聯鎖邏輯圖中復位開關的設計應用

文/袁漢福 王睿熙 隋永芳 劉倩

本文作者供職于中化化工科學技術研究總院有限公司。

確保復位開關的功能作用，邏輯關系的準確、完整——本文介紹了在聯鎖邏輯圖中復位開關的設計原則、接線方法、復位開關的類型選擇、復位開關的功能和用途以及RS觸發器輸入輸出信號電平的使用要求等，并且詳細介紹了“置位優先”和“復位優先”的區別，在聯鎖回路中正確設計復位開關，確保生產過程在沒有消除觸發聯鎖的原因時，不能恢復正常生產。

目前在石油化工和煤化工行業的生產裝置的安全保護，大部分采用了聯鎖保護，安全功能要求高的采用SIS系統完成，安全功能要求不高的采用DCS完成。在故障發生時，使生產裝置安全聯鎖停車，保證人員、裝置和設備的安全。

本文重點討論在聯鎖邏輯圖中復位開關的使用方法、復位開關輸入輸出信號的要求以及確保復位開關的功能作用和邏輯關系準確、完整。

設置復位開關的必要性

在一個聯鎖邏輯中，一個或多個工藝參數失常達到聯鎖動作值，觸發聯鎖發生，使部分設備停車和進入安全狀態或裝置停車，達到保護人員和設備的目的。當邏輯中沒有設置復位開關時，工藝過程失常導致觸發聯鎖動作，裝置進入安全狀態，當過程參數恢復正常后，聯鎖觸發的條件解除后，打開或關閉的閥門，會自動恢復正常狀態，機泵也會恢復正常狀態。如果生產波動，會產生聯鎖反復發生，嚴重威脅安全生產。

邏輯中設置復位功能，采用復位開關和RS觸發器組成復位電路來實現，工藝過程恢復正常后，自動聯鎖觸發條件隨之解除，但是聯鎖動作范圍內的閥門和機泵還是處于聯鎖狀態動作狀態即安全狀態。

為了防止工藝參數波動，造成反復觸發聯鎖，所以在過程參數恢復正常后，需要對工藝過程和設備進行檢查，確認沒有問題才能恢復正常，一些重要的現場設備，在現場設置復位開關，對設備檢查正常后再復位。使用復位開關給出復位信號，才能恢復生產正常狀態。這就是設置復位開關的目的。

綜上所述，每個聯鎖邏輯回路都必須設置復位開關。

復位開關的設計要求

復位開關可以在DCS系統的操作站設置軟開關。如果聯鎖是在SIS系統，則復位開關信號允許DCS通過通信給SIS。

可以在SIS系統的操作站設置軟開關，并在SIS系統的輔操臺上設置一個允許復位的開關，只有這個開關在允許狀態，在操作站（包括DCS操作站）上才可以進行復位操作。

SIS系統的復位開關狀態應在DCS操作上顯示復位開關的顏色通常,設置為灰色。

復位開關復位的是聯鎖動作的對象，包括切斷閥、機泵等，在復位的同時，如果聯鎖觸發信號沒有恢復正常就不能復位。如果復位開關不能復位，說明對觸發聯鎖原因沒有消除，例如過程溫度、壓力、液位等。

如果一個聯鎖邏輯里面沒有過程參數作為聯鎖觸發的條件，只是一些手動開關作為聯鎖觸發的條件，這種情況不需要設置復位開關。

復位開關的設置方法

用于復位的觸點應在啟動復位功能時瞬時閉合，即“1”電平觸發復位功能。復位開關的類型應為瞬時型。當觸發復位開關時，只能瞬時給出一個復位信號。

RS觸發器的使用

復位開關在邏輯圖中都有RS觸發器配合使用，所以搞清楚RS觸發器的輸入輸出電平使用要求是非常重要的。RS觸發器有置位優先和復位優先2種。

置位優先的RS觸發器

置位優先的RS觸發器如圖1所示。

當[A]=1和[B]=0, [C]=1。如[A]變成0，在[B]=1之前 [C]保持。

如果[B]=1 ，此時[C]=0。如[B]變成0，在[A]=1之前 [C]保持0。

如 果[A]和[B]同 時 為1，[C]=1，[D]是[C]的反相。

復位優先的RS觸發器

復位優先的RS觸發器如圖2所示。當[A]=1和[B]=0, [C]=1。如[A]變成0，在[B]=1之前 [C]保持1。

如果[B]=1 ，此時[C]=0。如[B]變成0，在[A]=1之前 [C]保持0。如果[A][B]同時為1，[C]=0，[D]是[C]的反相。

舉例

下面以圖3為例，解釋RS觸發器的使用。

圖中使用的是置位優先的RS觸發器，過程信號PZT-63101≥0.3 MPa時觸發聯鎖，去關閉XV-63101閥。圖中畫有旁路開關BP-16101，“1”為旁路電平。

在RS觸發器的“S”端對信號取反，當聯鎖發生，觸發信號為“0”，取反后為“1”，“R”端電平是“0”，RS輸出端“C”輸出“1”，取反后電平為“0”，去關閉閥門。

如果在聯鎖觸發信號依然存在的情況下，在此時去做復位，RS的“C”輸出是“1”，取反后還是“0”，保持聯鎖的動作輸出不變。

當聯鎖觸發信號PZT-63101＜0.3 MPa時，RS的“S”端電平取反后是“0”。

如果此時RS的“R”端沒有復位，那么依然是“0”電平，RS的“C”端依舊保持以前的輸出，維持聯鎖輸出狀態。

當啟動復位開關后，RS的“R”端電平為“1”，RS的“C”輸出為“0”，取反后為“1”，閥門XV-63101打開，恢復正常狀態。

RS觸發器采用復位優先，聯鎖觸發信號“0”在“S”端取反后為“1”，此時如果復位，“R”端為“1”，RS的“C”端輸出為“0”，取反后為“1”，聯鎖對象恢復正常狀態。這是不允許的，因為聯鎖觸發信號還存在。

所以使用哪類RS觸發器，要具體結合電路分析，通常情況下采用置位優先的RS觸發器。

應當注意問題

當有2個聯鎖邏輯的動作執行內容是一樣的時候，只是觸發條件不一樣。當一個聯鎖的動作執行內容是另外一個聯鎖動作內容的一部分，觸發條件不一樣。

上述問題，當2個聯鎖的觸發信號一個恢復正常，一個沒有恢復正常時，對觸發信號恢復正常的聯鎖進行復位，可能會產生誤動。

解決上述問題的辦法是：1）在設計上將兩個聯鎖采用一個共用復位開關。2）當一個聯鎖動作對象例如一臺閥門，參加多個聯鎖邏輯，多個聯鎖輸出到這臺閥門的電路上加“與”門，觸發是“0”電平有效，只要有一個聯鎖處于動作狀態，沒有恢復到正常狀態，任何一個聯鎖就不能進行復位，生產也就不能恢復正常。

結束語

復位開關在邏輯圖中與邏輯關系不密切，往往重視程度不夠，如果不能正確設計復位開關，就會影響聯鎖回路的安全功能。

在設計過程中需要自控人員和工藝人員進行充分的溝通，澄清聯鎖的邏輯關系，正確設計邏輯圖。 ●