GE智能平臺－GE三重冗余安全表決系統(tǒng)（GMR）在建滔（河北）焦化有限公司粗苯加氫系統(tǒng)

［摘要］：本文通過對建滔（河北）焦化有限公司5萬噸/年焦化粗苯加氫精制裝置保護系統(tǒng)的介紹，向讀者描述了GE 智能平臺三重冗余安全表決系統(tǒng)（GMR）產(chǎn)品在焦化粗苯加氫精制裝置保護系統(tǒng)中成功應用的一套完整的解決方案。［關鍵詞］：GE智能平臺 GMR 粗苯加氫系統(tǒng)　

應用背景：
　　建滔（河北）焦化有限公司——化工行業(yè)——該公司為建滔化工集團全資擁有的子公司，于2003年7月開始籌建，總投資超過7億元人民幣。 建滔（河北）焦化有限公司主要從事焦炭生產(chǎn)，設計年生產(chǎn)能力為搗固焦100萬噸、焦油36000噸、粗苯12000噸。
　　苯、甲苯、二甲苯（簡稱BTX）等同屬于芳香烴，是重要的基本有機化工原料，由芳烴衍生的下游產(chǎn)品，廣泛用于三大合成材料（合成塑料、合成纖維和合成橡膠）和有機原料及各種中間體的制造。純苯、甲苯和二甲苯大量用于生產(chǎn)精細化工中間體、有機原料，以及農(nóng)藥和溶劑等方面。焦化粗苯主要含苯、甲苯、二甲苯等芳香烴，另外還有一些不飽和化合物、含硫化合物、含氧化合物及氮化合物等雜質。粗苯精制就是以粗苯為原料，經(jīng)化學和物理等方法將上述雜質去除，以便得到可作原料使用的高純度苯。近年來，國內(nèi)許多企業(yè)的焦化項目紛紛上馬，焦化粗苯的產(chǎn)量迅速增加，為粗苯加氫精制提供了豐富的原料。

客戶需求
　　建滔（河北）焦化有限公司采用先進的加氫精制法來進行粗苯的深加工生產(chǎn)，既Koppers加氫/Morphylane萃取蒸餾法，設計加工量5萬噸/年。該工藝屬國際先進水平，三廢少，污染少，催化劑、萃取劑均可再生。但需要注意的是，粗苯加氫精制工藝中的加氫反應溫度為3500℃，壓力為3.5Mpa。因溫度和壓力較高，要注意安全防范工作。因此粗苯加氫精制裝置不僅需要快速、可靠的過程控制系統(tǒng)，也需要高效、安全、可靠的緊急停車安全保護系統(tǒng)（ESD系統(tǒng)）來確保生產(chǎn)裝置穩(wěn)定的、安全的運行。
　　此外，為了便于運行管理，用戶需要采用的緊急停車安全保護系統(tǒng)（ESD系統(tǒng)）具有與過程控制系統(tǒng)（DCS）具有通訊功能。將緊急停車安全保護系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及一些工藝參數(shù)在過程控制系統(tǒng)中顯示。
　　

解決方案
　　根據(jù)粗苯加氫精制裝置緊急停車安全保護系統(tǒng)的特點和需要，并且考慮到用戶提出的在保證系統(tǒng)安全性、先進性、可靠性和完整性的要求。GE智能平臺為用戶提供了一套成熟可靠的基于GE GMR（Genius Modular Redundancy）三重化安全表決的自動化控制系統(tǒng)平臺，并由鞍山市新泰科自動化設備有限公司負責為最終用戶進行系統(tǒng)集成與調(diào)試。
　　GE智能平臺開發(fā)的GMR三重化安全表決系統(tǒng)是面向ESD、火災和氣體保護應用開發(fā)了一套三重化的冗余控制系統(tǒng)解決方案。它由90-70系統(tǒng)和GE智能平臺特有的Genius I/O輸入輸出模塊以及VersaMax I/O輸入輸出模塊構成。這個方案是可配置成不同規(guī)模，它允許用戶根據(jù)希望得到的流程風險降低的程度來改變系統(tǒng)的冗余級別。
　　 GMR三重化安全表決系統(tǒng)除了典型的TMR系統(tǒng)所具備的特點：容錯、綜合診斷、遠程I/O、在線模塊修理以及高可靠性和高可用性之外，GMR系統(tǒng)還具有下列優(yōu)點：
　　·應用靈活性；可以根據(jù)指定的應用要求進行逐點組態(tài)冗余配置的硬件系統(tǒng)，從而節(jié)省開支。
　　·Genius I/O加速系統(tǒng)構成，加快開車進程；無須進行長距離拉線以節(jié)省時間和投資。
　　·電子保險絲；瞬間短路被電子化清除；降低了平均修復時間（MTTR）。
　　·故障識別到點級；進一步降低了平均修復時間（MTTR）。
　　·與多種“即插即用”通訊裝置兼容。
　　GE GMR（Genius Modular Redundancy）三重化安全表決解決方案可大致分為以下三個部分。
　　·三重冗余Genius通訊網(wǎng)絡。
　　·三重冗余表決控制器及其冗余表決I/O子站
　　·上位機操作員站（HMI）兼SOE工作站和工程師維護工作站。
　　系統(tǒng)結構圖可以參見圖1所示。

　　1.三重冗余Genius通訊網(wǎng)絡
　　Genius通訊網(wǎng)絡是GE智能平臺開發(fā)并引入到工業(yè)控制領域的一種工業(yè)現(xiàn)場總線。Genius總線是一個對等的、令牌網(wǎng)絡，一條網(wǎng)絡最多可以有32個站點。該網(wǎng)絡具有很高的網(wǎng)絡吞吐率；具有良好的時實性。Genius網(wǎng)絡采用頻移鍵控調(diào)制技術（FSK），可以有效的防止工業(yè)現(xiàn)場的各種干擾。
　　在系統(tǒng)中，三重冗余Genius用于連接三重冗余表決控制器和各個I/O輸入、輸出表決模塊組。在系統(tǒng)運行過程中負責冗余表決控制器以及I/O站之間的數(shù)據(jù)同步和交換。

　　2.三重冗余表決控制器及其冗余表決I/O子站
　　GMR三重冗余表決控制器采用GE智能平臺系列90-70可編程系列專用控制器；冗余表決I/O子站分別采用Genius Block輸入輸出模塊以及VersaMax I/O輸入輸出模塊構成。
　　2.1表決控制器
　　系列90-70可編程控制器是GE智能平臺控制器系列中先進的產(chǎn)品。采用了新的設計和制造技術，系統(tǒng)配置和安裝簡易，機架總線采用開放的VME總線結構，可與第三廠家VME產(chǎn)品兼容。CPU模塊具有一系列不同性能規(guī)格的型號，以滿足各種大規(guī)模，復雜的高速控制要求。此系統(tǒng)中采用了GMR系統(tǒng)專用控制器產(chǎn)品。
　　此方案中，GMR三重化冗余控制器采用三個獨立的CPU，可組態(tài)為3-2-1-0或3-2-0的工作模式，以滿足用戶不同應用的需要。系統(tǒng)通過3選2的表決來提供高可靠性和無誤差的操作。此外，GMR三重化冗余控制器物理上無耦合設計和分離式結構電路保護可以從本質上消除共模失效的潛在可能性。
　　為了與過程控制的DCS系統(tǒng)進行通訊，每個表決控制器上都預留了Modbus RTU 從站通訊接口，用來實現(xiàn)DCS系統(tǒng)與ESD系統(tǒng)的通訊。其中DCS系統(tǒng)作為Modbus RTU通訊的主站，ESD系統(tǒng)作為Modbus RTU通訊的從站。
　　2.2冗余表決I/O子站
　　為了使方案更加合理，同時也節(jié)省用戶的投資。此方案中冗余表決I/O子站采用GE智能平臺兩種不同系列的I/O產(chǎn)品，即Genius I/O產(chǎn)品和VersaMax I/O輸入輸出模塊。
　　其中離散量輸入輸出（DI/DO）I/O模塊表決組采用Genius I/O產(chǎn)品；模擬量輸入（AI）I/O模塊表決組、模擬量輸出（AO）I/O模塊冗余輸出組采用VersaMax I/O輸出輸出模塊。
　　Genius I/O提供了一整套離散、模擬和繼電器，回路可以從6至32個。Genius I/O 模塊不僅僅是與外設的接口，它們還是智能化的、耐用的獨立的模塊，比傳統(tǒng)的I/O更加實用。許多模塊的I/O配置可以進行定制，因此效率極高。Genius I/O 憑借其模塊化的設計和先進的診錯技術，大大節(jié)省了初期和系統(tǒng)停工期的成本。
　　VersaMax?PLC將先進的VersaMax I/O以及功能強大的CPU相結合，更易于使用、價格合理、性能卓越?！　ersaMax提供了廣泛的I/O模塊，組態(tài)更加靈活。通訊模塊能將VersaMax與Profibus網(wǎng)絡（或其它工業(yè)現(xiàn)場總線）相連，實現(xiàn)遠程控制。
　　3.上位機操作員站（HMI）兼SOE工作站和工程師維護工作站
　　此系統(tǒng)中設立了一臺機操作員站HMI（兼SOE工作站）和一臺工程師維護工作站。
　　操作員站上安裝并運行Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY軟件，該軟件軟件包括工業(yè)上領先的Proficy分布式系統(tǒng)結構和開放性的系統(tǒng)設計，此結構和設計借助Microsoft的靈活的客戶／服務器體系結構，以及功能強大的為實現(xiàn)系統(tǒng)集成而設計的各種標準。為用戶帶來的好處就是該產(chǎn)品非常易于使用，同時又適合于實時控制和監(jiān)視，可以將它配置成從單個節(jié)點到多節(jié)點的網(wǎng)絡系統(tǒng)形成不同的規(guī)模，具有很強的可擴展性。
　　Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY軟件能夠應用在各種不同類型的工業(yè)生產(chǎn)過程中，諸如汽車，航天，石油與天然氣，化工，石化，食品加工，飲料，制藥，紙漿與造紙，管線，金屬，水與廢水處理，交通以及其它行業(yè)。
　　工程師站上除安裝了Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY軟件，還安裝了控制器編程組態(tài)軟件：Proficy Logic Developer-PLC。用來開發(fā)和維護系統(tǒng)的應用軟件。
　　系統(tǒng)的HMI應用軟件界面如圖2、圖3所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2 操作員站系統(tǒng)的主畫面

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3 系統(tǒng)連鎖控制畫面
　　

實施結果
　　通過與GE的合作，建滔（河北）焦化有限公司5萬噸/年焦化粗苯加氫精制裝置保護系統(tǒng)，按照原工程進度表，通過鞍山市新泰科自動化設備有限公司3個月的集成，于2008年9月竣工并順利投產(chǎn)。三重冗余安全表決系統(tǒng)（GMR）控制系統(tǒng)投運以來，保證了該廠焦化粗苯加氫精制裝置的安全、穩(wěn)定的運行，給用戶帶來更大的收益。同時GE將以其先進的技術，卓越的知名度，良好的口碑為更多控制行業(yè)提供更快、更強、更安全的控制系統(tǒng)，不斷促進中國過程控制水平提高。

關于GE智能平臺
　　GE智能平臺是一個提供高新技術的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制和嵌入式領域的軟硬件產(chǎn)品、服務以及專業(yè)技術。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€獨特的、靈活的、超可靠的技術基礎，使