化工安全Solution

化工生产过程自动化安全控制系统 

杭州优稳自动化系统有限公司 浙江大学工业化国家工程研究中心


一、项目概述

化工生产过程自动化安全控制系统是对化工生产装置可能发生的危险进行快速响应和联锁保护的自动化仪表控制系统,其作用是保障企业的安全生产,避免人身伤害及重大设备损害。主要包括高可靠安全主控系统和化工安全控制策略开发与仿真验证平台。高可靠安全主控系统是遵循IEC61508/61511标准,基于双重化或三重化硬件冗余技术,具有高可靠性高安全性特征的容错控制装置;化工安全控制开发与仿真验证平台,构建安全控制专用算法模块或算法模板,实现危险化工工艺的安全控制策略开发、动态仿真调试与功能验证

二、主要功能

自动化安全控制技术是对生产装置可能发生的危险进行响应和保护的自动化控制技术。该技术能对化工生产装置和设备可能发生的危险或措施不当行为致使继续恶化的状态进行及时响应和保护,使生产装置和设备进入一个预定义的安全停车工况,从而使风险降低到可以接受的最低程度,保障人员、设备和生产装置的安全。包括:

1)UW900高可靠安全主控系统。高可靠安全主控系统是专门为安全相关系统、或条件苛刻的任务而设计的,具有故障安全特征的计算机控制装置。作为主控系统应用于紧急停车系统、安全仪表系统、安全联锁系统等。本项目通过剖析国际主流安全控制系统的体系结构、功能设计、硬件设计、软件设计、容错机制、技术指标;遵循IEC61508/61511标准,基于双重化三重化模件硬件冗余技术和IEC61131编程软件设计开发实现具有高可靠性、高安全性特征的容错计算机控制系统。  

2)化工危险工艺安全控制策略。基于高可靠安全主控系统的硬件平台与软件平台,研究主要危险化工工艺生产装置的安全控制策略,形成符合IEC61131-3编程语言国际标准与IEC61508功能安全国际标准的主要危险化工过程的安全控制算法模块、动态仿真调试与功能验证软件平台,及其工程集成解决方案。如涉及光气及光气化、电解(氯碱)、氯化、硝化、合成氨、裂解(裂化)、氟化、加氢、重氮化、氧化、过氧化、胺基化、磺化、聚合、烷基化等化工过程的安全控制策略;通过所构建的标准化、规范化的安全控制策略库,降低对控制设计、工程实施、日常维护的要求;保障安全控制规范的有效贯彻与实施。

三、技术指标

1)高可靠安全主控系统实现双重化或三重化容错结构设计,达到高可靠性和高可用率;系统内置所有的开关量和模拟量的输入表决算法、输出表决算法、输入输出自检和故障报告机制,只要组态配置即可实现冗余设计;

2)实现控制系统模件/模块/功能电路的综合诊断、故障隔离与在线修复技术;模块在线安装、在线调整与联机接线技术;

3)实现重点监管危险化工工艺的生产装置的安全控制算法库,构建符合IEC61131-3编程语言国际标准与IEC61508功能安全国际标准的标准化、规范化的安全控制算法模块,并形成化工安全专用策略库。

4)实现主要危险化工工艺生产装置的过程控制与安全控制的动态仿真调试与功能验证软件平台。

5)硬件模块与控制装置的电磁兼容性与抗干扰性指标满足国家标准GB/T2423.1-2001、GB/T2423.2-2001、GB/T17626.2-2006、GB/T17626.4-2008、GB/T17626.5-2006、GB/T17626.8-2006等标准3级的要求;

四、技术创新

1)提出并实现重点监管危险化工工艺的生产装置的安全控制算法库,内置国家安监总局公布的首批重点监管的危险化工工艺的生产装置,如涉及光气及光气化、电解(氯碱)、氯化、硝化、合成氨、裂解(裂化)、氟化、加氢、重氮化、氧化、过氧化、胺基化、磺化、聚合、烷基化等化工过程的安全控制策略;通过所构建的标准化、规范化的安全控制策略库,降低对控制设计、工程实施、日常维护的要求;保障安全控制规范的有效贯彻与实施;

2)化工过程安全控制系统,控制规模大小差距很大;从十几点、数十点、数百点、到数千点;但由于安全性可靠性要求,仍需要控制冗余、电源冗余、IO模件或IO模块冗余;即有大量小规模、高可靠的控制系统或控制器需求;UW900高可靠安全主控系统采用模件端子座一体式结构设计,易于剪裁,适应十几点到数千、数万点的控制需求,可以机柜安装、也可以壁挂安装,并支持扩展互联;

3)实现模拟量及数字量输入输出单点互隔、在线诊断、自校正免维护、在线逐点更换;不仅实现无单点故障失效,并首次实现点点冗余、单点无扰动在线维护,显著提高平均无故障工作时间MTBF;适应高可靠性与高安全性要求。

4)采用专用单重化、双重化与三重化冗余底座及配套结构件,采用定制可编程逻辑阵列的实现硬件表决算法,完成在线诊断、在线维护与冗余无扰切换,自动生成冗余组地址,配合实时数据库与硬件配置软件自动完成配置同步与异常诊断;实现所有的开关量和模拟量的输入表决算法、输出表决算法、输入输出自检和故障报告机制,无需用户编程,只要组态配置即可实现冗余设计。

五、应用领域与使用效果

目前中国拥有化工企业4万余家,站工业企业总数的68%,其中总资产为几十亿元人民币的特大型化工企业集团10余家,中小型化工企业占化工企业总数的98%以上,而且其中绝大多设计危险化学品,如浙江绍兴市全市就有危险化学品生产企业181家。我国多数化工企业,基本以中小型精细化工为主,生产力水平相对落后,生产过程涉及单元操作多,工艺流程长,间歇反应多,多数化工生产经营单位安全生产基础条件仍相对薄弱,安全技术装备水平低,安全投入不足。因此,市场容量十分巨大。
 化工生产过程自动化安全控制系统首先通过系统行业大客户联合攻关,配套使用,在“点”上突破,树立样板工程;同时,在应用推广中,收集整理并提炼用户需求,持续改进相关产品;随后,在行业领域与区域市场,进行推广应用,扩大市场成果。目前,本项目产品已推广应用50余套。