浦松

（大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁　大连　116036）

GE90-70 GMR系统在大型挤压造粒机组中的应用

Application of GE90-70 GMR system in large scale extrusion granulation unit

浦松

（大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁大连116036）

介绍了GE90-70 GMR系统在大型挤压造粒机组国产化项目中的应用，对该项目GMR系统中输入、输出系统的硬件配置进行了较为详细的描述。

ESD；挤压造粒机组；GMR；“T”型配置；Genius；总线

聚乙烯和聚丙烯是目前需求量最大、用途最广泛的合成树脂材料，是大型乙烯工程中的主要产品。

大型挤压造粒机组是将在乙烯工程中聚合的聚烯烃树脂粉料，根据不同的产品用途与特性，与其他添加剂按严格的比例均匀混合，并通过该机组进行混炼、塑化、挤出造粒，最终加工成规则的颗粒制品。由于该机组是整个化工生产流程中的一台重要设备（且没有备机），一旦出现问题将会引起整个生产流程的不稳定甚至停车，会给石化企业带来巨大的经济损失，因此对其整体技术水平和装置运行的可靠性有着很高的要求。另外，随着人们对产品的质量，设备及人身安全等方面的要求越来越高，使用独立于控制系统的安全联锁系统来进行设备的紧急停车联锁保护就显得十分必要，这种专用的安全保护系统就是——ESD（Emergency Shutdown Device）紧急停车系统。ESD系统尤其适用于高温、高压、易燃、易爆的化工生产场合，当生产装置发生故障时，可以独立于控制系统进行快速准确响应，保证生产装置能够按照预定的停车逻辑进行停车，保证生产装置和人员安全。将设备故障所引起的危险降低到可以接受的最低水平，因此在讲究高效安全生产的石油化工行业，如今投入ESD系统已是众多企业的选择，并成为保证生产可靠性与安全性，提高经济效益的必要手段之一。

作为一个典型的化工生产装置，大型挤压造粒机组系统工艺流程复杂，设备众多，任何一个环节出现故障均会导致设备的非正常停车，其中部分故障需要快速准确响应，否则可能造成设备损坏或者人员伤害，因此要实现整个装置的安全稳定连续生产，这就要求必须配置先进、可靠的安全联锁系统。

1　系统方案

1.1系统描述

GMR（Genius Modular Redundancy）控制系统是基于GE Fanuc公司的90-70 PLC以及先进的智能化输入/输出模块（Genius I/O）构成的三重化表决控制系统。该系统机架采用标准的VME总线结构，支持梯形图、C、SFC等多种编程语言。GE GMR输入系统可以灵活配置，现场采集的信号可以采用单信号输入，也可以采用双信号输入。信号可以输入到单个输入模块也可以输入到两个模块供PLC CPU主机进行处理，根据内部联锁程序的设定，最终的计算结果送给输出模块组再表决后输出。GEGMR输出系统包括四模块“H”型、二模块“I”型和二模块“T”型的模块组等几种配置，可根据项目成本、项目规模等综合考虑选用输出子系统的不同配置。输出模块组对从CPU的输出进行表决，将表决结果输出到负载。

考虑到大型挤压造粒机组对于运行稳定性及可靠性有着极高的要求，为了确保系统性能。我们在做系统配置时采用如下原则：

① 控制系统的处理器、I/O卡件均采用冗余配置；

② 控制系统各级网络通讯卡件及通讯电缆采用冗余配置；

③ 控制系统电源采用冗余配置；

④ 系统的可用率应不低于99.99%；

⑤ 系统内部逻辑设计及外部接线均需按照故障安全原则进行设计；

⑥ 系统必须具有完善的硬件、软件故障自诊断功能，可以记录故障报警内容、时间等信息，当发生故障时可以通过报警提示维护人员进行处理；

⑦ 冗余设备可以进行自动无扰切换，当诊断到系统故障时可以自动切换到备用系统，不影响整个安全联锁系统的正常运行；

⑧ 系统的各种卡件均需支持在线热插拔，当发生系统卡件故障时可以进行不停电在线更换。

基于上述的冗余配置原则及对于系统性能及成本方面的要求，最终在该项目中采用GMR系统中的双重化配置，系统包含两个独立的90-70 PLC，每个PLC中运行相同的诊断程序并各自配置了2个总线控制器。通过2取2带诊断的表决，系统为用户提供了高可靠性和无误差操作。输入输出子系统由智能的、可组态的Genius I/O模块组成，每个模块中都带有微处理器并提供通讯诊断功能。外部传感器信号引入到设置在独立机架中并相互隔离的Genius输入模块，各自独立的两个CPU从每条Genius总线上接收这些输入信号并对这些信号进行表决，然后，两个CPU中分别通过冗余的Genius I/O总线将逻辑状态结果送至输出子系统，Genius输出模块对冗余的输出数据进行表决，然后送出至负载。

1.2系统详细配置

在本机组中ESD系统主要实现如下功能：在紧急情况下可以通过设置在中央控制室、现场操作盘及热油单元的急停按钮停止挤压造粒机组中的所有动设备，包括主电机、齿轮泵电机、水下切粒电机、盘车电机、颗粒输送水电机、主减速器润滑电机、换网/开车阀液压站电机、主电机轴承润滑泵、齿轮泵减速器润滑电机、振动筛电机、离心干燥机、除湿电机、热油单元加热电机、热油单元冷却电机、BCW电机、水下切粒液压站电机等。

根据信号传输、隔离、转换、分离的需要,现场仪表信号电缆需先经过过渡端子柜后再接到SIS系统的I/O卡上，其中熔体压力信号、现场电动机运行信号等需经过一入二出的信号分配器分出一路接到DCS上，另外一路街道ESD系统中，因此对于本机组的ESD系统，需要配置两个机柜。

其中SIS01柜为ESD系统的主机架柜（即系统柜），配置2个9槽机架及开关电源等，如下图1所示。

SIS02为Genius AI、DI、DO模块配置柜，如图2所示。

系统具体配置如表1所示。

表1　大型挤压造粒机组项目GE系统配置

2　I/O的具体配置方式

2.1Genius 总线

整个系统的配置中，所有的I/O模块都需要通过IC697BEM731总线控制器连接在Genius总线上，但是每个模块只能接在一条总线上，并且同一条总线上模块必须设定不同的IP地址，否则系统会检测到地址冲突，每条总线两头需加装终端电阻，其具体接线如图3所示。

图1　系统柜配置图

图2　模块配置柜

图3　接线图

2.2输入系统的配置

在大型挤压造粒机组ESD系统的设计中，由于现场的AI信号为单输入方式，一个现场输入信号通过端子排接到一个独立的输入模块IC660BBA026，该模块仅连接在1条Genius总线ELDEN9182上（如图4所示）；DI则采用了冗余输入方式一个现场输入信号通过端子排分配到两个独立的输入模块IC660BBD024，这两个模块连接在任意两条不同的Genius总线ELDEN9182上（如图5所示）。

2.3输出系统的配置

在对项目成本及安全联锁级别进行了的综合评估后，确定在挤压造粒机组项目中采用了“T”型输出配置。配置如图6所示。

每一个现场输出是由两个源型（Source）模块IC660BBD024并联接在负载的一端，负载的另一端直接连接到DC24 V开关电源的负极，每个模块都从两个独立的CPU得到输出，该配置中同样使用两条Genius 总线BELDEN9182，每个模块都连接到单独的 Genius 总线上，这种结构即是故障安全（Fail Safe）的又是容错(Fault Tolerant)的。

3　结束语

图4　连接一个独立输入模块

图5　直接两个独立输送模块

图6　“T”型输出配置图

ESD系统作为挤压造粒机组安全联锁的核心控制系统，其可靠性和稳定性直接影响着机组的运行安全，GE GMR系统通过灵活运用GENIUS输入、输出模块，VERSAMAX模块及FIELD CONTROL模块，可以组合成不同的单、双、三CPU冗余系统。这种强大的功能和灵活的配置组合广泛应用于各个工业领域，经过挤压造粒机组长时间的运行实践，ESD系统对于保证机组及人员安全具有重大的现实意义。

[1] Genius Modular Redundancy Users Manual.

[2] Genius Discrete and Analog I/O Blocks User’s Manual.

(R-03)

TQ320.663

1009-797X(2016)18-0036-05

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.009

浦松（1981-）， 男，学士学位，工程师，主要从事石化产品的电气设计及调试工作。

2016-06-20