摘  要：本文介紹了GE 智能平台90-70 GMR係統在重慶紫光蛋氨酸有限責任公司1萬噸/年蛋氨酸項目中的應用
，對蛋氨酸項目的工藝和GMR係統中輸入子係統、輸出子係統的硬件配置等進行了較為詳細的描述。

一


、概述

隨著石油化工裝置的日趨大型化，工藝過程的不斷複雜化，生產過程中發生危險的可能性也呈增大趨勢，加之人們對產品的質量


、設備、人身、環境的保護等因素的要求使得獨立於控製係統的安全聯鎖顯得十分必要

，這種專用的安全保護係統就是――ESD緊急停車係統（Emergency Shutdown Device）。ESD適用於高溫、高壓


、易燃
、yibaodengchanghe
，keyiduishengchanzhuangzhikenengfashengdeweixianhuobucaiqucuoshijiangjixuehuadezhuangtaijinxingjishixiangyinghebaohu
，shishengchanzhuangzhijinruyigeyudingyideanquantingchegongkuang
，congershiweixianjiangdidaokeyijieshoudezuidichengdu，yibaozhengrenyuan
、設備、生產裝置和環境的安全。在講究高效安全生產的石油化工行業，如今投入ESD係統已是眾多企業的選擇

，並成為保證生產可靠性與安全性，提高經濟效益的必要手段之一。

重慶紫光蛋氨酸有限責任公司1萬噸/年蛋氨酸項目為該公司年產5萬噸蛋氨酸項目的一期工程。作為一個典型的精細化工裝置，反應溫度壓力高、易yi燃ran易yi爆bao且qie中zhong間jian產chan物wu含han劇ju毒du易yi揮hui發fa
，此ci外wai整zheng個ge項xiang目mu工gong藝yi流liu程cheng複fu雜za
，中zhong間jian環huan節jie眾zhong多duo，任ren何he一yi個ge環huan節jie出chu錯cuo均jun會hui導dao致zhi其qi他ta環huan節jie不bu能neng正zheng常chang工gong作zuo，甚shen至zhi前qian功gong盡jin棄qi，因yin此ci要yao實shi現xian整zheng個ge裝zhuang置zhi的de安an全quan穩wen定ding連lian續xu生sheng產chan
，這zhe就jiu要yao求qiu必bi須xu配pei置zhi先xian進jin的de、高可靠的設備
，配置能充分滿足石油化工裝置及機組的緊急停車和安全聯鎖的ESD係統。基於此考慮，其選用了GE智能平台公司的90-70 GMR表決係統。GMR（Genius Modular Redundancy）控製係統是基於GE 智能平台公司的90-70 PLC以及先進的智能化輸入/輸出模塊（Genius I/O）構成的三重化表決控製係統。

二、GMR係統結構

1
、係統配置的選用

重慶紫光蛋氨酸項目的現場條件惡劣
，係統要求較高。要求係統的冗餘原則為：

a.   係統應具有完備的冗餘和容錯技術

，包括設備冗餘和工作性能冗餘。

b. 各級網絡通訊設備
、部件和總線三重冗餘。

c. 控製站處理器等功能卡冗餘。

d. 所有電源設備和部件冗餘。

e. 對要求冗餘配置的I/O卡三重冗餘。

要求係統的可用性為：

a.係統的可用率應不低於99.99%。

b.係統的設計應是故障安全型的，係統內發生故障時
，應能按照故障安全的方式停機。

c.係統必須具有完善的硬件、軟件故障診斷及自診斷功能，自動記錄故障報警並能提示維護人員進行維護。

d.冗餘設備具備在線自診斷

，排錯報警

，無差錯切換功能。

e.係統的各種插卡應支持熱插拔。

基於以上冗餘原則及可用性的考慮，選用GMR係統中的雙重化配置，係統包含兩個獨立的90-70PLC以及運行在每個單獨係統中的診斷程序，每個PLC上各配置了3個ge總zong線xian控kong製zhi器qi。通tong過guo三san選xuan二er的de表biao決jue
，係xi統tong為wei用yong戶hu提ti供gong了le高gao可ke靠kao性xing和he無wu誤wu差cha操cao作zuo。還hai包bao含han了le輸shu入ru子zi係xi統tong及ji輸shu出chu子zi係xi統tong。輸shu入ru輸shu出chu子zi係xi統tong由you智zhi能neng的de、可組態的Genius I/O模塊組成，每個模塊都有微處理器並提供通訊診斷功能，同時對輸出和輸入通道有電子保護功能
，而且模擬量
、開關量等所有模塊都可以用在同一總線中。傳感器信號被引入到隔離的Genius輸入模塊，設置在獨立機架中，各自獨立的CPU從每條Genius總線上接受這些輸入信號並對這些信號進行表決
，然後，兩個CPU中的每一個CPU通過三重化的Genius I/O總線將邏輯狀態結果送至輸出子係統，Genius輸出模塊對三重化的輸出數據進行表決，然後送至負載。

2、工藝簡介和係統規模

重(zhong)慶(qing)紫(zi)光(guang)蛋(dan)氨(an)酸(suan)項(xiang)目(mu)根(gen)據(ju)工(gong)藝(yi)劃(hua)分(fen)為(wei)七(qi)個(ge)單(dan)元(yuan)
，一(yi)單(dan)元(yuan)是(shi)用(yong)甲(jia)烷(wan)和(he)硫(liu)磺(huang)在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)二(er)硫(liu)化(hua)碳(tan)和(he)硫(liu)化(hua)氫(qing)，將(jiang)反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)的(de)二(er)硫(liu)化(hua)碳(tan)和(he)硫(liu)化(hua)氫(qing)經(jing)分(fen)離(li)後(hou)
，獲(huo)得(de)純(chun)淨(jing)的(de)二(er)硫(liu)化(hua)碳(tan)和(he)硫(liu)化(hua)氫(qing)，其(qi)中(zhong)二(er)硫(liu)化(hua)碳(tan)作(zuo)為(wei)產(chan)品(pin)送(song)入(ru)貯(zhu)罐(guan)，硫(liu)化(hua)氫(qing)送(song)入(ru)三(san)單(dan)元(yuan)與(yu)甲(jia)醇(chun)在(zai)催(cui)化(hua)劑(ji)
、yidingwenduheyalixiafanyingshengchengjialiuchunhejialiumi，jingjingliuchunhuahou，jialiumijixuyuliuhuaqingfanyingshengchengjialiuchun
，erchunjingdejialiuchunsongruerdanyuanyubingxiquanfanyingzhiqujialiujidaibingquan。qizhongbingxiquanshitongguobingxihekongqizaicuihuajizuoyongxiajingguofenlichunhuazhiqude。jialiuchunyubingxiquanfanyingzhidejialiujidaibingquan
，zaisidanyuanfenlihou，chunjialiujidaibingquanyuwudanyuandeqinghuana、氨水和二氧化碳反應生成海因
，經水解後
，送入六單元中和、結晶
、過濾、幹燥和包裝製得純品蛋氨酸。六單元產生的硫酸鈉副產品溶液送入七單元進行純化製得硫酸鈉副產品。

本項目ESD主(zhu)要(yao)作(zuo)用(yong)在(zai)二(er)和(he)三(san)單(dan)元(yuan)，二(er)單(dan)元(yuan)的(de)丙(bing)烯(xi)與(yu)空(kong)氣(qi)反(fan)應(ying)是(shi)強(qiang)放(fang)熱(re)反(fan)應(ying)
，並(bing)且(qie)反(fan)應(ying)原(yuan)料(liao)之(zhi)間(jian)的(de)爆(bao)炸(zha)極(ji)限(xian)範(fan)圍(wei)寬(kuan)
，而(er)原(yuan)料(liao)的(de)配(pei)比(bi)要(yao)在(zai)反(fan)應(ying)過(guo)程(cheng)中(zhong)一(yi)定(ding)要(yao)越(yue)過(guo)爆(bao)炸(zha)曲(qu)線(xian)，必(bi)須(xu)避(bi)免(mian)原(yuan)料(liao)配(pei)比(bi)在(zai)爆(bao)炸(zha)曲(qu)線(xian)區(qu)域(yu)內(nei)進(jin)行(xing)。另(ling)外(wai)生(sheng)成(cheng)的(de)產(chan)物(wu)丙(bing)烯(xi)醛(quan)也(ye)是(shi)重(zhong)要(yao)危(wei)險(xian)品(pin)，具(ju)有(you)強(qiang)烈(lie)催(cui)淚(lei)作(zuo)用(yong)
，曾(zeng)經(jing)還(hai)用(yong)於(yu)戰(zhan)爭(zheng)作(zuo)為(wei)化(hua)學(xue)武(wu)器(qi)，泄(xie)露(lu)後(hou)其(qi)危(wei)險(xian)性(xing)極(ji)大(da)
，會(hui)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)社(she)會(hui)影(ying)響(xiang)。三(san)單(dan)元(yuan)是(shi)用(yong)劇(ju)毒(du)硫(liu)化(hua)氫(qing)純(chun)品(pin)和(he)甲(jia)醇(chun)反(fan)應(ying)製(zhi)取(qu)甲(jia)硫(liu)醇(chun)，反(fan)應(ying)的(de)壓(ya)力(li)和(he)溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)
，同(tong)時(shi)會(hui)產(chan)生(sheng)副(fu)產(chan)物(wu)甲(jia)硫(liu)醚(mi)，以(yi)上(shang)三(san)種(zhong)物(wu)品(pin)均(jun)為(wei)重(zhong)要(yao)的(de)危(wei)險(xian)源(yuan)，高(gao)濃(nong)度(du)的(de)硫(liu)化(hua)氫(qing)會(hui)使(shi)人(ren)閃(shan)電(dian)性(xing)死(si)亡(wang)，微(wei)量(liang)的(de)甲(jia)硫(liu)醇(chun)和(he)甲(jia)硫(liu)醚(mi)具(ju)有(you)強(qiang)烈(lie)的(de)惡(e)臭(chou)味(wei)。這(zhe)些(xie)危(wei)險(xian)源(yuan)幾(ji)乎(hu)存(cun)在(zai)於(yu)生(sheng)產(chan)車(che)間(jian)的(de)每(mei)個(ge)設(she)備(bei)和(he)管(guan)線(xian)內(nei)
，絕(jue)不(bu)容(rong)許(xu)微(wei)量(liang)物(wu)質(zhi)泄(xie)露(lu)到(dao)現(xian)場(chang)。這(zhe)就(jiu)對(dui)設(she)備(bei)和(he)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)提(ti)出(chu)了(le)極(ji)高(gao)地(di)要(yao)求(qiu)。

係統具體配置如下表所示。

重慶紫光1萬噸/年蛋氨酸項目  GE係統配置
序號	項目描述	貨號	數量
	係統軟件
1	GMR 係統配置軟件	IC641SWP745	1
2	CIMPLICITY ME 軟件	IC646MPP101	1
3	700 I/O HMI 開發軟件	IC646TDV700	2
	係統硬件
4	手持式現場監測器，包括電纜和充電器	IC660HHM501	1
5	總線終端阻抗適配器150hm ( 4)	IC660BLM506	2
6	GMR 冗餘CPU，486，2K 三態(表決)I/O	IC697CPM790	2
7	係列90-70 總線控製器	IC697BEM731	6
8	以太網通訊組件	IC697CMM742	4
9	通訊協處理器模塊	IC697CMM711	2
10	電源，120/240 Vac，125VDC，100W	IC697PWR711	2
11	空插槽( 6)	IC697ACC720	1
12	機架 ，9 插槽 ，後麵板安裝	IC697CHS790	2
13	Genius總線	BELDEN9182	100
14	32點I/O源模塊	IC660BBD024	28
15	32點I/O漏模塊	IC660BBD025	18
16	VersaMax電源模塊	IC200PWR102	6
17	Genius網絡接口單元	IC200GBI001	6
18	VersaMax底座模塊	IC200CHS022	21
19	15點0~10VDC AI	IC200ALG265	21
20	VersaMax站配置電纜	IC200CBL002	1
21	接線端子板(中控供）	TB564	12

 

根據信號傳輸、隔離、轉換
、分離的需要, 而且，現場儀表信號電纜需先經過過渡端子櫃後再接到SIS係統的I/O卡上
，個別信號還要經過一入二出的信號分配器分出一路接到DCS上
，因此對於上述係統
，還需設置一定的輔助櫃SIS01-SIS07(7個輔助櫃)，其中，SIS01櫃為90-70PLC機架櫃，配置3個9槽機架。SIS02-SIS07為Genius AI
、DI、DO模塊配置櫃，另外，還有2台特製操作台，用於安裝選擇開關
、按鈕、閃光報警器等。

三、I/O的具體配置方式

1、 輸入子係統的配置

由於輸入子係統可以靈活配置，工藝信號的引入可以是單信號、雙信號或是三個信號。信號可以引入單個輸入模塊也可以到三個模塊，供PLC CPU主機進行表決，表決結果送給輸出模塊組再表決後輸出。在重慶紫光蛋氨酸項目的設計中，每個PLC都含有3條總線，如下圖1所示；AI采用了三重化輸入方式

，一個現場輸入信號通過端子排分配到三個獨立的輸入模塊IC200ALG265，這3個模塊分別連接在3條Genius總線ELDEN9182上，如下圖2所示
；DI采用了冗餘輸入方式一個現場輸入信號通過端子排分配到兩個獨立的輸入模塊IC660BBD024，這兩個模塊連接在任意兩條不同的Genius總線ELDEN9182上，如下圖3所示。

        

2、輸出子係統的配置

GE GMR輸出子係統包括四模塊“H”型、二模塊“I”型和二模塊“T”型的模塊組配置，可根據項目成本
、項目規模等綜合考慮選用輸出子係統的配置。輸出模塊組對從CPU來的輸出進行表決，將表決結果輸出到負載。由於重慶紫光蛋氨酸項目
，要求配備的SIS係統必須是成熟的、經過實際應用考驗的係統，必須充分滿足石油化工裝置及機組的緊急停車和安全聯鎖的需要
，要求配備的SIS係統必須具有完備的冗餘容錯技術，所有設備和部件必須為2oo3方式的三重冗餘
、容錯結構
，於是，本項目設計中，基於所有設備的可靠性 ，采用了“H”型輸出配置。配置如下圖所示。

每一個現場輸出是由兩個源型（Source）模塊IC660BBD024並聯接在負載的一端，另外兩個漏型（Sink）模塊IC660BBD025並聯接在負載的另一端


，所有模塊都從三個獨立的CPU得到輸出

，該配置中同樣使用三條Genius 總線BELDEN9182，每個模塊都連接到單獨的 Genius 總線上，這種結構即是失敗安全（Fail Safe）的又是容錯(Fault Tolerant)的。

在此次設計中，基於實踐嚐試，由於電路工作環境的不確定性,現(xian)場(chang)環(huan)境(jing)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)，在(zai)本(ben)配(pei)置(zhi)中(zhong)

，在(zai)回(hui)路(lu)中(zhong)添(tian)加(jia)了(le)由(you)兩(liang)個(ge)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)及(ji)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong)組(zu)成(cheng)的(de)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)的(de)保(bao)護(hu)模(mo)塊(kuai)
，
，以(yi)保(bao)證(zheng)輸(shu)出(chu)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。

3、Genius 總線BELDEN9182

整個係統的配置中，所有的I/O模塊都接在Genius總線BELDEN9182shang，danshimeigemokuaizhinengjiezaiyitiaozongxianshang，qietongyitiaozongxianshangbutongdemokuaibixushedingbutongdedizhi，fouzexitonghuijiancedaochongtu，meitiaozongxianliangtouxujiazhuangzhongduandianzu
，qijutijiexianruxiatusuoshi。   

四
、結束語

GMR係統可以描述為多模塊高度整合且靈活強大的子係統
，子係統的數量和參數因係統不同
，GMR係統通過靈活運用業界認可的90－70PLC，GENIUS輸入、輸出模塊
，VERSAMAX模塊及FIELD CONTROL模塊，可以組合成單、雙、三CPU冗(rong)餘(yu)係(xi)統(tong)，可(ke)以(yi)在(zai)苛(ke)刻(ke)環(huan)境(jing)下(xia)選(xuan)擇(ze)三(san)重(zhong)化(hua)係(xi)統(tong)
，或(huo)者(zhe)在(zai)通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)選(xuan)擇(ze)單(dan)重(zhong)化(hua)或(huo)雙(shuang)重(zhong)化(hua)。這(zhe)種(zhong)強(qiang)大(da)的(de)功(gong)能(neng)和(he)靈(ling)活(huo)的(de)配(pei)置(zhi)組(zu)合(he)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)在(zai)各(ge)個(ge)工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)緊(jin)急(ji)刹(sha)車(che)上(shang)具(ju)有(you)獨(du)特(te)的(de)優(you)勢(shi)。在(zai)河(he)北(bei)省(sheng)大(da)港(gang)石(shi)化(hua)有(you)限(xian)公(gong)司(si) 催化裝置、東莞九豐能源有限公司 罐區係統

、中國石化股份有限公司北京燕山分公司造粒機組國產化裝置等多個項目的ESD係統中都有較好的應用。

 

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