胡 楠

（中海石油華鶴煤化有限公司，鶴崗 154100）

中海石油華鶴煤化有限公司是中海石油化學股份有限公司在鶴崗市投資建設的以煤為原料年產30×104t合成氨、52×104t大顆粒尿素裝置，氣化技術采用GE水煤漿氣化技術，ESD系統(tǒng)采用GE GMR系統(tǒng)。

GE公司面向ESD和火災和氣體保護應用開發(fā)了一套（三重化）冗余控制系統(tǒng)解決方案，被稱為Genius冗余控制模塊（GMR），由90-70系統(tǒng)和 GE公司特有Genius輸入輸出模塊以及VeraMax I/O輸入模塊組成，這個方案可以配置成不同規(guī)模，它允許用戶根據(jù)希望得到流程風險降低的程度來改變系統(tǒng)冗余的級別，本公司根據(jù)設計要求采用三重化控制模塊，輸出采用GMR系統(tǒng)特有的“H”型輸出。

1GMR系統(tǒng)結構

GMR系統(tǒng)具有可伸縮性，主要系統(tǒng)結構分為處理器子系統(tǒng)（包括網(wǎng)絡控制器）、Input子系統(tǒng)和Output子系統(tǒng)，系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 GMR系統(tǒng)結構Fig.1 GMR system architecture

GMR中處理器子系統(tǒng)和Input子系統(tǒng)和其他品牌三重化系統(tǒng)結構類似，但輸出子系統(tǒng)具有鮮明特點，GMR系統(tǒng)為了達到失效安全和容錯的要求[1]，提供了 3 種輸出類型：“I”型、“T”型和“H”型。 “I”型在ESD的應用中滿足失效安全，但不容錯；“T”型在火氣系統(tǒng)中是失效安全的，但不容錯；“H”型既是失效安全的又是容錯的。

1.1 “I”型輸出結構

使用“I”模式，它包含1個源型和1個漏型的Genius直流I/O模塊。每一個模塊必須在不同的總線上，都從所有的PLC處獲得輸出命令，都應該能控制負載。允許使用在“失效安全”的應用中，失效時需將負載關閉。結構形式如圖2所示。

圖2 “I”結構形式Fig.2 “I” structure

1.2 “T”型輸出結構

使用“T”模式，它包含2個源型或2個漏型的Genius直流I/O模塊。每一個模塊必須在不同的總線上，都從所有的PLC處獲得輸出命令，都應該能控制負載。允許使用在“高可靠性”的應用中，失效時需將負載打開。結構形式如圖3所示。

圖3 “T”結構形式Fig.3 “T” structure

1.3 “H”型輸出結構

使用“H”型輸出模式，它包含2個源型和2個漏型的Genius直流I/O模塊。每一個模塊都從所有的PLC處獲得輸出命令，2oo3的表決算法由輸出模塊完成。硬件架構使輸出負載既是容錯的又是失效安全的。結構形式如圖4所示。

圖4 “H”結構形式Fig.4 “H” structure

2 GMR系統(tǒng)在水煤漿應用

2.1 輸出子系統(tǒng)應用

根據(jù)GE水煤漿工藝設計要求，參與氣化爐開停車關鍵煤漿、氧氣和氮氣閥門均采用雙電磁閥并聯(lián)結構，即任何一個電磁閥帶電則閥門屬于控制狀態(tài)，只有2臺電磁閥均為失電狀態(tài)，閥門處于聯(lián)鎖狀態(tài)[2]。根據(jù)對GMR 3種輸出結構特性分析，可采用“I”型和“H”型2種失效安全型，鑒于水煤漿氣化爐的高安全性，公司采用“H”型輸出結構，在該結構下控制閥門同時滿足可靠性和安全性的要求。

2.2 輸入結構優(yōu)化

GE水煤漿工藝對安全性要求嚴格，針對氣化爐停車聯(lián)鎖所涉及聯(lián)鎖條件（變送器和閥位反饋）都采用三選二機制，結合GMR系統(tǒng)特點和水煤漿安全要求，修改GMR系統(tǒng)輸入結構，如：原設計將現(xiàn)場 3塊煤漿流量計 FT03103A1、FT03103A2和FT03103A3信號分別接入3塊AI卡的第一通道，即A1、A2和A3 3塊流量表分別進到GeniusA、GeniusB、GeniusC 3條總線內。而修改后為將FT03103A1接入到3塊AI卡的第一通道，F(xiàn)T03103A2接入到3塊AI卡第二通道，F(xiàn)T03103A3接入到3塊AI卡第三通道。即GeniusA、GeniusB、GeniusC 3條總線每條都能讀到3塊流量表數(shù)值[3]。通過此項修改大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性，在每套CPU運算前即做出三選二表決數(shù)值。

2.3 特殊功能塊實現(xiàn)

GMR系統(tǒng)程序編程軟件采用Proficy Machine Edition，此編程軟件具備較高自由性，可根據(jù)用戶需求，編寫邏輯功能塊，封裝后可調用形成通用功能塊[4]，如對水煤漿工藝中煤漿、氧氣和氮氣關鍵閥門要實現(xiàn)如下功能：

①閥門控制的輸入端為順控和聯(lián)鎖邏輯優(yōu)選后最終輸出命令；

②閥門反饋為三選三形式，任何一個閥位反饋在規(guī)定時間內不滿足閥門控制命令，則輸出一個故障報警；

③可更改上述觸發(fā)報警限制時間；

④能實現(xiàn)閥門手/自動無擾切換，即當閥門由自動狀態(tài)切換到手動狀態(tài)時閥門不會動作。

由于軟件本身不具備該項功能塊，可根據(jù)上述編寫通用邏輯塊，將可變量轉為輸入引腳，按照用戶要求實現(xiàn)最終命令輸出[5]。

3 結語

GMR系統(tǒng)結構具有很典型的三重化特點，雖然現(xiàn)在已逐漸退出市場，但其基于PLC式編程語言和獨特的輸出結構，為三重化安全系統(tǒng)提供了很好的借鑒意義，也為學習安全系統(tǒng)人員提供最為直觀的三重化結構，有助于其他類型系統(tǒng)學習，而本公司結合了系統(tǒng)特性和工藝特點，創(chuàng)造性地完成了幾項優(yōu)化，使整個氣化安全聯(lián)鎖回路同時具備安全性與可靠性，本公司3臺氣化爐從2015年4月6日～5月11日，均一次投料成功，雙爐連續(xù)運行記錄達84天。本公司GMR系統(tǒng)在水煤漿氣化中的應用對同行業(yè)有一定借鑒意義。

[1]賈立新.數(shù)字電路[M].浙江：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]張宏建，王化祥，周澤魁，等.檢測控制儀表學習指導[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[3]張雪申.集散控制系統(tǒng)及其應用 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[4]劉翠玲，黃建兵.集散控制系統(tǒng)[M].北京：北京大學出版社，2006.

[5]肖大雛.控制設備及系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006.