信号隔离器和安全栅在ESD紧急停车系统中的应用———信号隔离器

［编辑简介］：本文简要介绍了ESD紧急停车系统的概念和特点，说明了信号隔离器和安全栅在该系统的应用，并分别介绍了GE公司GMR系统和WOODWARD 公司MicroNet TMR 蒸汽透平机组综合控制系统。［摘要］：ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车系统的缩写。这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。 ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。在正常情况下，ESD系统是处［关键词］：信号隔离器 安全栅 ESD 紧急停车系统
    ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。在正常情况下，ESD系统是处于静态的，不需要人为干预。作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而直接由ESD发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。具有关资料，当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，当操作人员面临生命危险时，要在60s内作出反应，错误决策的概率高达99.9%。因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的，这是作好安全生产的重要准则。该动则动，不该动则不动，这是ESD系统的一个显着特点。
       信号隔离器 安全栅在此系统的应用 有几种情况
  1  一入三出  信号隔离器  参数 4  24VDC外供电
  2  三入一出  信号隔离器  参数 4-20M,A*3  /4-20MA   24VDC外供电  对三路信号的正常状况 做出分析 输出正确信号 保证系统的正常工作
  3.  一入一出 信号隔离器   参数  
  输入信号：磁阻式传感器的正弦波信号幅值范围：1.4VPP-200VPP  
  输出信号：TTL电平 高电平：4.5V-12V
  低电平：《0.5V   频率范围：0-20KHZ   工作电源：20-35VD
  
         为何要独立设置ESD系统呢？当然一般安全联锁保护功能也可由DCS来实现。但是对于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置，这样做主要有以下几方面原因：
         （1）降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统;
         （2）对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快；
         （3）DCS系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作。
  ·GMR（三重化冗余控制系统)
         GMR（Genius Modular Redundancy）三重化冗余(ITCC)控制系统是基于GE Fanuc公司的90-70PLC以及先进的智能化输入/输出模块（Genius I/O）构成的具有国际先进水平的三重化表决控制系统。 GMR系统是一个非常具有灵活性的系统，它可以提供输入到CPU控制器以及输出的各种冗余组合；这就是说：用户可以根据自己的工艺要求将不同的参数按不同的配置进行处理。根据对冗余的不同要求；传感器信号被引入到隔离的Genius输入模块。设置在独立机架中；各自独立的CPU从每条Genius总线上接受这些输入信号并对信号进行表决，然后，根据表决结果执行相应的应用程序。以GMR系统中三重化（TMR）的配置为例：它包含三个独立的PLC以及运行在每个单独系统中的诊断程序。通过三选二的表决，系统为用户提供了高可靠性和无误差操作。
         该系统以其强大的功能和灵活的配置组合在各个工业领域，例如：石油化工；冶金；电力；轻工；纺织；铁路；压缩机；鼓风机组等需要安全保护及自动连锁保护的场合得到广泛地应用，特别是在紧急停车；锅炉；加热炉管理；环保以及火焰气体监测的应用上具有独特的优点。
         由于系统的硬件采用了物理上无藕合设计和分离式结构电路保护，因此用户一般不用担心出现硬件故障影响操作。
         在TMR配置中，三个CPU中的每个CPU通过三重化的GeniusI/O总线将逻辑状态结果送至输出子系统；Genius输出模块对三重化的输出数据进行表决，然后送至负载。离散输出电路对电流，电压传感器的信号进行综合分析，从而，实现对输出和负载状态的诊断。GMR识别系统鼓掌并对其自动补偿，同时，允许在不中断系统运行的情况下对其实施维修和部件更换。故障是一个软件报警器功能来处理的，它可以提供时间记录和I/O故障报告，系统故障的两个诊断表可以有编程器显示，也可以送到计算机或其它协处理器进行显示。
         每一个PLC中的诊断程序都在持续地运行以检测明显的隐蔽的故障，从而，降低系统的平均修复时间（MTTR），同时，为维修和操作人员自动生成故障报告。
         内存错误的诊断是有奇偶校验来完成的，同时也对数据、地址线进行测试。
         GeniusI/O以其先进的技术和分布式设计使得它的I/O可以监测在系统中的其它智能设备的状态，从而无需长距离引线就能提供自动诊断。GeniusI/O既可以提供本地安装方式也可以提供远程安装方式，从而，可以接生50%的安装成本。
  ·WOODWARD 公司   MicroNet TMR 蒸汽透平机组综合控制系统
         MicroNet TMR ? 控制系统最主要的特点为采用三冗余 (TMR)结构。MicroNet TMR采用Motorola CPU (Pentium/NT CPU不支持TMR)进行双向数据交换表决和程序同步功能。MicroNet TMR包括三个隔离的单元部分。每个部分包括自己的CPU，CPU电源和四个I/O模板。I/O模板可以为单点，双冗余，三冗余或其结合方式。每个单元的I/O部分扩展到MicroNet机箱的一个或多个部分，通讯模块使它们相互通讯。
         单元部分可独立监视所有的输入数据，执行所有的应用计算，产生所有的输出值。输出采用 3选2逻辑。采用这种结构，某一单元发生的故障将被允许
  解决方案
         ESD系统广泛应用于石油化工，冶金，电力，轻工，纺织，铁路，压缩机，鼓风机等需要安全保护及自动联锁保护的场合。针对这种场合，GE FANUC AUTOMATION推出了90-70 GMR（Genius Module Redundancy）表决系统。
         根据对冗余的不同需求；传感器信号被引入到隔离Genius输入模块。设置在独立机架中，各自独立的CPU从每条Genius总线上接受这些输入信号并对信号进行表决，然后，根据表决的结果执行相应的应用程序。由于系统的硬件采用了物理无藕合设计和分离式结构电路保护，因此用户不用担心出现硬件故障影响操作。离散输出电路对电流，电压传感器的信号进行综合分析，从而，实现对输出和负载状态的诊断。
         GMR识别系统故障并对其进行自动补偿，同时，允许在不中断系统运行的情况下对其实施维修和部件更换。故障是由一个软件报警器功能来处理的，它可提供时间记录和I/O故障报告，系统故障的两个诊断表可以由编程器显示，也可以送到计算机或其他协处理器进行显示。每一个PLC中的诊断程序都在持续地运行以检测明显的和隐藏的故障，从而，降低系统的平均修复时间（MTTR），同时，为维修和操作人员自动生成故障报告。
  WOODWARD 公司 MicroNet TMR 5009-数字式三冗余控制器
  - 单阀，机械驱动透平
- 单阀，发电驱动透平
- 单抽汽或补汽，机械驱动透平
- 单抽汽或补汽，发电驱动透平
  实例解决方案
  1、WOODWARD 公司 MicroNet TMR 5009-数字式三冗余控制器
   2、GE公司GMR三重化控制系统
         GMR控制器是由PLC CPU 788/789和CPM790以及相关的电源、机架、通讯等模块构成。如果系统配置是双重化或三重化的，所选取CPU必须是相同型号。每一个PLC需要1-3个总线控制器（Bus Controllers）。
  组成：
  GMR CPU： IC697CPU788，或IC697CPU789，或IC697CPM790
  GMR CPU参数：
  IC697CPU788（80386DX，512K MEM，325点I/O）
  IC697CPU789（80386DX，512K MEM，12K I/O）
  IC697CPM790（80486DX，1M MEM，12K I/O）
  CPU内存（788，789）：IC697MEM735
  90-70总线控制器（GBC）：IC697BEM731
  电源（PS）：IC697PWR711/710
  机架（RACK）：IC697CHS790-9槽（后安装） IC697CHS791-9槽（前安装）
  GMR软件： IC641SWP745
  编程软件： IC640HWP706带编程电缆及一套印刷手册 IC640HWC706带编程电缆及光盘手册
  注：IC697CPM790已经带了1M内存，所以不需要再额外订购内存板
  90-70 GMR表决系统的特点：
  除了典型的TMR系统所具备的特点：冗错（Fault Tolerant）；失败安全（Fail Safe）；较强的诊断功能；远程I/O；在线模块修理以及高可靠性和高可用性之外，GMR系统还具有下列优点：
  a）应用灵活性；可组态逐点冗余使之可以根据指定的应用要求配置你自己的硬件系统，从而节省开支。
  b）GeniusI/O加速你的系统构成既开车进程；无须进行长距离拉线以节省时间和投资。
  c）消除保险；瞬时短路被电子化清除；降低了平均修复时间（MTTR）。
  d）在CPU安装之前可利用手持监视器按你自己的进度调试I/O电路参数；节省你的组态时间。
  e）软件驱动以及文档自生成组态。
  f）与多种"即插即用"通讯装置兼容。
  g）GMR是一个"高可靠性"和"高可用性"的系统。