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摘要:
本文介紹了GE 90-70 GMR係統在達州市大竹玖源化工有限公司40萬噸/年合成氨、45萬噸/年尿素項目一期工程中的應用，具體就GMR係統中輸入子係統、輸出子係統的硬件配置，以及GMR係統在大化肥主要工段中的應用進行了描述。
一. 項目背景
大化肥行業具有工藝流程長、複雜，且屬易燃、易爆危險裝置，對安全要求極高的特點。安全聯鎖采用獨立於控製係統的ESD係統顯得十分必要。ESD係統是適用於高溫、高壓、易燃、易爆等連續性生產裝置的安全保護係統。當生產裝置出現緊急情況時，不需要經過DCS係統，而直接由ESD發出保護聯鎖信號，對現場設備進行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失。
達州市大竹玖源化工有限公司40萬噸/年合成氨、45萬噸/年尿素項目以天然氣為原料，采用蒸汽轉化法生產合成氨技術。合成氨裝置由Farmland工廠天然氣轉化部分和Cytec工廠合成氨裝置的其他部分組合而成。兩廠均采用Kellogg工藝技術。項目工藝裝置均為易燃易爆、高度危險、連續生產的重要化工裝置，這就要求必須配置先進的、高可靠的設備，配置能充分滿足大化肥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公司的 90-70 GMR表決係統。
二.GE的90-70 GMR解決方案簡介
美國GE FANUC公司的GMR（Genius Modular Redundancy）三重化冗餘控製係統是基於GE Fanuc公司的90-70PLC以及先進的智能化輸入/輸出模塊（Genius I/O）構成的具有國際先進水平的三重化表決控製係統。此係統包含三個獨立的90-70PLC以yi及ji運yun行xing在zai每mei個ge單dan獨du係xi統tong中zhong的de診zhen斷duan程cheng序xu。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，三個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。
該係統具有如下特點：
l 容錯功能（Fault Tolerant）
l 失敗安全（Fail Safe）
l 高等級自檢及診斷檢測
l 應用靈活性，可組態逐點冗餘使之可以根據指定的應用要求配置自己的硬件係統
l Genius I/O加速係統的開車進程，不須長距離拉線
l 支持中央控製和分布控製係統
l 消除保險，減低了平均修複時間（MTTR）
l 故障識別到點級，進一步降低了平均修複時間（MTTR）
l 基於20ms的掃描時間
l 支持三選二、二選二、二選一以及單機係統配置
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 CPUzhujijinxingbiaojue，biaojuejieguosonggeishuchumokuaizuzaibiaojuehoushuchu。zaigaixiangmudeshejizhongcaiyongleliangzhonghuashurufangshi，yigexianchangshuruxinhaotongguoduanzipaifenpeidaolianggedulideshurumokuaiIC660BBD020，每個模塊連接到單獨的 Genius 總線BELDEN9182。
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。基於所有設備的可靠性和可用性 ，采用了“T”型輸出配置。每一個現場輸出是由兩個源型（Source）模塊IC660BRD020並聯接在負載的一端，負載的另一端接地。這種結構即是失敗安全（Fail Safe）的又是容錯(Fault Tolerant)的。配置如下圖所示。
3、Genius 總線BELDEN9182
整個係統的配置中，共有兩條Genius總線BELDEN9182貫穿所有的DI/DO模塊，每條總線的具體接線如下圖所示。
4、外配成套部分
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，因此對於上述係統，還需設置一定的輔助櫃SIS1-SIS4(4個輔助櫃)，其中，SIS1櫃為係統電源櫃和90-70PLC機架櫃，配置2個9槽機架。SIS2-SIS4為Genius DI、DO模塊配置櫃，另外，還有3台特製操作台，用於安裝選擇開關、按鈕、閃光報警器等。
三.基於合成氨、尿素工藝的控製方案
在化肥廠的中／大da型xing化hua肥fei生sheng產chan裝zhuang置zhi中zhong，壓ya縮suo機ji組zu作zuo為wei大da型xing的de轉zhuan動dong設she備bei得de到dao了le大da量liang應ying用yong。並bing且qie作zuo為wei核he心xin裝zhuang置zhi，是shi生sheng產chan的de關guan鍵jian裝zhuang置zhi。所suo以yi透tou平ping壓ya縮suo機ji組zu的de聯lian鎖suo控kong製zhi，是shi保bao證zheng整zheng個ge化hua肥fei裝zhuang置zhi安an全quan生sheng產chan運yun行xing的de關guan鍵jian。此ci項xiang目mu中zhong壓ya縮suo機ji控kong製zhi包bao括kuo了le天tian然ran氣qi壓ya縮suo機ji聯lian鎖suo、空氣壓縮機101-J聯鎖、合成氣壓縮機103-J聯鎖、氨壓縮機105-J聯鎖、CO2壓縮機C-101聯鎖。
其他工段控製方案包括了：
l 高低溫變換工段聯鎖
l 脫碳工段聯鎖
l 甲烷化工段聯鎖
l 工藝空氣停車係統聯鎖
l 引風機聯鎖
l 送風機聯鎖
l 一段爐燃料安全係統聯鎖
l 輔鍋燃料安全係統聯鎖
l 開工加熱爐燃燒安全聯鎖
l 原料氣停車係統聯鎖
l 廠級事故停車聯鎖
其中廠級事故聯鎖停車作為整條工藝流程安全生產的保障，顯的尤為重要。
四.總結與展望
ESD係統作為整個化肥生產工藝裝置安全聯鎖的核心控製係統，其可靠性和穩定性直接影響著全廠的生產安全。 GE 90-70 GMR係統提供從輸入到CPU控製器以及輸出的各種組合，符合IEC61508標準並可達到和獲得TÜV AK1~AK6/IEC SIL1~SIL3等級認證。其在達州玖源4045大化肥項目裝置上成功應用，對現場設備進行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失，為工廠安全生產保駕護航。
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