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紧急停车系统控制系统说明：紧急停车系统（ESD）1. ESD的概念紧急停车系统，简称ESD（Emergency Shutdown Device），是90年代发展起来的一种专用的安全保护系统，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评和广泛应用。
不同的厂商、不同的行业，对这一装置的叫法有所不同。
一般的叫法包括安全仪表系统（Safety Instrument System）、安全联锁系统（Safety Interlock System）、紧急跳闸系统（Emergency Trip System）、安全关联系统（Safety Related System）、仪表保护系统（Instrument Protective System）等。
ESD是一种专门的仪表保护系统，具有很高的可靠性和灵活性，当生产装置出现紧急情况时，保护系统能在允许的时间内做出响应，及时地发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护。
目前，国际上的知名DCS或PLC厂商都推出了针对安全的ESD系统，如YOKOGAWA的Prosafe、Honeywell 的FSC等等。
真正专门生产ESD的主要有HIMA和TRICONEX两家。
在国内，尚没有ESD设备研发生产厂家。
2. ESD和DCS的异同ESD系统和DCS系统虽然独立完成不同的功能，但服务的对象却是同一套装置，两者之间需要也应该建立数据联系，特别是ESD系统，其动作条件、联锁结果、保护措施等都需要在上位机通过各种方式在线监视。
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，项目ESD DCS不同点当生产装置出现紧急情况时，直接发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。
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紧急停车系统的概念紧急停车系统是一种车载安全系统，旨在帮助驾驶员在紧急情况下迅速停车并避免事故发生。
该系统通常与车辆的智能驾驶和安全功能相结合，提供了一系列能够自动帮助驾驶员采取紧急制动措施的技术手段。
紧急停车系统的工作原理主要分为三个步骤：检测紧急情况、警告驾驶员和自动刹车。
系统通过使用传感器以及车辆内部的各种监测设备来检测紧急情况。
传感器可以监测车辆周围的障碍物、车速、距离等参数，并与车辆的电子控制单元相连。
一旦检测到紧急情况，系统会立即向驾驶员发出警告信号。
这些警告信号可以通过仪表盘或其他显示屏幕来呈现，例如闪烁的指示灯、声音提示、震动等。
警告信号的目的是提醒驾驶员采取行动并注意当前的紧急情况。
除了发出警告信号外，紧急停车系统还可以自动刹车以减轻事故的严重程度。
系统会自动分析当前的驾驶状况，包括车速、制动距离、路面状况等，并根据这些参数决定是否需要自动刹车。
如果系统认为当前情况需要紧急制动，它将通过车辆的制动系统来实现自动刹车。
在紧急制动过程中，系统会自动调整车辆的刹车力度和时间，以确保车辆能够尽快停下来，同时保持在安全的稳定状态，避免产生任何额外的事故风险。
紧急停车系统的优势在于它可以帮助驾驶员在紧急情况下做出更快速和准确的反应。
这是因为系统利用了车辆的传感器和监测设备，能够比人类驾驶员更快地检测到紧急情况，并在更短的时间内做出反应。
此外，紧急停车系统还可以帮助驾驶员避免一些常见的驾驶错误，例如追尾、刹车不及时等。
系统通过自动刹车以及发出警告信号，可以提醒驾驶员及时采取措施，并避免发生与其他车辆或障碍物的碰撞。
然而，紧急停车系统也存在一些挑战和限制。
首先，系统的准确性和可靠性对于确保驾驶员的安全至关重要。
需要系统能够准确地检测到紧急情况，并在最短的时间内做出反应。
此外，系统还需要考虑到车辆的各种驾驶状况，如不同的车速、路况和制动距离，以确保自动刹车的有效性。
其次，紧急停车系统还需要克服一些技术和法律方面的挑战。
ESD紧急停车控制系统（以下简称ESD）的定义和构成ESD是Emergency Shutdown Device的简称，中文的意思是紧急停车控制系统，它是一种经专门机构认证、具有一定安全等级，用于降低生产过程风险的安全保护系统。
它不仅能够响应生产过程因超出安全极限而带来的危险，而且能检测和处理自身的故障，从而按预定的条件或程序，使生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。
ESD紧急停车控制系统基本组成大致可分为三部分：传感器单元、逻辑运算单元、最终执行单元。
（1）检测单元采用多台仪表或系统，将控制功能与安全联锁功能隔离，即检测单元分开独立配置的原则，做到ESD仪表系统与过程控制系统的实体分离。
（2）执行单元是ESD仪表系统中危险性最高的设备。
由于ESD仪表系统在正常工况时是静态的，如果ESD控制系统输出不变，则执行单元一直保持在原有的状态，很难确认执行单元是否有危险故障，所以执行单元仪表的安全度等级的选择十分重要。
（3）逻辑运算单元包括输入模块、控制模块、诊断回路、输出模块四部分，依据逻辑运算单元自动进行周期性故障诊断，基于自诊断测试的ESD仪表系统，系统具有特殊的硬件设计，借助于安全性诊断测试技术保证安全性。
二、ESD的配置方案1、我公司使用的ESD系统，设备采用Honeywell生产的SM系统，系统具有以下特点：（1）系统独立设置（含检测和执行单元）；（2）中间环节最少；（3）为故障安全型；故障安全原则是指当外部或内部原因使ESD紧急停车控制系统失效时，被保护的对象应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态。
具体内容如下①现场开关仪表选用常闭触点，工艺生产正常时，触点闭合，达到报警或联锁极限时触点断开，触发联锁或报警动作。
为了提高安全性可以采用“二选一” 、“二选二” 、“三选二”配置。
②电磁阀采用正常励磁，报警或联锁没有动作时，电磁阀线圈带电，触点闭合；报警或联锁动作时，电磁阀线圈失电，触点断开。
什么是紧急停车系统(ESD)
紧急停车系统(EmergencyShutDownSystem , ESD),也称安全联锁系统(SafetyInterlockingSystem, SIS),是对石油化工等生产装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行自动响应和干预，从而保障生产安全，避免造成重大人身伤害及重大财产损失的控制系统。
紧急停车系统按照结构来分，可分为双重化冗余和三重化冗余两种。
双重化冗余ESD系统从I/O模件到CPU、通信模件都是双重化配置的。
其中一套处于工作状态，另一套则处于热备状态三重化冗余ESD系统与双重化冗余ESD系统最大的区别是三重化冗余ESD系统的三重化设备同时处于工作状态，因此它需要有更强大的硬件诊断功能，在检测到某一通道的硬件有故障时，立即发出系统报警并适当地调整相应通道的选择运算方式，但系统仍能安全地运行，所以三重化系统也被叫做〃冗余容错〃系统。
紧急停车系统有哪些特点？
(1)系统的最终目标都是为了确保工艺生产的安全，保护生产设备和操作人员不受伤害；
(2)开关量输入检出元件选择正常状态下闭合，线路断开等同于联锁动作，即系统为故障安全型；
(3)输出电磁阀或继电器选择为正常励磁，只有当输出线路发生故障时才产生动作；
(4)当无论何种原因使生产装置停车(Shutdown)时，ESD系统所控制的目标元
件所处的状态都要确保生产安全。
ESD紧急停车系统ESD系统为满足系统要求设置的，当工艺过程中出现异常情况时，将自动关闭各种设备或由操作人员进行手动紧急停车。
每套站控系统中为原油和成品油各设置一套独立的ESD系统，安全度等级为SIL3。
ESD设备与以下设备连接：可燃气/火灾检测报警系统系统监控设备异常超压就地ESD按钮现场仪表，包括变送器、开关、电磁阀及电动阀等工艺设备等火灾紧急停车信号通过硬线信号由可燃气/火灾检测报警系统传到ESD系统。
ESD系统：ESD设备具有TVU认证。
ESD系统软件具有TVU认证。
ESD能接受所有与输油站状态相关的信号，并按照每一个逻辑功能要求进行动作。
ESD系统采用模块化设计，易于扩展，卡件可在线热插拔，易于维护。
ESD系统具有高度、全面的智能化自诊断功能，通过诊断信息可减少故障处理时间。
系统具有在线组态，在线修改的能力。
具有远程诊断和组态功能。
ESD系统具有良好的开放和安全性的网络通讯能力。
ESD具有执行逻辑功能。
在运行逻辑方面，ESD设计成为失效安全型。
ESD的输入在报警或不正常条件下应移向开路位置。
在正常状态下，逻辑电路输出应保持带电状态，在任何输入变成开路时将导致相应的输出电路关电。
开路和短路不会造成损害性停车。
所有的数字输出模板提供与跳闸点和输出状况有关的输入状态的可视显示。
所有的输出卡都能显示输出信号的状态。
ESD输入和输出继电器取得和ESD设备相同的SIL等级认证。
多个逻辑回路的每个回路均能单独组态和维护，当一个回路组态或维护时，不会影响其它回路。
ESD有足够的设备满足不同数量的I/O逻辑要求。
ESD的运行循环时间最大为150m，处理器响应时间小于10m。
在运行在ESD系统中提供事件顺序记录。
1.1故障安全控制系统S7-400FH概述SIMATICS7-400F/FH是SIMATICS7系列产品之一,是基于S7-400H冗余容错技术的故障安全控制系统。
一旦工艺安全联锁条件具备或任何系统内部故障发生时,S7-400F/FH就立即进入一种安全工作状态,即保持在一种安全工作模式上,从而保证操作人员、设备、环境和生产过程处于安全状态。
紧急停车系统（ESD）在催化裂化装置中的应用改造-----------中油辽河石化公司仪表车间陈志强梁微单振兴摘要：以80万t/a催化裂化装置主风机组所采用的ESD（紧急停车）系统为例，介绍了ESD系统的功能特点、软硬件配置以及在连锁控制和防喘振控制等方面的应用。
关键词：轴流式压缩机汽轮机紧急停车系统联锁控制防喘振Abstract: Take ESD in Main fan unit of 800,000t/a FCCU as an example, the function and characteristics of ESD system, software and hardware configuration, application on interlock control and anti-surge control are introduced.Keywords: Axial compressor Emergency shutdown system Interlock control Anti-surge1 引言催化裂化装置是炼油厂原油二次加工环节的重要装置，主风机组是催化裂化装置最关键的设备，主风机组向再生器底部输送空气，使再生器和反应器内的催化剂处于流化循环状态，以满足催化裂化反应的需要。
如果主风机组停运，催化裂化反应也将被迫停止，因此主风机组的的运行状况直接影响着整个催化裂化装置的安全稳定运行。
主风机组的重要性和操作控制的复杂性决定了必须得采用高可靠性的ESD系统来进行连锁保护控制。
ESD（Emergency Shut Down system）即紧急停车系统，是应用于工业过程的一种安全联锁保护系统，能够对生产过程中可能发生的危险或不采取措施将会继续恶化的状态进行迅速地响应和保护。
辽河石化公司炼油厂80万t/a催化裂化装置主风机组采用的是美国Triconex公司的TRICON紧急停车系统。
2 ESD系统介绍TRICON ESD是美国Triconex公司开发的一种以微处理器为核心，由高可靠性硬件组成，具有高速处理能力、强大的控制功能以及方便、灵活的组态编程功能的逻辑与过程控制系统。
TRICON ESD最显著的特点是硬件实现容错功能（Hardware Implemented Fault Tolerance-HIFT）和三重化模块冗余结构（Triple Modular Redundancy-TMR）。
HIFT是指ESD通过硬件电路而不是复杂的软件算法来实现故障的检测和冗余管理功能，与软件实现容错相比，它可减少处理器的工作负荷，而使过程控制功能速度更快，可靠性更高。
TMR是指ESD的关键电路均实现了三重化，每个支路都能独立地完成控制功能，并可与其它两个支路并行工作。
3个独立支路的输出信号在输出前要经过3取2表决器表决，如果任何一个支路出现故障，表决器会自动屏蔽从故障支路来的信号，而输出经过表决后的正确信号，同时发生故障的模块会被自动检测出来，可以进行在线修理或更换。
确保了ESD运行的安全性和可靠性。
图1为TRICON ESD 的三重化硬件冗余结构。
如图1所示，现场传感器的输入信号经过接线端子板进入ESD的输入模块后，分成3个支路，支路彼此之间光电隔离，再通过3条独立的通信线路I/O Bus 分别送到3个主处理器参与控制程序运算。
主处理器在TriBus总线上对信号进行传输表决，保证每一个主处理器使用同样的数据进行控制运算。
当控制程序执行后，主处理器分别将处理结果输出至输出模块，在输出模块上再对输出信号进行3取2表决，以保证输出信号的准确性。
最后，输出信号经过接线端子板输出到现场。
由于ESD的每个支路之间是完全隔离的，任何一条支路出现故障都不会影响到其它两个支路的工作，拆卸和更换失效支路内的失效模件都可以在在线状态下进行，而不必中断系统运行。
这样的硬件结构保证了TRICON ESD具有出色的可靠性和安全性。
3 ESD系统的构成3.1 硬件构成ESD系统由主机、工程师站/操作站、操作面板以及SOE打印机组成，系统结构如图2所示。
ESD主机即TRICON控制器，包括主处理器卡、输入输出卡、电源卡、通讯卡等。
所有卡件安装在主机架和扩展机架中，这些机架同电源单元、辅助仪表及接线端子排集成安装于机柜中。
工程师站（操作站）选用DELL公司的工业PC机，机内装有系统组态软件和监控软件，兼具仪表工程组态维护和生产过程监控功能。
利用口令登录的方式实现两种操作环境的转换。
工程师站配以太网卡，通过基于TCP/IP的标准工业以太网与ESD的通讯卡建立双向数据通讯，用于监控数据和组态数据的上传及下装。
操作面板用于工艺操作及状态指示，上面装有连锁信号的投用/切除转换开关，手动操作按钮以及信号状态指示灯，它与ESD主机之间通过硬线连接实现信号传输。
SOE（Sequence of Event）事件顺序是指在每次扫描期间，ESD主处理器检查所指定的，被称为事件的离散变量的状态改变，当一个事件发生时，主处理器将变量的当前状态和时间作为SOE记录存储在缓冲区内，SOE记录由打印机输出或转换为SOE•LOG文件存入操作站的硬盘中。
SOE记录按变量状态改变时间的先后顺序排列，非常有利于连锁动作后的分析诊断。
3.2 软件配置Triconex公司为每套ESD系统都提供了基于Windows的系统组态软件TriStation 1131，该软件装在工程师站中，用户可以利用它进行系统硬件配置、定义输入/输出点，还可以通过调用各种功能模块进行控制程序组态。
用户的组态程序经过编译后再下装到TRICON控制器的主处理器中执行。
该软件还具有硬件运行状态监视和仿真功能，可以用来做系统硬件的故障诊断、在线维护以及控制程序的调试和模拟试验操作站中的监控软件采用的是美国Intellution公司开发的交互式工控软件INTOUCH 9.0。
该软件功能丰富，可以进行工艺图表组态，绘制工艺流程图画面、控制回路的调节画面、PID参数整定画面，建立控制组画面、趋势组画面和报警画面等。
INTOUCH 9.0还能够与ESD实现通讯，ESD中的数据可以在INTOUCH 9.0的各种画面中显示，操作人员也可以通过INTOUCH 9.0修改ESD中的部分操作参数，以实现对生产过程的监控。
4 ESD系统的应用该ESD系统主要完成以下控制功能：（1）四机组的启动、自动操作程序控制；（2）四机组的停机联锁保护程序控制；（3）四机组的反喘振控制；（4）润滑油、调节油等辅助系统的自动控制。
以四机组的启动程序为例：下图为主风机组启动逻辑图，该图由INTOUCH 9.0软件绘制并在操作站上显示，直观地表现了四机组启动过程中的每一个主要控制点的状态，操作人员可以据此进行机组启动的操作。
下面结合四机组的启动逻辑图，介绍四机组的启动程序。
（1）当机组启动时，首先按下操作台画面上的“存储器复位”按钮，按钮中的指示灯变为绿色，表明存储器已经复位。
（2）操作人员按下操作面板上的“闸阀关闭”按钮后，烟机入口闸阀关闭，调节烟机入口蝶阀使之关闭，调节止回阀使之关闭，调节放空阀打开，润滑油压力达到正常值；程序自动检查各个启动条件是否满足；各启动条件如图3所示，若某一个条件满足，则相应的指示灯变为绿色，所有启动条件满足后，或者手动按“手动启动”，“启动待命”指示灯变为绿色。
（3）这时操作人员可以按下操作面板上的“电机合闸”按钮，电机启动；当机组实际转速大于额定转速的97%时，“转速>97%NE”指示灯变为绿色，电气主断路器闭合后，“断路器闭合”指示灯变为绿色，这时，“主电机合闸”指示灯亮，表明主电机启动运行正常；再延时300s后，“自动操作可进行”指示灯亮。
（4）按下“自动操作”按钮后，“自动操作”指示灯亮，机组便进入“自动”运行状态，烟机蝶阀投入自动控制，风机出口止回阀打开，风机放空阀由防喘振调节器自动控制，风机静叶伺服控制器投入控制，风机开始向再生器送风。
至此，机组的启动过程全部完成。
可以看出，在操作站中设立逻辑控制图是ESD应用的一大特点，逻辑控制图的设立方便了生产操作，成为ESD系统监控的重要手段。
4.2 主风机反喘振控制催化裂化装置的主风机组采用烟机-轴流式主风机-电动机/发电机的配置，而喘振是轴流式压缩机的固有特性，因此主风机必须要有防喘振措施。
催化主风机的防喘振控制也是通过TRICON ESD实现的，图4为防喘振控制系统原理图。
TRICON ESD提供专门的防喘振控制模块，用户在TriStation 1131系统软件环境下的控制程序组态中可以利用和调用这些模块，并将主风机进口压力、温度、流量和出口压力、温度等过程变量输入到模块中，在模块中进行喘振计算Δp0=K×Δp C0/T0×f(a)+b式中Δp 0——主风机进口流量（进口喉部差压）K——计算常数Δp C0——主风机进、出口压差T0——进口温度B——设置反喘振安全裕度设定值f(a)——静叶角度相对应函数操作站中的INTOUCH 9.0软件可以读取这些数据，并做出喘振线和防喘振调节画面，使操作人员可以直观地监控防喘振调节状态。
在主风机的实际运行中，防喘振控制系统可以根据工作点的变化，自动调节防喘振阀的开度，使工作点远离喘振线，当出现异常工况时，系统控制防喘振阀快速打开，避免主风机进入喘振状态，实现防喘振目的。
4.3 机组运行监控TRICON ESD不仅可以完成连锁逻辑控制，还能够提供PID等常规过程控制模块，实现同集散系统（DCS）相同的连续过程控制功能。
以往多数ESD、PLC系统很少应用其过程控制功能，其实这也是一种资源浪费，由于ESD运算速度比DCS快，而且可靠性、安全性更高，所以一些重要岗位的过程控制用ESD实现效果会更好。
该主风机组所有的连续控制回路以及显示回路均由ESD实现，主要包括：润滑油、动力油压力和温度显示调节回路；烟机轮盘冷却蒸汽温度调节回路；主风机进/出口流量、压力、温度显示回路等。
在操作站中的流程图画面上可以显示各参数，通过控制回路的调节棒图、PID参数画面分别调节工艺参数和整定PID 参数，趋势组画面和报警画面分别提供了一段时间内工艺参数的趋势记录和实时报警信息等。
这些画面可保证操作人员更有效地监控机组的运行。
5 结束语催化装置主风机组的ESD系统自2006年7月改造并投用以来，运行一直稳定可靠，没有出现由于自身故障影响生产的情况，它所实现的各种控制功能也得到了工艺操作人员的好评，为机组和装置的安全运行提供了可靠的保障，取得了显著的经济效益。
