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淺談緊急停車系統的設計和工程應用（上）

企業：控制網領域：電源行業：其他
點擊數：3906 發布時間：2004-06-14 16:38:00
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藺強

ESD，即緊急停車系統（Emergency Shutdown System），是為生產過程的安全而設置的，它適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續性生產作業領域。當生產過程出現意外波動或緊急情況需要采取某些動作或停車時，該系統能精確監測，并及時、準確地做出響應，使裝置停在一定的安全水平上，確保裝置和人身的安全。

ESD由檢測元件，邏輯單元和執行元件組成。

1 ESD和DCS的關系

ESD與DCS是完全分離的。DCS主要用于過程工業參數指標的動態控制。在正常情況下，DCS動態監控著生產過程的連續運行，保證能生產出符合要求的優良產品。而ESD則是對于一些關鍵的工藝及設備參數進行連續的監測，在正常情況下ESD是“靜止的”，不采取任何動作。但是當參數發生異常波動或故障時，它會按照已定的程序采取相應的安全動作，使裝置停在安全水平線上。所以ESD和DCS在過程工業中所起的作用不同，既有分工，又成互補關系。

同時，ESD也不單是實現聯鎖關系，它應該凌駕于生產過程控制之上，具有獨立性，這樣降低了兩者同時失效的概率，ESD的安全等級要高于DCS。ESD與DCS的主要區別見對照表1。

表1 ESD與DCS的的主要區別

2 ESD的設計

此部分主要涉及ESD系統邏輯單元的設計，為了設計合適的ESD系統，應該遵循以下的原則：

(1) 在緊急停車系統的設計中，安全度等級是設計的標準。在ESD的設計過程中，首先應該確定生產裝置的安全度等級，依據此安全度等級，選擇合適的安全系統技術和配置方式。

目前，我國對于生產裝置的安全度等級的劃分尚沒有設計規范和標準，在應用中應該參照國際上的有關標準，參比同類裝置已經采用的ESD運行情況，結合本企業的生產實際情況，來確定采用ESD的安全等級要求。根據經驗，石化裝置一般采用的ESD安全等級為SIL3，即TÜV的AK5或AK6。

(2) 緊急停車系統必須是故障安全型

故障安全指ESD系統在故障時使得生產裝置按已知預定方式進入安全狀態，從而可以避免由于ESD自身故障或因停電，停氣而使生產裝置處于危險狀態。

(3) 緊急停車系統必須是容錯系統

容錯是指系統在一個或多個元件出現故障時，系統仍能繼續運行的能力。一個容錯系統應該具有以下的功能：A）檢測出發生故障的元件。B）報告操作人員何處發生故障。C）即使存在故障，系統依然能夠持續正常運行。D）檢測出系統是否已被修理恢復常態。

容錯系統不同于一般的雙機熱備份系統。一般的雙機熱備份系統僅僅是模塊或總線上的簡單的雙熱備，一旦輸入模塊出現了故障，處理器模塊也有一塊出現了故障，這時系統可能因此而癱瘓；但是具有容錯功能的系統，除了在模塊、總線、通訊上有冗余設計之外，還具有自診斷功能，能準確識別各部件的故障，并對任何故障能進行補償。（如：對故障部件的信號強制為指定狀態）

在選擇容錯系統時有兩個方面需要考慮：

① 系統是軟件容錯還是硬件容錯

為實現容錯，一種是在使用標準硬件的基礎上用軟件實現容錯，即SIFT（軟件實現容錯）；另一種認為軟件是系統中最不可靠的部分，因此把軟件的應用減少到最少，即用硬件實現容錯（HIFT）。在ESD系統中最明顯的同原因故障（是指影響系統多處的故障）就是操作系統，HIFT和SIFT最基本的區別就是為實現容錯而需要的軟件復雜程度不一樣，只有軟件的作用得到了限制，才能保證一定的安全水平。所以應該采用硬件實現系統容錯。

②

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