結構，可與第三廠家VME產品兼容。CPU模塊具有一係列不同性能規格的型號，以滿足各種大規模
，複雜的高速控製要求。此係統中采用了GMR係統專用控製器產品。

　　此方案中

，GMR三重化冗餘控製器采用三個獨立的CPU，可組態為3-2-1-0或3-2-0的工作模式
，以滿足用戶不同應用的需要。係統通過3選2的表決來提供高可靠性和無誤差的操作。此外，GMR三重化冗餘控製器物理上無耦合設計和分離式結構電路保護可以從本質上消除共模失效的潛在可能性。

　　為了與過程控製的DCS係統進行通訊


，每個表決控製器上都預留了Modbus RTU 從站通訊接口，用來實現DCS係統與ESD係統的通訊。其中DCS係統作為Modbus RTU通訊的主站，ESD係統作為Modbus RTU通訊的從站。

     2.2冗餘表決I/O子站

　　為了使方案更加合理，同時也節省用戶的投資。此方案中冗餘表決I/O子站采用GE Fanuc 智能平台兩種不同係列的I/O產品，即Genius Block I/O產品和VersaMax I/O輸入輸出模塊。

　　其中離散量輸入輸出（DI/DO）I/O模塊表決組采用Genius Block I/O產品；模擬量輸入（AI）I/O模塊表決組、模擬量輸出（AO）I/O模塊冗餘輸出組采用VersaMax I/O輸出輸出模塊。

 Genius Block I/O提供了一整套離散
、模擬和繼電器，回路可以從6至32個。Genius Block I/O 模塊不僅僅是與外設的接口
，它們還是智能化的、耐用的獨立的模塊，比傳統的I/O更加實用。許多模塊的I/O配置可以進行定製，因此效率極高。Genius Block I/O 憑借其模塊化的設計和先進的診錯技術
，大大節省了初期和係統停工期的成本。

　　VersaMax PLC 將先進的VersaMax I/O以及功能強大的CPU相結合，更易於使用
、價格合理、性能卓越。VersaMax提供了廣泛的I/O模塊，組態更加靈活。通訊模塊能將VersaMax與Profibus網絡（或其它工業現場總線）相連


，實現遠程控製。

 

　　此係統中設立了一台機操作員站HMI（兼SOE工作站）和一台工程師維護工作站。

操作員站上安裝並運行PROFICY HMI/SCADA-CIMPLICITY 軟件，該軟件軟件包括工業上領先的PROFICY 分布式係統結構和開放性的係統設計
，此結構和設計借助Microsoft的靈活的客戶／fuwuqitixijiegou，yijigongnengqiangdadeweishixianxitongjichengershejidegezhongbiaozhun。weiyonghudailaidehaochujiushigaichanpinfeichangyiyushiyong，tongshiyoushiheyushishikongzhihejianshi，keyijiangtapeizhichengcongdangejiediandaoduojiediandewangluoxitongxingchengbutongdeguimo

，juyouhenqiangdekekuozhanxing。

　　PROFICY HMI/SCADA-CIMPLICITYruanjiannenggouyingyongzaigezhongbutongleixingdegongyeshengchanguochengzhong，zhuruqiche，hangtian
，shiyouyutianranqi，huagong，shihua，shipinjiagong，yinliao，zhiyao，zhijiangyuzaozhi，guanxian，jinshu，shuiyufeishuichuli，jiaotongyijiqitaxingye。

　　工程師站上除安裝了PROFICY HMI/SCADA-CIMPLICITY軟件
，還安裝了控製器編程組態軟件：Proficy Logic Developer-PLC。用來開發和維護係統的應用軟件。

係統的HMI應用軟件界麵如圖2、圖3所示。

圖2 操作員站係統的主畫麵

                                            圖3 係統連鎖控製畫麵

　　通過與GE Fanuc的合作，建滔（河北）焦化有限公司5萬噸/年焦化粗苯加氫精製裝置保護係統
，按照原工程進度表，通過鞍山市新泰科自動化設備有限公司3個月的集成，於2008年9月竣工並順利投產。三重冗餘安全表決係統（GMR）控製係統投運以來，保證了該廠焦化粗苯加氫精製裝置的安全

、穩定的運行，給用戶帶來更大的收益。同時GE Fanuc將以其先進的技術
，卓越的知名度，良好的口碑為更多控製行業提供更快、更強
、更安全的控製係統，不斷促進中國過程控製水平提高。