試析ESD緊急停車系統(tǒng)在重大危險(xiǎn)源的應(yīng)用

梁濤

摘要：企業(yè)使用的危險(xiǎn)品大多構(gòu)成重大危險(xiǎn)源，重大危險(xiǎn)源的監(jiān)測一直是企業(yè)安全管理的重點(diǎn)。在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行過程中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，可能造成危及設(shè)備甚至操作人員安全的危險(xiǎn)。通過引入ESD系統(tǒng)，可以在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)判斷故障并發(fā)出停止命令，避免了更大的危害的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：ESD緊急停車系統(tǒng);重大危險(xiǎn)源;應(yīng)用

引言

緊急停車裝置（ESD）是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種獨(dú)立于生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的特殊安全防護(hù)設(shè)備，用于大型設(shè)備的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。在正常情況下，設(shè)備的安全是在線實(shí)時(shí)監(jiān)控的，緊急情況下，裝置直接發(fā)出保護(hù)聯(lián)鎖信號(hào)，對(duì)工藝流程實(shí)施聯(lián)鎖保護(hù)或緊急停車，避免危險(xiǎn)擴(kuò)散造成巨大損失。

一、ESD緊急停車控制系統(tǒng)（以下簡稱ESD）的定義和構(gòu)成

1、 定義

ESD是Emergency Shutdown Device的簡稱，中文的意思是緊急停車控制系統(tǒng)，也可以稱為? 安全儀表系統(tǒng)（Safety-Instrument System---SIS）、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（Safety Interlock System----SIS ）、安全關(guān)聯(lián)系統(tǒng)（Safety Related System---SRS）、儀表保護(hù)系統(tǒng)（Instrument Protective System-----IPS ）等。

是經(jīng)專門機(jī)構(gòu)認(rèn)證的具有一定安全等級(jí)的安全防護(hù)體系，用于降低生產(chǎn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)。這樣既能保證設(shè)備在安全生產(chǎn)過程中的安全，又能根據(jù)自身的安全生產(chǎn)條件，處理好設(shè)備在生產(chǎn)過程中的安全隱患。

2、構(gòu)成

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，ESD緊急停車控制系統(tǒng)的設(shè)備配置也在不斷更新，從簡單到復(fù)雜，從低級(jí)到高級(jí)。但是，它可以分為三個(gè)部分：傳感器單元、邏輯運(yùn)算單元和最終執(zhí)行單元。如圖1

（1） 檢測單元采用多個(gè)儀表或系統(tǒng)將控制功能與安全聯(lián)鎖功能隔離，即獨(dú)立配置檢測單元，將ESD儀表系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)分開。

（2） 執(zhí)行單元是ESD儀表系統(tǒng)中最危險(xiǎn)的設(shè)備。由于ESD儀表系統(tǒng)在正常工作條件下是靜態(tài)的，如果ESD控制系統(tǒng)的輸出保持不變，執(zhí)行單元將始終保持在原來的狀態(tài)，因此很難確認(rèn)執(zhí)行單元是否存在危險(xiǎn)故障。因此，選擇執(zhí)行單元儀表的安全等級(jí)是非常重要的。

（3） 邏輯運(yùn)算單元由輸入模塊、控制模塊、診斷電路和輸出模塊組成。根據(jù)邏輯運(yùn)算單元，可以自動(dòng)進(jìn)行周期性故障診斷。基于自診斷測試的ESD儀表系統(tǒng)具有特殊的硬件設(shè)計(jì)。安全診斷與測試技術(shù)保證了系統(tǒng)的安全性。

二、ESD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理危險(xiǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少中間環(huán)節(jié)，縮短系統(tǒng)感知危險(xiǎn)的時(shí)間。同時(shí)，為了保證系統(tǒng)的可靠性和靈活性，設(shè)計(jì)中應(yīng)采用故障安全和冗余的容錯(cuò)結(jié)構(gòu)。

1、ESD系統(tǒng)故障安全原則

故障-安全原理是指當(dāng)ESD系統(tǒng)受到外部環(huán)境的干擾時(shí)，被保護(hù)對(duì)象可以按照預(yù)定的操作程序進(jìn)入安全關(guān)閉狀態(tài)。

2、ESD系統(tǒng)的冗余容錯(cuò)

冗余是指在連接具有相同功能的模塊或組件后，系統(tǒng)故障能自動(dòng)檢測到并自動(dòng)轉(zhuǎn)移到備用設(shè)備上。容錯(cuò)是指當(dāng)功能模塊不能發(fā)揮其作用時(shí)，它可以代替故障模塊繼續(xù)發(fā)揮特定的功能。它們是辯證統(tǒng)一的。

三、緊急停車系統(tǒng)在重大危險(xiǎn)源的具體應(yīng)用

1、從邏輯組態(tài)方面看其應(yīng)用

邏輯組態(tài)軟件一般有三種：梯形圖、功能框圖和編程語言。這三種軟件的功能沒有區(qū)別。程序員可以根據(jù)自己的習(xí)慣進(jìn)行選擇，只要危險(xiǎn)源安全性得到滿足。邏輯組態(tài)最重要的內(nèi)容是根據(jù)過程邏輯圖編輯邏輯。如果程序非常復(fù)雜，它需要遵循適當(dāng)?shù)捻樞颍ǔＪ菑纳系较拢缓髲牡谝坏阶詈蟆Ｈ绻粋€(gè)輸出點(diǎn)出現(xiàn)在不同的位置，程序員應(yīng)在最后一個(gè)輸出點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)對(duì)邏輯進(jìn)行編輯，以確保所有功能都正確，功能可以按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)，程序員可以直接為其他位置輸入中間變量。

根據(jù)危險(xiǎn)源的要求，緊急停車系統(tǒng)的輸入點(diǎn)類型通常為故障-安全型。具體來說，當(dāng)輸入設(shè)備和信號(hào)終端停電時(shí)，系統(tǒng)能立即報(bào)警并直接聯(lián)鎖。為了保證函數(shù)的正常使用，程序員必須保證輸入點(diǎn)的動(dòng)作狀態(tài)是準(zhǔn)確的，即它是處于“開”狀態(tài)還是“關(guān)”狀態(tài)，換句話說就是“0”或“1”。

在編程過程中，無論是配置中定義的中間變量還是實(shí)際輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的變量，每個(gè)變量在輸出位置只能出現(xiàn)一次。雖然同一變量在多個(gè)輸出位置的邏輯可以實(shí)現(xiàn)，但程序越復(fù)雜、越困難，程序出錯(cuò)的概率就越大。

2、從操作界面組態(tài)方面看其應(yīng)用

雖然操作界面的配置很少影響邏輯，但它是操作員觀察和操作相關(guān)邏輯的窗口。操作界面的質(zhì)量直接影響到過程的運(yùn)行。操作界面配置的主要工作是屏幕中每個(gè)對(duì)象的屬性定義、屏幕的動(dòng)態(tài)連接等，這項(xiàng)工作的所有系統(tǒng)都是相似的，具體操作不會(huì)重復(fù)。操作界面的配置必須遵循方便有效的原則。下面主要介紹操作界面配置的幾個(gè)特殊方面。

2.1 網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)的組態(tài)。通過分析站與站之間的通信圖，可以分析出站與站之間的通信是否正常。然而，并不是所有的操作員都能分析它。因此，有必要做出明顯的標(biāo)志。操作員或儀表操作員可以很容易地判斷操作站和控制站是否通信。各種ESD系統(tǒng)沒有現(xiàn)成的標(biāo)識(shí)，需要配置。當(dāng)閃爍或跳躍圖標(biāo)之間沒有通信時(shí)，可以通過定義色差來區(qū)分。

2.2系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的組態(tài)。各種信號(hào)反映了系統(tǒng)操作界面的需要。當(dāng)一個(gè)信號(hào)（甚至卡的某個(gè)通道）發(fā)生故障時(shí)，除了向蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)外，它還應(yīng)在操作屏幕上反映出哪個(gè)位置有故障。

四、結(jié)束語

ESD（SIS）系統(tǒng)一般不需要人工干預(yù)和操作，這是它區(qū)別于DCS系統(tǒng)的重要標(biāo)志。一旦達(dá)到預(yù)先設(shè)定的危險(xiǎn)條件，它將自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)的防護(hù)工作。系統(tǒng)程序正常加載后，所有程序在CPU上運(yùn)行，而不是在工程師站上運(yùn)行。如果能在生產(chǎn)過程中進(jìn)一步提高系統(tǒng)的靈活性，系統(tǒng)各部分的性能都能得到進(jìn)一步的提高。

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