GMR控制系統(tǒng)在新型水煤漿氣化爐中的應(yīng)用張基永等GMR控制系統(tǒng)在新型水煤漿氣化爐中的應(yīng)用Application of GMR Control System for New Type of Coal Water Slurry Gasifier張基永吳振衛(wèi)孔陽(兗礦國秦化工有限公司,山東藤州27527)犢要:安全儀表系統(tǒng)的可靠性和可用度是四噴嘴對置式新型水煤漿氣化爐運(yùn)行的關(guān)鍵,也是煤氣化裝置安全運(yùn)行的保障。簡述了四噴嘴對置式新型水煤漿氣化爐工藝敘述了安全系統(tǒng)的控制要求、聯(lián)鎖邏輯系統(tǒng)和實(shí)際工程中的硬件結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),并分析了三重化冗余系統(tǒng)中存在的問題。該系統(tǒng)的成功運(yùn)行對其他類似系統(tǒng)有推廣借鑒的意義。關(guān)鍵詞:新型氣化爐安全儀表系統(tǒng)冗余聯(lián)鎖可靠性中圖分類號:TF29文獻(xiàn)標(biāo)志碼:Ainstrument system are the critical issue for operating new type of four-nozzle opposed cowater slurry gasifier; and also the safeguard of operation for chemical engineering equipment. The technological process of the four-nozzle op-posed slurry gasifier is described briefly; the control requirement of the safety system; interlock system; hardware structure and features in spe-ifie project are expounded. In addition, the existing problems in triple redundant system are analyzed. The satisfactory operating experience isworth to be consulted in other similar systemsKeywords: New type of gasifier Safety instrument system Redundancy Interlock Reliability以CO和H2為主要成分的水蒸氣,飽和的粗合成氣送0引言至下一工序。煤中沒有燃燒的碳和不可燃燒的灰粉兗礦國泰化工有限公司建設(shè)的煤化工企業(yè),其一在高溫下形成熔渣,在激冷室經(jīng)過激冷水降溫形成固期工程設(shè)計(jì)產(chǎn)量為甲醇240ka醋酸200kta。其中體落入氣化爐渣斗中,定期排出。甲醇系統(tǒng)煤氣化裝置采用我國自主研發(fā)的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“多噴嘴對置式新型氣化爐”技術(shù)?！靶滦?安全系統(tǒng)控制儀表水煤漿氣化技術(shù)”被科技部列入“十五”期間國家新型水煤漿氣化爐安全系統(tǒng)控制氣化爐的水煤863”計(jì)劃。單臺氣化爐設(shè)計(jì)處理煤1150vd,兗礦國漿、氧氣給料以及所屬的氮?dú)獯祾邿炖鋮s水、氮?dú)馓┗び邢薰拘滦退簼{氣化爐于200年7月首置換等工藝系統(tǒng)。安全系統(tǒng)工藝中有4條煤漿管線和次開車,到目前為止,運(yùn)行情況穩(wěn)定。4條氧氣管線。每條煤漿管線上又設(shè)置了3個(gè)測量煤1新型氣化爐工藝介紹漿流量的儀表、2臺串聯(lián)的氣動(dòng)煤漿截止閥和氣動(dòng)煤漿循環(huán)閥;每條氧氣管線上設(shè)置了3臺測量氧氣流量四噴嘴對置式水煤漿氣化爐(以下簡稱新型氣化的儀表、2臺串聯(lián)的氣動(dòng)氧氣截止闕、1臺氧氣調(diào)節(jié)閥爐)采用氣流床反應(yīng)器,工藝流程為:濃度為60%-和1臺氧氣放空閥;每條燒嘴冷卻水管線上設(shè)置了26%的水煤漿經(jīng)2個(gè)隔膜泵加壓,通過4個(gè)對稱布置臺流量測量儀表、1臺溫度測量儀表和1臺壓力測量在氣化爐中上部同一水平的預(yù)膜式工藝燒嘴與限量儀表;氣化爐本體上設(shè)置了3臺液位測量儀表氣化爐的O2一起噴入氣化爐內(nèi);在溫度為1350℃、壓力為出口合成氣管線上設(shè)置了3臺溫度測量儀表。4.0MPa的工況下進(jìn)行非催化、煤部分氧化反應(yīng),煤在氣化爐內(nèi)經(jīng)過顆粒湍流彌散振蕩運(yùn)動(dòng)對流加熱、輻3工藝過程對控制系統(tǒng)的要求射加熱、煤漿蒸發(fā)、顆粒中揮發(fā)物的析出、氣相反應(yīng)、煤新型水煤漿氣化爐是水煤漿和純氧的反應(yīng),溫度焦的多相反應(yīng)等過程,煤氣經(jīng)過激冷、除塵洗滌,制成為中國煤化工,反應(yīng)生成物易燃易爆為了保證人身和設(shè)修改稿收到日期:2008-10-09。第一作者張基永,男,1974年生,2005年畢業(yè)于山東理工大學(xué)電氣自動(dòng)備的CNMHG全系統(tǒng)必須具備化專業(yè),勳理工程師;主要從事化工裝置溯量僅表及控制系的管理工作?！翱煽啃浴焙汀翱捎眯浴?。PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION VoL 30 No. 7 July 2009GMR控制系統(tǒng)在新型水煤漿氣化爐中的應(yīng)用張基永,等安全系統(tǒng)的主要功能包括:①自動(dòng)開車,即在氣化爐點(diǎn)。GMR系統(tǒng)配置靈活,可以從輸入模塊通過1~3啟動(dòng)期間整個(gè)氣化爐框架內(nèi)不允許人員進(jìn)入,開車完全個(gè) PLC CPU處理器到輸出模塊的各種冗余組合。包依靠自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)氣化爐工作是成對將燒嘴投入括所有的開關(guān)量和模擬量的輸人表決和輸出表決算運(yùn)行即先啟動(dòng)一對燒嘴然后再啟動(dòng)另外一對燒嘴啟動(dòng)法,輸入和輸出自檢和故障報(bào)告機(jī)制。氣化爐采用“一鍵式”的方法按下“啟動(dòng)氣化爐”按鈕后,GMR三重化冗余系統(tǒng)配置包含了3個(gè)獨(dú)立的安全系統(tǒng)的閥門按照規(guī)定的順序進(jìn)行動(dòng)作,直至氣化爐PIC以及運(yùn)行在每個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)中的診斷程序。通過啟動(dòng)成功;②聯(lián)鎖停車,當(dāng)安全系統(tǒng)的工藝參數(shù)超過安全“三取二”表決提高了系統(tǒng)的可靠性。在三重化配置范圍緊急停車系統(tǒng)發(fā)出指令停車;③具備SOE和第一事中,每一個(gè)CPU通過 Genius輸入/輸出總線將邏輯狀故鎖定功能,以降低平均修復(fù)時(shí)間(MTR)。態(tài)送至輸出子系統(tǒng); Genius輸出模塊對三重化數(shù)據(jù)進(jìn)行表決。其典型的配置如圖2所示。4新型氣化爐安全停車引起氣化爐停止運(yùn)行的聯(lián)鎖條件很多,總體可分為可編程控制器1對燒嘴停止運(yùn)行以及2對燒嘴停止運(yùn)行這2種情況安全系統(tǒng)邏輯屬于“故障-安全”模式,即系統(tǒng)出重化總線現(xiàn)故障(包括測量儀表本身),系統(tǒng)將停止運(yùn)行,裝置中相關(guān)設(shè)備處于安全停車狀態(tài)。當(dāng)安全系統(tǒng)正常運(yùn)行,邏輯線路檢測端和執(zhí)行端帶電”;當(dāng)在故障情況下,則“失電”,以確保達(dá)到“故圖2典型配置圖Fig 2 Typical configuration障-安全”模式大量采用了“三取二”表決邏輯,即同一工藝參數(shù)GMR識別系統(tǒng)發(fā)生故障后,能自動(dòng)對其進(jìn)行補(bǔ)償,(或氣動(dòng)截止閥狀態(tài))用3臺儀表進(jìn)行測量,若2個(gè)測允許在不中斷系統(tǒng)的情況下,對其進(jìn)行維修和更換部量結(jié)果超出安全臨界值將聯(lián)鎖停車?！叭《北頉Q件。由1個(gè)軟件報(bào)警器來處理故障該報(bào)警器記錄了帶邏輯模式從結(jié)構(gòu)上具有容錯(cuò)能力提高了聯(lián)鎖系統(tǒng)的有時(shí)間標(biāo)簽的LO故障和系統(tǒng)故障,并生成診斷表可可靠性。三取二邏輯原理如圖1所示。以上傳到上位機(jī)監(jiān)視畫面中,方便維護(hù)人員修復(fù)故障。5.2三重化系統(tǒng)硬件配置Al: 4--20mADCGT工藝參數(shù)A重化冗余系統(tǒng)由上位機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、PLC控制器和輸人/輸出模塊4個(gè)基本單元組成。2臺上位機(jī)采用工藝參數(shù)Al: 4--20mDe公司生產(chǎn)的0PDCX270機(jī)型。系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)工藝參數(shù)比較器大于設(shè)定值,軸出高電平分為以太網(wǎng)和 Genius Bus這2個(gè)層次,以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用思科295040交換機(jī)。PC控制器單元采用3個(gè)90-70l0697CPM790PIC組成三重化冗余結(jié)構(gòu),分別安抗 ANDH OR一網(wǎng)門關(guān)狀態(tài)裝在9槽機(jī)架IC97CHS790中;網(wǎng)絡(luò)單元包括3個(gè)以太Al: 4-20mADC網(wǎng)控制模塊IC697CMM7429和9個(gè)IC67BEM73Icem聞門變送ius Bus控制模塊;輸人輸出單元配置有12個(gè) VersaMax圖1三取二邏輯原理圖L/oIC200CB001子站,共計(jì)有33個(gè)l000ALC264模擬Fig 1 Principle of the 2 out of 3 logic量輸入模塊及配套的安裝機(jī)架IC200CH022、23個(gè)32點(diǎn)正邏輯模塊I060BBDO4、8個(gè)32點(diǎn)負(fù)邏輯模5三重化冗余系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)塊IC6oBBD025。兗礦國泰化工有限公司一期工程新型氣化爐裝置三重化冗余系統(tǒng)還配置了3個(gè)西門子24VDC電源安全系統(tǒng)采用了 GE Faun公司開發(fā)的三重化冗余控模塊、l個(gè)一分三模擬量信號分配器和近200個(gè)中間繼制系統(tǒng)GMR。電器中國煤化工模擬4-20mA信51GMR系統(tǒng)的特點(diǎn)號,通mA,分別送至erGMR系統(tǒng)具有容錯(cuò)、綜合診斷、遠(yuǎn)程LO、在線模sMaxCNMHG比較運(yùn)算組成三塊修理、將故障識別到點(diǎn)級降低平均修復(fù)時(shí)間等特取二”邏輯,即3個(gè)4~20mA信號通過3個(gè)信號分配器自動(dòng)化儀表》第30卷第7期200年7月GMR控制系統(tǒng)在新型水煤漿氣化爐中的應(yīng)用張基永,等通道,分配成9個(gè)4-20mA信號送至 VersaMax 10中和用于氣化爐過程控制的 Honeywell PKS DCS系統(tǒng)進(jìn)的模擬量輸入卡。開關(guān)量通過中間繼電器進(jìn)行信號分行單向數(shù)據(jù)通信。配并采用2種測量方法表示切斷閥閥門狀態(tài)。2個(gè)閥位開關(guān)(開關(guān)位各一個(gè))和閥位變送器經(jīng)過比較運(yùn)算組6三重化冗余系統(tǒng)中存在的問題成“三取二”邏輯。兗礦國泰化工有限公司新型氣化爐安全系統(tǒng)的三開關(guān)量輸出模塊釆用“H型"冗余輸出模式,其特重化冗余控制系統(tǒng)自投用以來運(yùn)行穩(wěn)定,但也存在不點(diǎn)是釆用Ⅰ個(gè)負(fù)載(中間繼電器線圈)兩端的高低電足之處。在硬件系統(tǒng)中信號分配器是一個(gè)關(guān)鍵的中間平,分配來自3個(gè) Genius bus上的4個(gè)智能型開關(guān)量環(huán)節(jié),在此系統(tǒng)的配置中,信號分配器同時(shí)接收15路Genius模塊2個(gè)源輸出模塊( source blocks)和2個(gè)漏4-20mA信號,并將其分配成45路4~20mA信號。輸出模塊( sink blocks)。2個(gè)源輸出并聯(lián)接在負(fù)載的如果信號分配器出現(xiàn)故障,會(huì)影響安全系統(tǒng)的“可用端2個(gè)漏輸出并聯(lián)接在負(fù)載的另一端,4個(gè)智能型性”,造成無謂的經(jīng)濟(jì)損失,這是此系統(tǒng)今后必須解決開關(guān)量 Genius模塊構(gòu)架在3路 Genius Bus總線上,1的技術(shù)問題。個(gè)源模塊和1個(gè)漏模塊必須處在同一路 Genius Bus另外一個(gè)不足之處是,SOE功能不完善。SOE是上,同一總線上的模塊有不同的總線地址?！癏型”冗 CIMPLICITY Machine Edition在梯形圖組態(tài)中調(diào)用的余輸出模式實(shí)現(xiàn)3-2-0表決方式。vC編制生成的程序,在使用中SOE曾出現(xiàn)不能準(zhǔn)確53三重化系統(tǒng)軟件配置記錄事件順序的問題,雖然不對安全系統(tǒng)造成危害,但上位機(jī)安裝了 GMR Configurator、 GE Fanuc CIMPLIC-影響平均修復(fù)時(shí)間和問題判斷,這也是此系統(tǒng)必須要ITY Machine edition和 CIMPLICITY HM這3個(gè)軟件MR Configurator用來配置三重化冗余控制系統(tǒng)的控制策略。其對系統(tǒng)硬件規(guī)模、各種LO模塊配置7結(jié)束語表決策略等進(jìn)行組態(tài),硬件配置完成并經(jīng)編譯無誤后,在實(shí)際使用中,兗礦國泰化工有限公司新型水煤將控制策略打印成HTML格式文檔。漿氣化爐三重化冗余控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)了工藝CIMPLICITY Machine Edition軟件進(jìn)行控制方案裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。三重化冗余控制系統(tǒng)是冗余、組態(tài)。如CPU、電源、網(wǎng)絡(luò)模塊、 Genius Bus和VO模容錯(cuò)的邏輯運(yùn)算器,是安全系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分。塊等具體的型號組態(tài),根據(jù) GMR Configurator生成的安全系統(tǒng)的安全可靠性,要求在重視邏輯運(yùn)算器、傳感HTML格式文檔,組態(tài)各種ⅣO模塊存儲器地址、長器和最終執(zhí)行元件3個(gè)主要硬件配置的同時(shí),也要關(guān)度、濾波時(shí)間等。 CIMPLICITY Machine Edition提供梯注其它如配電器、信號分配器、中間繼電器、電源模塊形圖組態(tài)方式提供標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)庫,支持變量名組態(tài)以等配套設(shè)備,摒棄了原先只重視邏輯運(yùn)算器忽視傳感及高級語言編程。在本系統(tǒng)中,SOE功能就是調(diào)用的器、最終執(zhí)行元件和其它配件的認(rèn)識。實(shí)踐表明,只有VC編程生成的可執(zhí)行程序。依據(jù)設(shè)計(jì)方提供的邏輯安全系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)均可靠,才能構(gòu)建成一個(gè)具有高圖編制成梯形圖,經(jīng)過編譯無誤后,分別下載到3個(gè)“可靠性”、“可用性”的安全系統(tǒng)90-70 PLC CPU中。參考文獻(xiàn)CIMPLICITY HM軟件是三重化冗余控制系統(tǒng)的1趙柱德土古水煤漿加壓氣化爐安全系統(tǒng)儀表設(shè)計(jì).石油化人機(jī)接口,可以完成監(jiān)控畫面如流程圖組態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)工自動(dòng)化,2003(6):11(動(dòng)態(tài)點(diǎn))鏈接等功能啟動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件,為操作人121孫精多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)工程設(shè)計(jì)門化工設(shè)計(jì)2007(17):3-7員提供操作平臺,使用畫面中設(shè)置的軟按鈕,完成新型[3]齊亞平,姜鍵生史建樣多元料漿加壓氣化爐安全系統(tǒng)的應(yīng)用氣化爐的啟停T作,操作人員可以實(shí)時(shí)瀏覽監(jiān)控畫面及分析[J].自動(dòng)化儀表,2007,28(9):43-45報(bào)警、SOE、第一事故鎖定等信息。[4]邵建設(shè)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性及可用性分析[冂].儀器儀表標(biāo)安全系統(tǒng)在正常開車情況下處于靜止?fàn)顟B(tài),不要準(zhǔn)化與計(jì)量,2002(6):30-34求操作人員進(jìn)行干預(yù)僅在新型氣化爐工藝過程的參5]郭建忠,方群偉,重化冗余控制系統(tǒng)CMR在主風(fēng)機(jī)組中的應(yīng)用[刀石油化工自動(dòng)化,2006(4):45-51程使了藝中的設(shè)備處于安全狀態(tài)為方便操作人員在中國煤化工應(yīng)朋當(dāng)代他DCS操作界面中監(jiān)視到如安全系統(tǒng)閥門狀態(tài)各種歷(7CNMH.陳油與化工,200(3):史趨勢等相關(guān)信息,三重化冗余系統(tǒng)還通過OPC技術(shù)8-70.PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION VoL, 30 No. 7 July 2009