GMR系统在水煤浆气化中的应用

胡 楠

（中海石油华鹤煤化有限公司，鹤岗 154100）

中海石油华鹤煤化有限公司是中海石油化学股份有限公司在鹤岗市投资建设的以煤为原料年产30×104t合成氨、52×104t大颗粒尿素装置，气化技术采用GE水煤浆气化技术，ESD系统采用GE GMR系统。

GE公司面向ESD和火灾和气体保护应用开发了一套（三重化）冗余控制系统解决方案，被称为Genius冗余控制模块（GMR），由90-70系统和 GE公司特有Genius输入输出模块以及VeraMax I/O输入模块组成，这个方案可以配置成不同规模，它允许用户根据希望得到流程风险降低的程度来改变系统冗余的级别，本公司根据设计要求采用三重化控制模块，输出采用GMR系统特有的“H”型输出。

1GMR系统结构

GMR系统具有可伸缩性，主要系统结构分为处理器子系统（包括网络控制器）、Input子系统和Output子系统，系统结构如图1所示。

图1 GMR系统结构Fig.1 GMR system architecture

GMR中处理器子系统和Input子系统和其他品牌三重化系统结构类似，但输出子系统具有鲜明特点，GMR系统为了达到失效安全和容错的要求[1]，提供了 3 种输出类型：“I”型、“T”型和“H”型。 “I”型在ESD的应用中满足失效安全，但不容错；“T”型在火气系统中是失效安全的，但不容错；“H”型既是失效安全的又是容错的。

1.1 “I”型输出结构

使用“I”模式，它包含1个源型和1个漏型的Genius直流I/O模块。每一个模块必须在不同的总线上，都从所有的PLC处获得输出命令，都应该能控制负载。允许使用在“失效安全”的应用中，失效时需将负载关闭。结构形式如图2所示。

图2 “I”结构形式Fig.2 “I” structure

1.2 “T”型输出结构

使用“T”模式，它包含2个源型或2个漏型的Genius直流I/O模块。每一个模块必须在不同的总线上，都从所有的PLC处获得输出命令，都应该能控制负载。允许使用在“高可靠性”的应用中，失效时需将负载打开。结构形式如图3所示。

图3 “T”结构形式Fig.3 “T” structure

1.3 “H”型输出结构

使用“H”型输出模式，它包含2个源型和2个漏型的Genius直流I/O模块。每一个模块都从所有的PLC处获得输出命令，2oo3的表决算法由输出模块完成。硬件架构使输出负载既是容错的又是失效安全的。结构形式如图4所示。

图4 “H”结构形式Fig.4 “H” structure

2 GMR系统在水煤浆应用

2.1 输出子系统应用

根据GE水煤浆工艺设计要求，参与气化炉开停车关键煤浆、氧气和氮气阀门均采用双电磁阀并联结构，即任何一个电磁阀带电则阀门属于控制状态，只有2台电磁阀均为失电状态，阀门处于联锁状态[2]。根据对GMR 3种输出结构特性分析，可采用“I”型和“H”型2种失效安全型，鉴于水煤浆气化炉的高安全性，公司采用“H”型输出结构，在该结构下控制阀门同时满足可靠性和安全性的要求。

2.2 输入结构优化

GE水煤浆工艺对安全性要求严格，针对气化炉停车联锁所涉及联锁条件（变送器和阀位反馈）都采用三选二机制，结合GMR系统特点和水煤浆安全要求，修改GMR系统输入结构，如：原设计将现场 3块煤浆流量计 FT03103A1、FT03103A2和FT03103A3信号分别接入3块AI卡的第一通道，即A1、A2和A3 3块流量表分别进到GeniusA、GeniusB、GeniusC 3条总线内。而修改后为将FT03103A1接入到3块AI卡的第一通道，FT03103A2接入到3块AI卡第二通道，FT03103A3接入到3块AI卡第三通道。即GeniusA、GeniusB、GeniusC 3条总线每条都能读到3块流量表数值[3]。通过此项修改大大提高了系统运行的可靠性，在每套CPU运算前即做出三选二表决数值。

2.3 特殊功能块实现

GMR系统程序编程软件采用Proficy Machine Edition，此编程软件具备较高自由性，可根据用户需求，编写逻辑功能块，封装后可调用形成通用功能块[4]，如对水煤浆工艺中煤浆、氧气和氮气关键阀门要实现如下功能：

①阀门控制的输入端为顺控和联锁逻辑优选后最终输出命令；

②阀门反馈为三选三形式，任何一个阀位反馈在规定时间内不满足阀门控制命令，则输出一个故障报警；

③可更改上述触发报警限制时间；

④能实现阀门手/自动无扰切换，即当阀门由自动状态切换到手动状态时阀门不会动作。

由于软件本身不具备该项功能块，可根据上述编写通用逻辑块，将可变量转为输入引脚，按照用户要求实现最终命令输出[5]。

3 结语

GMR系统结构具有很典型的三重化特点，虽然现在已逐渐退出市场，但其基于PLC式编程语言和独特的输出结构，为三重化安全系统提供了很好的借鉴意义，也为学习安全系统人员提供最为直观的三重化结构，有助于其他类型系统学习，而本公司结合了系统特性和工艺特点，创造性地完成了几项优化，使整个气化安全联锁回路同时具备安全性与可靠性，本公司3台气化炉从2015年4月6日～5月11日，均一次投料成功，双炉连续运行记录达84天。本公司GMR系统在水煤浆气化中的应用对同行业有一定借鉴意义。

[1]贾立新.数字电路[M].浙江：电子工业出版社，2011.

[2]张宏建，王化祥，周泽魁，等.检测控制仪表学习指导[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3]张雪申.集散控制系统及其应用 [M].北京：机械工业出版社，2006.

[4]刘翠玲，黄建兵.集散控制系统[M].北京：北京大学出版社，2006.

[5]肖大雏.控制设备及系统[M].北京：中国电力出版社，2006.