vcm复杂控制和安全联锁系统

《vcm复杂控制和安全联锁系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《vcm复杂控制和安全联锁系统（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、VCM复杂控制和安全联锁系统,蒸汽压力控制系统,1.1 串级控制系统的组成,1.串级控制系统,两个控制器串在一起，控制一个执行器的控制系统， 称为串级控制系统。,1.2 串级控制系统方框图,投用过程：先投运副回路，再投运主回路，副回路打cas，主回路打auto,串级回路投用过程：先投运副回路，再投运主回路，副回路打cas，主回路打auto,1、由于副回路的快速性，对进入副回路的扰动有很强的克服能力。,1.3 串级控制系统的特点,2、串级控制系统具有较强的抗干扰能力，特别是当干扰作用于副环的情况下，系统的抗干扰能力会更强。,3、串级控制系统具有一定的自适应能力，因主环是一个定值系统，而副环却是一

2、个随动系统。,对象的控制通道迟延时间较长。 对象的时间常数大。 负荷变化较大，且被控对象又具有较大的非线性。 系统存在变化剧烈和幅值很大的干扰。,1.4 串级控制系统的应用范围,2. 分程控制系统,分程控制系统:是将一个控制器的输出分成若干个信号范围，由各个信号段去控制相应的控制阀，从而实现了一个控制器对多个控制阀的控制，有效地提高了过程控制系统的控制能力。,2.1概述,单回路控制系统中，通常是一个控制器的输出只用来控制一个控制阀，一般工作在较小的工作区域内，在系统出现较小的干扰时可以达到较好的控制效果。,如果系统的工作条件不满足于较小调节范围或系统受到较大干扰甚至出现事故时，系统的控制质量就

3、可能满足不了生产过程的控制要求。,2.2 分程控制系统应用场合：,2.分程控制系统,a.用于控制不同的介质，以满足工艺生产的要求。,b.扩大控制阀的可调范围，改善控制品质。,c.用作生产安全的防护措施。,2.3控制不同介质应用,图2-5-30 釜式间歇反应器温度分程控制系统,2.分程控制系统,100单元 PICEB1081;PICEB2441; 400单元PICTK450;PICTK451,两个控制阀一个为气开式，一个为气关式。,控制阀异向动作分程曲线图 分程控制中控制阀同向或异向的选择，要根据生产工艺的实际需要来确定。,2.分程控制系统,例如:阀A在控制器的输出信号为0.02MPa0.06M

4、Pa范围内工作，阀B则在控制器输出信号为0.06MPa0.1MPa范围内工作，每个控制阀的动作信号范围都是相同的（0 100%）。,2.分程控制系统,2.4扩大控制阀的可调范围应用,扩大控制阀可调范围曲线,控制阀同向动作曲线。两个控制阀同为气开式或同为气关式,2.分程控制系统,2.5用作生产安全的防护措施,2.分程控制系统,某些化学品不宜与空气长期接触，因空气中的氧气会使化学品变质，甚至引起爆炸，因此充以惰性气体氮，使之与空气隔绝，即氮封，要求氮气压力保持为微正压。,3.选择性控制系统,选择性控制又叫取代控制，或超驰控制。 1.硬保护措施，用于安全保护，声光报警，或联锁动作保护。 2.软保护措

5、施，通过设定的选择性控制系统，生产短期不正常时，对生产自动保护，取代正常情况下的控制方案。 开关型选择性控制系统 连续型选择性控制系统 混合型选择性控制系统,3.1选择性控制系统概述,3.2应用-VCM循环EDC塔选择控制 （连续型）,从循环EDC塔54层塔板采出的液体EDC由DB241液位控制至DB241，通过TB240塔塔底液位控制去TK455的循环EDC产品采出量。低选器防止从54层塔板采出产品超过90%75层塔板回流量，导致TB240塔液位不平衡，从而防止54层塔板以下回流量不足。当检测出回流量低时，TB240塔底液位控制输出转向控制去，EB240的蒸汽流量。,3.选择性控制系统,3.

6、3应用-VCM 分离器SB301选择控制 （开关型）,SB301液位控制，在开车期间用LV-SB301-1B控制，正常操作期间用LV-SB301-1A控制。,3.选择性控制系统,4.安全仪表系统概述,4.1安全仪表系统主要构成 4.1.1 IEC61511的定义 传感器 逻辑控制单元 最终执行机构 4.1.2 SIS系统各单元的故障概率(PFDavg) 传感器：42% 逻辑控制单元：8% 最终执行机构：50% 4.2 功能安全仪表系统的概念 IEC61511提出,系统故障时,1,不伤亡人员 不损伤设备 不对环境造成破坏 4.3 SIS与DCS的区别 与DCS所处层面不同 与DCS工作性质不同

7、与DCS对可靠性要求不同,4.4安全度等级的划分 IEC61508将一个装置的安全度等级划分为4级: SIL1-4级(Safety Integrity Level): SIL 1 级 SIL 2 级 SIL 3 级 SIL 4 级 根据IEC61511”功能安全”的要求，综述这4级的不同内容。 4.5 安全度等级与系统发生故障概率(PFDavg) 4.5.1 IEC61508与IEC61511对不同的安全度等级所要求的系统发生故障的概率作出了规定。 如下表所示。,可见，装置所要求的安全度等级越高，则要求它所采用的安全仪表系统发生故障的概率越低，相应地，要求系统所具有的风险降低因子越高。,4.5

8、.2 安全仪表系统的工作模式 SIS系统分为两种类型，具有不同的工作模式 连续操作模式(System with a Continuous Mode of Operation) 其故障率(Failure Rates)以每年中的每小时故障次数表示。 按指令操作模式(Systems Operating on Demand) 其故障率按每个指令发生的故障次数表示。 4.5.3. 安全仪表的故障模式(Failure Model) 安全故障(Safe Failure) 可以检测到的安全故障(Safe Detected)，其故障率为sd 不可以检测到的安全故障(Safe UnDetected)，其故障率为s

9、u 危险故障(Dangerous Failure) 可以检测到的危险故障(Dangerous Detected)，其故障率为dd 不可以检测到的危险故障(Dangerous UnDetected)，其故障率为du,安全故障率为s= sd + su 危险故障率为d= dd + du 显性故障(Over Fault)即为安全故障,(对出现的故障能够报警显示) 隐性故障(Cover Fault)即为危险故障。(对产生的危险性及故障不报警,并任危险性发展下去). 检测SIS系统故障的三种方式: 通过正常的过程操作,人为使SIS系统某一局部发生S/D,来检测系统。 通过定期测试(Test)：例如 Stu

10、ck On/Stuck Off功能。 通过SIS系统内部自诊断(Diagnostics),通过内置诊断软件实现。,4.6 对SIS系统硬件的容错要求 为保证SIS系统的可靠性，IEC61511提出了对SIS系统硬件的最少容错要求。下表主要是对SIS逻辑运算和控制单元（Logic Solvers）的容错要求。,4.7 安全度等级所对应的实用性及风险降低因子 根据IEC 61508标准，安全仪表系统的实用性、风险降低因子与安全度等级及相对应的德国TV认证等级如下所示： TUV是德文“技术监督协会”的缩写。TUV的前身是“蒸汽锅炉监督协会”。150年前第一家“蒸汽锅炉监督协会”创建于曼海姆。随后，德

11、国各“省”都有了自己的“蒸汽锅炉监督协会”，随着电气化时代的来到，“蒸汽锅炉监督协会”的服务领域逐步扩展到对电气产品的认证，并参与电气标准的制定，随后更名为“技术监督协会”。TUV还是德国政府制定的对汽车进行年检的机构。,5安全仪表系统设计原则 5.1概述, 按照IEC-61511标准，运用LOPA方法分析SIL等级。 5.2设计原则 独立设置原则 包括检测元件、变送器、控制单元、执行机构均应在DCS系统之外 独立设置。 关键部位的变送器等宜三取二设置。特别重要部位的电磁阀可按二取一或三取二设置。 故障安全型原则 故障安全型原则是指从检测仪表、控制单元及执行机构所构成的一个系统体系。 输入回路

12、的开关仪表在正常工况下其接点应是闭合或导通的（即励磁状态）。 控制单元在正常运行状态下，其输入输出模件应是励磁的和对外供电的，在系统故障和失电时应是非励磁的（即失电停车）。 输出回路执行机构应是带弹簧复位的单作用方式（FC或FO），电磁阀或中间继电器正常工况状态下必须是励磁的。,电源 SIS系统的电源必须十分可靠，可采用三相四线或单相UPS供电，并应有蓄电池后备至少30分钟。 设置旁路开关 对重要的 I/O 点，需设置并联旁路维护开关（应为硬线开关） 实用性原则 安全仪表系统的实用性及可靠性及其安全度等级均应符合IEC61508/61511标准的规定。 5.3 通讯方式 安全仪表系统的控制单元

13、与其操作员工作站及工程师站之间的通讯连接，以及SIS与DCS之间的通讯连接方式。 串行口方式 以太网方式 5.4 RS-232、RS-485串行口通讯简介。,5.5 SIS系统对CPU的技术指标要求: SIS系统的CPU至少应为32位机。 其输入到输出的响应时间应在200ms以下。 SOE的分辨率应小于10ms。 其系统负荷不应超过50%。,5.6 安全仪表系统分层描述,LM,FSC,SM,GDS、FDS,TPS,PKS,BENTLY3500,5.7 VCM2期 FSC系统结构和安全等级,5.8 HONEYWELL FSC在TPS系统中网络结构,5.9安全仪表系统的典型逻辑关系,(1) 逻辑运

14、算关系 安全仪表系统的功能是由逻辑运算实现的，在PLC中是由软件实现的，一般采用布尔代数运算。输入信号对输出的影响，或者说输出对输入信号的响应，即原因导致结果，这就是联锁逻辑关系。 (2) 对触发联锁结果的处理 因为石油化工装置的很多工艺过程的安全联锁过程，不是随意可逆的，为了防止工艺过程不能按正常顺序或意外地恢复或启动，再次形成事故，所以当联锁动作后，输入信号恢复到正常值时，系统不应回到正常状态，应继续保持联锁结果，待操作员确认系统正常后，由人工复位使系统恢复正常。 联锁切除（Cut,切除一部分联锁）、自动联锁（Auto）、人工联锁（Manual）的实现可以采用一个三位开关或两个两位开关。如

15、果用三位开关，则中 间位置应为“自动”位置，两边分别为联锁切除和人工联锁。而采用两个两位开关时，应该一个开关用于联锁切除，其位置为联锁切除和正常，另一个开关用于自动 联锁和人工联锁。由于两个两位开关功能分开互不影响，所以此方案较好一些。 当然，也有一些工艺过程的安全联锁动作是可逆过程，其安全联锁不需要设置自锁功能，系统在过程恢复正常时，是自动回到正常状态的，也就是没有人工恢复过程。 (3) 联锁阀的双重确认 在某些装置中一些联锁阀在联锁时关闭后的重新开启，除了在辅助操作台进行确认以外（硬复位），为了安全还需操作人员在操作画面上进行确认（软复位），即联锁阀的双重确认。 例如在重油催化裂化装置中，

16、应工艺的要求，烟气蝶阀、烟气闸阀和主风进口止回阀应采用双重确认，即在主风机复位后，由操作员界面再次确认后方可开阀。,5.10安全联锁系统系统选型时其它注意的问题, SIS选用的PLC一定是有安全证书的PLC。 应该充分考虑系统扫描时间，1ms可运行1000个梯形逻辑。 系统必须易于组态并具有在线修改组态的功能。 系统必须易于维护和查找故障并具有自诊断功能。 系统必须可与DCS及其它计算机系统通讯。 系统必须有硬件和软件的权限人保护。 系统必须有提供第一次事故记录（SOE）的功能。,6.DCS系统与SIS系统联合使用,从安全保护的分层结构图中，可以看出，DCS和SIS系统在不同的层面工作，起到的作用不同，它们各自发挥优势完成独立的工作任务，但在实际的生产过程控制中，相互配合完成控制和联锁任务，能有效保证化工生产过程控制的安全性和稳定性。,6.1 DCS系统的作用内容 (1)高可靠性 由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机