图1 主板配置图

本文介绍GE MOST紧急停车系统在30万t尿素装置上的应用，详细阐述了GE MOST系统的硬件配置、软件功能和主要控制回路逻辑图。

笔者所在的柳州化工股份有限公司具有30万t/a的尿素生产规模，生产的原料主要是NH3和CO2，原料分别通过氨泵和CO2压缩机一起送进尿素合成塔内，在高温、高压条件下反应，首先生成氨基甲酸铵，再由氨基甲酸铵脱水生成尿素，此反应为可逆反应，塔内控制的温度和压力决定了CO2转化率的高低。合成塔出来后的尿液先经过预分离器进行初步分离，再经过一分塔和二分塔将尿液里的氨和CO2分离出来，分离完的后气体进入中压吸收工序进行回收，尿液进入蒸发系统进行蒸发提浓，最后尿素熔融液经过熔融泵送至造粒塔顶进行造粒成品。

该装置工艺复杂，自动化水平要求更高，设计操作指标越来越接近安全的临界点，造成发生危险的可能性大大增加，因此，在既要提高产量追求企业效益利润最大化，又要保障人员、生产和设备安全的前提下，作为装置的安全性控制系统ESD的选型尤为重要。

ESD系统的设计选型

2007年公司把尿素的控制系统由原来的常规仪表改为了DCS，生产规模也由年产16万t提高到30万t，生产负荷的增大给生产带来了很大的安全隐患。改造扩产前，合成塔由于出口阀故障关死导致塔内憋压，从操作压力20MPa升到安全指标25MPa需要的时间是4~5min，在这个超压时间里有经验的操作人员是有足够的时间进行反应并做出正确的处理，而改造后，留给我们操作人员的超压时间只有30~40s，在这样的时间里别说做出正确的处理，就连反应的时间也不够。因此，给尿素合成塔建立一套ESD也就尤为必要。

公司经过充分的调研和论证，决定在原有的DCS系统以外再上一套独立的ESD系统来保障系统安全运行。经过多方考察比较，本次方案的控制系统选定用GE公司的MOST系统来完成。

MOST控制系统是面向工厂自动化的新一代模块化开放式安全控制系统，采用先进的安全型RailBus总线构架；双重化的硬件体系结合全面的冗余容错技术和特有的故障安全策略，使得系统可靠性达到99.999%。高速的控制器和大容量内存保证系统的执行速率和精度。MOST同时提供获得IEC 61508 SIL2认证的控制系统SafetyNet，可以为用户提供符合安全要求的ESD与F&G控制系统。

ESD系统的组成及功能

系统简介

底板：采用先进的RailBus总线技术的控制器底板和I/O模块底板，每个控制器底板可安装一对冗余的控制器，一个电源监测模块，同时备有两个9针的RS485接口，支持MODBUS RTU协议。每个I/O底板可安装8个IO模块，模块与模块间相互隔离，支持热插拔。

主控制器：MOST系统所有控制器采用IBM PowerPC 266MHz 32位微处理器(等同于Pentium522MHz)，25M内存，双以太网和串行通信接口，支持API、现场总线、ModBus、HART、点对点通信以及OPC，可以实现冗余配置，可直接安装在危险2区。一个控制器节点最多可安装64个I/O模块，支持在线热插拔。

I/O模块：I/O模块可以根据现场需要选择安装控制室或者现场区域，通道隔离、监测以及LED指示，获得SIL 2认证，支持多种信号类型，支持在线热插拔。模拟量输入A/D转换分辨率达到16位，模拟量输出A/D转换分辨率达到12位，能够对现场回路进行检测，内置输入变量线性化、工程单位转换、开平方滤波、报警及冷端温度补偿运算功能。

电源：N+1冗余配置的、采用浮空设计的电源模块，正常情况下两块电源各承担50%的供电负荷，其中一块电源出现故障时，另一块电源承担100%的负荷。

MOST SafetyNet获得TüV IEC61508认证，可以实现控制器、控制网络、系统电源冗余。具有强大的SOE功能，MOST系统支持对系统内所有输入和输出点进行事件记录，同时可提供SOE模块，时间分辨率最高可达1ms。

该系统的抗腐蚀等级是ISA SP71.04 G3等级，环境温度范围：-40~70℃，湿度范围：5%~95%相对湿度，抗冲击：EN60068-2-27，30g，抗振动：EN60068-2-6，5g，是非常符合本次设计的目标的。

图2 系统的控制逻辑方框图

硬件构成

系统与现场的信号交换由若干I/O模块组成，具体为：数字量输入28点，包括5个氨泵状态、5个压缩机状态、6个一甲泵状态、三个合成塔进出口压力状态、停塔状态、DCS停机状态等信号；数字量输出17点，包括5个氨泵停止输出、5个压缩机停止输出、5个一甲泵停止输出及灯光报警输出等信号。

硬件系统的配置见图1,其中8521-LC-MT为主控卡，8127-DI-DC为30点数字量输入卡，8115-DO-DC为8点数字量输出卡，8709CA-08为主板。

操作站配置：系统共配置1套上位机，DELL T3400：CPU/P4/2.8G、1G双核内存，160G硬盘、52XCD光驱、10~100M自适应网卡；操作系统：WINDOWS XP PROFESSIONAL；GE工业组态软件1套，型号IC646TDV935，品名CIMPLICITY HMI 6.0。

ESD系统编程软件：专门针对安全应用开发的MOST Workbench是一个完整的项目开发环境，可组态包括仪表索引、控制策略（过程和离散）、静态分析、完整性分析、交叉参照分析、过程可视化（操作面板）配置、历史记录参数配置（报警及趋势记录）、离线仿真在线下装和工程管理等多项功能的项目工程，支持IEC61131-3标准中的梯形图、功能块和结构化文本编程语言，支持自定义功能块、函数功能，并提供加密功能。

监控软件配置Cimplicity HMI 6.0。Cimplicity开发版允许用户设计、创建并且运行新的工程。在中央控制室能够随时监视整个生产系统的运行状态，显示各种检测值及参数。Cimplicity HMI运行于Windows 2000/XP平台,采用Win32标准和32位代码，是真正的客户／服务器体系结构。

主要联锁回路逻辑图

系统的控制逻辑的实现主要由系统的程序组态来完成，程序组态主要可分为输入部分的逻辑程序组态和输出部分的逻辑程序组态，图2为系统的控制逻辑方框图。本次设计的总体联锁方案为：

1. 以2#~4#尿素合成塔为主体，以压力开关分别监测它们的进出口压力，并以二选一的方式作为联锁监控信号。

2. 5台氨泵、5台一甲泵和6台CO2压缩机作为压力设备要求可以自由地投用于每个塔（但每个设备每次只能单独投用其中的一个塔）。

3. 当某个合成塔的进出口压力≥25MPa时，系统采取紧急停车措施，强行停下投用在该塔的所有压力设备（但投用在其他塔上的设备不受影响）。

4. 为每个塔设立软停车和硬停车两种按键，可以随时通过它们采取紧急停车措施。

5. 所有的联锁动作都要发出报警信号并记录进SOE。

根据以上制定的方案我们对系统进行程序组态，本次程序的编写是在功能块图语言（FBD）环境下完成的。

结论

实践证明，MOST ESD系统在尿素装置上应用满足了工艺生产的要求，其高可靠性、高安全性、高可用性的容错控制能力，为生产过程提供了安全保障。这套ESD自2009年5月建成投用后，先后发生多起操作不当引起尿素合成塔压力急速上升事件，ESD都准确无误地让合成塔的压力止步在了安全线上，有效地避免了超压事故的发生，这证明了系统为我们在生产过程中追求最大的安全与连续生产的关键控制上提供了一个最佳的选择。