紧急停车系统
ESD紧急停车系统1
CPU
SDE
第一节
定义及构成
系统柜有电源，信号转换模块，系统组 件，输出继电器，空气开关，交流接触器，检 修插座和照明等组成。 电源采用两路电源，且两路电源互备， 自动切换来保障系统正常工作。输入信号转换 模块接受现场输入信号和分布在厂区各重要地 点的ESD手动报警按钮的信号转换后送至CPU ，有CPU输出信号进行转换后送至输出继电器 隔离及电流放大输出。
执行单元A 执行单元B
过 程
检测单元B
过 程
第三节
ESD故障安全原则
故障安全原则是指当外部或内部原因使 ESD紧急停车控制系统失效时，被保护的对象 应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态 。具体内容如下：
现场开关仪表选用常闭触点，工艺生产正 常时，触点闭合，达到报警或联锁极限时触点 断开，触发联锁或报警动作。为了提高安全性 可以采用“二选一” 、“二选二” 、“三选二 ”配置。
第三节
ESD故障安全原则
电磁阀采用正常励磁，报警或联锁没有动作 时，电磁阀线圈带电，触点闭合；报警或联锁 动作时，电磁阀线圈失电，触点断开。 送往电气配电室的开关触点应用中间继电 器隔离，其励磁电路应为故障安全型。 所谓控制装置的故障安全是指当其自身出 现故障而不是工艺或设备超过极限指标时，控 制装置应该联锁动作同时按照预定的顺序安全 停车，从而确保设备和人身的安全。
紧
急 制
停 系
车 统
控
(ESD: Emergency Shut down Device)
制氢车间
紧
第一节
第二节
急
停 车 控 系 统
制
ESD定义及构成
ESD设计原则
第三节 第四节
ESD故障安全原则 ESD在石油化工中的作用
《紧急停车系统》课件
故障安全设计
1
紧急停车系统应采用故障安全设计，确保在系统 发生故障时能够自动停车或采取其他安全措施， 以防止事故的发生。
2
系统应具备故障记忆功能，能够记录故障发生的 具体时间和类型，方便后续的故障排查和维修。
3
紧急停车系统应具备故障隔离功能，能够将故障 区域与其他区域隔离，确保系统的安全性和稳定 性。
03
对系统进行功能测试，确保各项功能正常 。
04
对系统进行安全性能测试，确保在紧急情 况下能够及时响应。
故障处理与修复
01
当紧急停车系统出现故 障时，应立即停止使用 ，并进行故障诊断。
02
根据故障情况，采取相 应的修复措施，如更换 损坏部件、修复线路等 。
03
对于无法修复的故障， 应联系专业人员进行维 修或更换整个系统。
紧急停车系统与其他安全系统的集成
紧急停车系统应与工厂的安全系统集成，实现信息共享和协同工作，提高整个工厂 的安全性能。
系统应与监控系统集成，实现实时监控和报警功能，及时发现和处理异常情况。
紧急停车系统应与消防系统集成，实现火灾报警和自动灭火功能，确保人员和设备 的安全。
05
紧急停车系统的维护与保 养
完善标准体系
完善紧急停车系统的相关标准体系，推动行业标准化 和规范化发展。
加强国际合作
加强国际合作与交流，共同制定紧急停车系统的国际 标准，推动全球发展。
THANKS
感谢观看
应用领域的拓展
轨道交通
将紧急停车系统应用于轨道交通领域，提高列车运行安全和乘客 出行安全。
智能交通
结合智能交通系统，实现紧急停车系统与其他交通设施的协同工作 ，提高交通效率和安全性。
ESD紧急停车系统(共86张)
第11页，共86页。
ESD —— 第一(dìyī)讲 概述
ESD可靠性和可用度
其中平均故障修复时间又是平均确定故障位置
的时间(MTDL)、平均更换故障元件时间(MTFR)与平 均使系统恢复可操作条件时间(MTRO)之和。
MTTR=MTDL+MTFR+MTRO
单个模件平均停车时间可以结合制造厂提供的 MTBF数值和可用度的值得到。对故障安全故障(FTS),
3 正 正 运 计划中的生产过程 常常行
4 正 故 运 分两种配置来讨论:1)若系统是冗余配置,其中的一个系统出现了故 常 障 行 障,虽未导致停车,但整个系统仍能执行紧急停车功能,则说明该系统 具有容错能力,系统可用性高。系统发生的故障可能是安全故障,也 有可能是危险故障。2)若系统为非冗余配置,则说明系统所发生的 故障是危险故障,系统已丧失作为一个紧急停车系统的功能。这对 于按故障安全原则设计的系统是小概率事件,对于未按故障安全原 则设计的系统是高概率事件,有导致本表第2种情况的潜在可能
电源设备。
第25页，共86页。
ESD —— 第二讲 设计及应用原则
中间环节最少原则(yuánzé)
一些工厂对ESS的可靠性十分重视,不惜投资购买高可靠性的 逻辑单元设备,而对ESS系统中两端单元及连接各单元的中间环节
的重视程度相对差些,可是现场许多误动作往往是由这些部位故 障引起的。因此,应给予检测端和执行端仪表及中间连接环节的 设计同样的重视。
ESD —— 第二讲 设计及应用原则
执行器独立设置
为确保ESS系统准确可靠地动作,对重要的执行单
元应独立设置,不可用普通调节阀一阀两用来代替。 自保阀的电磁阀电源也应按以下原则设置:若系统
紧急停车系统
紧急停车系统控制系统说明：紧急停车系统（ESD）1. ESD的概念紧急停车系统，简称ESD（Emergency Shutdown Device），是90年代发展起来的一种专用的安全保护系统，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评和广泛应用。
不同的厂商、不同的行业，对这一装置的叫法有所不同。
一般的叫法包括安全仪表系统（Safety Instrument System）、安全联锁系统（Safety Interlock System）、紧急跳闸系统（Emergency Trip System）、安全关联系统（Safety Related System）、仪表保护系统（Instrument Protective System）等。
ESD是一种专门的仪表保护系统，具有很高的可靠性和灵活性，当生产装置出现紧急情况时，保护系统能在允许的时间内做出响应，及时地发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护。
目前，国际上的知名DCS或PLC厂商都推出了针对安全的ESD系统，如YOKOGAWA的Prosafe、Honeywell 的FSC等等。
真正专门生产ESD的主要有HIMA和TRICONEX两家。
在国内，尚没有ESD设备研发生产厂家。
2. ESD和DCS的异同ESD系统和DCS系统虽然独立完成不同的功能，但服务的对象却是同一套装置，两者之间需要也应该建立数据联系，特别是ESD系统，其动作条件、联锁结果、保护措施等都需要在上位机通过各种方式在线监视。
ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。
在正常情况下，ESD系统是处于静态的，不需要人为干预。
作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置的安全性。
只有当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而直接由ESD发出保护联锁信号，项目ESD DCS不同点当生产装置出现紧急情况时，直接发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。
地铁上的紧急停车系统的工作原理
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什么是紧急停车系统
二、化工生产过程中在什么情况下需要 紧急停车？ 紧急停车？
在化工生产中停车的方法与停车前的状态有关， 不同的状态，停车的方法及停车后处理方法也就 不同。一般有以下三种方式：
1、正常停车
生产进行到一段时间后，设备需要检查或检 修进行的有计划的停车，称为正常停车。这种停 车，是逐步减少物料的加入，直至完全停止加入， 待所有物料反应完毕后，开始处理设备内剩
余的物料，处理完毕后，停止供汽、供水，降温 降压，最后停止转动设备的运转，使生产完全停 止。 停车后，对某些需要进行检修的设备，要用 盲板切断该设备上物料管线，以免可燃气体、液 体物料漏过而造成事故。检修设备动火或进入设 备内检查，要把其中的物料彻底清洗干净，并经 过安全分析合格后方可进行。
2、局部紧急停车
对于自动化程度较高的生产装置，在车间内 备有紧急停车按钮，并和关键阀门锁在一起。当 发生紧急停车时，操作人员一定要以最快的速度 去按这个按钮。为了防止全面紧急停车的发生， 一般的化工厂均有备用电源。当第一电源断电时， 第二电源应立即供电。
讲完了......
分输送物料，以免造成重大事故）。同时，立即 通知下步工序，停止生产或处于待开车状态。此 时，应积极抢修，排除故障。待停车原因消除后， 应按化工开车的程序恢复生产。
3、全面紧急停车
当生产过程中突然发生停电、停水、停汽或发 生重大事故时，则要全面紧急停车。这种停车事 前是不知道的，操作人员要尽力保护好设备，防 止事故的发生和扩大。对有危险的设备，如高压 设备应进行手动操作，以排出物料；对有凝固危 险的物料要进行人工搅拌（如聚合釜的搅拌器可 以人工推动，并使本岗位的阀门处于正常停车状 态）。
紧急停车系统的概念
紧急停车系统的概念紧急停车系统是一种车载安全系统，旨在帮助驾驶员在紧急情况下迅速停车并避免事故发生。
该系统通常与车辆的智能驾驶和安全功能相结合，提供了一系列能够自动帮助驾驶员采取紧急制动措施的技术手段。
紧急停车系统的工作原理主要分为三个步骤：检测紧急情况、警告驾驶员和自动刹车。
系统通过使用传感器以及车辆内部的各种监测设备来检测紧急情况。
传感器可以监测车辆周围的障碍物、车速、距离等参数，并与车辆的电子控制单元相连。
一旦检测到紧急情况，系统会立即向驾驶员发出警告信号。
这些警告信号可以通过仪表盘或其他显示屏幕来呈现，例如闪烁的指示灯、声音提示、震动等。
警告信号的目的是提醒驾驶员采取行动并注意当前的紧急情况。
除了发出警告信号外，紧急停车系统还可以自动刹车以减轻事故的严重程度。
系统会自动分析当前的驾驶状况，包括车速、制动距离、路面状况等，并根据这些参数决定是否需要自动刹车。
如果系统认为当前情况需要紧急制动，它将通过车辆的制动系统来实现自动刹车。
在紧急制动过程中，系统会自动调整车辆的刹车力度和时间，以确保车辆能够尽快停下来，同时保持在安全的稳定状态，避免产生任何额外的事故风险。
紧急停车系统的优势在于它可以帮助驾驶员在紧急情况下做出更快速和准确的反应。
这是因为系统利用了车辆的传感器和监测设备，能够比人类驾驶员更快地检测到紧急情况，并在更短的时间内做出反应。
此外，紧急停车系统还可以帮助驾驶员避免一些常见的驾驶错误，例如追尾、刹车不及时等。
系统通过自动刹车以及发出警告信号，可以提醒驾驶员及时采取措施，并避免发生与其他车辆或障碍物的碰撞。
然而，紧急停车系统也存在一些挑战和限制。
首先，系统的准确性和可靠性对于确保驾驶员的安全至关重要。
需要系统能够准确地检测到紧急情况，并在最短的时间内做出反应。
此外，系统还需要考虑到车辆的各种驾驶状况，如不同的车速、路况和制动距离，以确保自动刹车的有效性。
其次，紧急停车系统还需要克服一些技术和法律方面的挑战。
ESD紧急停车控制系统(以下简称ESD)的定义和构成
ESD紧急停车控制系统（以下简称ESD）的定义和构成ESD是Emergency Shutdown Device的简称，中文的意思是紧急停车控制系统，它是一种经专门机构认证、具有一定安全等级，用于降低生产过程风险的安全保护系统。
它不仅能够响应生产过程因超出安全极限而带来的危险，而且能检测和处理自身的故障，从而按预定的条件或程序，使生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。
ESD紧急停车控制系统基本组成大致可分为三部分：传感器单元、逻辑运算单元、最终执行单元。
（1）检测单元采用多台仪表或系统，将控制功能与安全联锁功能隔离，即检测单元分开独立配置的原则，做到ESD仪表系统与过程控制系统的实体分离。
（2）执行单元是ESD仪表系统中危险性最高的设备。
由于ESD仪表系统在正常工况时是静态的，如果ESD控制系统输出不变，则执行单元一直保持在原有的状态，很难确认执行单元是否有危险故障，所以执行单元仪表的安全度等级的选择十分重要。
（3）逻辑运算单元包括输入模块、控制模块、诊断回路、输出模块四部分，依据逻辑运算单元自动进行周期性故障诊断，基于自诊断测试的ESD仪表系统，系统具有特殊的硬件设计，借助于安全性诊断测试技术保证安全性。
二、ESD的配置方案1、我公司使用的ESD系统，设备采用Honeywell生产的SM系统，系统具有以下特点：（1）系统独立设置（含检测和执行单元）；（2）中间环节最少；（3）为故障安全型；故障安全原则是指当外部或内部原因使ESD紧急停车控制系统失效时，被保护的对象应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态。
具体内容如下①现场开关仪表选用常闭触点，工艺生产正常时，触点闭合，达到报警或联锁极限时触点断开，触发联锁或报警动作。
为了提高安全性可以采用“二选一” 、“二选二” 、“三选二”配置。
②电磁阀采用正常励磁，报警或联锁没有动作时，电磁阀线圈带电，触点闭合；报警或联锁动作时，电磁阀线圈失电，触点断开。
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紧急停车系统（ESD）在催化裂化装置中的应用改造-----------中油辽河石化公司仪表车间陈志强梁微单振兴摘要：以80万t/a催化裂化装置主风机组所采用的ESD（紧急停车）系统为例，介绍了ESD系统的功能特点、软硬件配置以及在连锁控制和防喘振控制等方面的应用。
关键词：轴流式压缩机汽轮机紧急停车系统联锁控制防喘振Abstract: Take ESD in Main fan unit of 800,000t/a FCCU as an example, the function and characteristics of ESD system, software and hardware configuration, application on interlock control and anti-surge control are introduced.Keywords: Axial compressor Emergency shutdown system Interlock control Anti-surge1 引言催化裂化装置是炼油厂原油二次加工环节的重要装置，主风机组是催化裂化装置最关键的设备，主风机组向再生器底部输送空气，使再生器和反应器内的催化剂处于流化循环状态，以满足催化裂化反应的需要。
如果主风机组停运，催化裂化反应也将被迫停止，因此主风机组的的运行状况直接影响着整个催化裂化装置的安全稳定运行。
主风机组的重要性和操作控制的复杂性决定了必须得采用高可靠性的ESD系统来进行连锁保护控制。
ESD（Emergency Shut Down system）即紧急停车系统，是应用于工业过程的一种安全联锁保护系统，能够对生产过程中可能发生的危险或不采取措施将会继续恶化的状态进行迅速地响应和保护。
辽河石化公司炼油厂80万t/a催化裂化装置主风机组采用的是美国Triconex公司的TRICON紧急停车系统。
2 ESD系统介绍TRICON ESD是美国Triconex公司开发的一种以微处理器为核心，由高可靠性硬件组成，具有高速处理能力、强大的控制功能以及方便、灵活的组态编程功能的逻辑与过程控制系统。
TRICON ESD最显著的特点是硬件实现容错功能（Hardware Implemented Fault Tolerance-HIFT）和三重化模块冗余结构（Triple Modular Redundancy-TMR）。
HIFT是指ESD通过硬件电路而不是复杂的软件算法来实现故障的检测和冗余管理功能，与软件实现容错相比，它可减少处理器的工作负荷，而使过程控制功能速度更快，可靠性更高。
TMR是指ESD的关键电路均实现了三重化，每个支路都能独立地完成控制功能，并可与其它两个支路并行工作。
3个独立支路的输出信号在输出前要经过3取2表决器表决，如果任何一个支路出现故障，表决器会自动屏蔽从故障支路来的信号，而输出经过表决后的正确信号，同时发生故障的模块会被自动检测出来，可以进行在线修理或更换。
确保了ESD运行的安全性和可靠性。
图1为TRICON ESD 的三重化硬件冗余结构。
如图1所示，现场传感器的输入信号经过接线端子板进入ESD的输入模块后，分成3个支路，支路彼此之间光电隔离，再通过3条独立的通信线路I/O Bus 分别送到3个主处理器参与控制程序运算。
主处理器在TriBus总线上对信号进行传输表决，保证每一个主处理器使用同样的数据进行控制运算。
当控制程序执行后，主处理器分别将处理结果输出至输出模块，在输出模块上再对输出信号进行3取2表决，以保证输出信号的准确性。
最后，输出信号经过接线端子板输出到现场。
由于ESD的每个支路之间是完全隔离的，任何一条支路出现故障都不会影响到其它两个支路的工作，拆卸和更换失效支路内的失效模件都可以在在线状态下进行，而不必中断系统运行。
这样的硬件结构保证了TRICON ESD具有出色的可靠性和安全性。
3 ESD系统的构成3.1 硬件构成ESD系统由主机、工程师站/操作站、操作面板以及SOE打印机组成，系统结构如图2所示。
ESD主机即TRICON控制器，包括主处理器卡、输入输出卡、电源卡、通讯卡等。
所有卡件安装在主机架和扩展机架中，这些机架同电源单元、辅助仪表及接线端子排集成安装于机柜中。
工程师站（操作站）选用DELL公司的工业PC机，机内装有系统组态软件和监控软件，兼具仪表工程组态维护和生产过程监控功能。
利用口令登录的方式实现两种操作环境的转换。
工程师站配以太网卡，通过基于TCP/IP的标准工业以太网与ESD的通讯卡建立双向数据通讯，用于监控数据和组态数据的上传及下装。
操作面板用于工艺操作及状态指示，上面装有连锁信号的投用/切除转换开关，手动操作按钮以及信号状态指示灯，它与ESD主机之间通过硬线连接实现信号传输。
SOE（Sequence of Event）事件顺序是指在每次扫描期间，ESD主处理器检查所指定的，被称为事件的离散变量的状态改变，当一个事件发生时，主处理器将变量的当前状态和时间作为SOE记录存储在缓冲区内，SOE记录由打印机输出或转换为SOE•LOG文件存入操作站的硬盘中。
SOE记录按变量状态改变时间的先后顺序排列，非常有利于连锁动作后的分析诊断。
3.2 软件配置Triconex公司为每套ESD系统都提供了基于Windows的系统组态软件TriStation 1131，该软件装在工程师站中，用户可以利用它进行系统硬件配置、定义输入/输出点，还可以通过调用各种功能模块进行控制程序组态。
用户的组态程序经过编译后再下装到TRICON控制器的主处理器中执行。
该软件还具有硬件运行状态监视和仿真功能，可以用来做系统硬件的故障诊断、在线维护以及控制程序的调试和模拟试验操作站中的监控软件采用的是美国Intellution公司开发的交互式工控软件INTOUCH 9.0。
该软件功能丰富，可以进行工艺图表组态，绘制工艺流程图画面、控制回路的调节画面、PID参数整定画面，建立控制组画面、趋势组画面和报警画面等。
INTOUCH 9.0还能够与ESD实现通讯，ESD中的数据可以在INTOUCH 9.0的各种画面中显示，操作人员也可以通过INTOUCH 9.0修改ESD中的部分操作参数，以实现对生产过程的监控。
4 ESD系统的应用该ESD系统主要完成以下控制功能：（1）四机组的启动、自动操作程序控制；（2）四机组的停机联锁保护程序控制；（3）四机组的反喘振控制；（4）润滑油、调节油等辅助系统的自动控制。
以四机组的启动程序为例：下图为主风机组启动逻辑图，该图由INTOUCH 9.0软件绘制并在操作站上显示，直观地表现了四机组启动过程中的每一个主要控制点的状态，操作人员可以据此进行机组启动的操作。
下面结合四机组的启动逻辑图，介绍四机组的启动程序。
（1）当机组启动时，首先按下操作台画面上的“存储器复位”按钮，按钮中的指示灯变为绿色，表明存储器已经复位。
（2）操作人员按下操作面板上的“闸阀关闭”按钮后，烟机入口闸阀关闭，调节烟机入口蝶阀使之关闭，调节止回阀使之关闭，调节放空阀打开，润滑油压力达到正常值；程序自动检查各个启动条件是否满足；各启动条件如图3所示，若某一个条件满足，则相应的指示灯变为绿色，所有启动条件满足后，或者手动按“手动启动”，“启动待命”指示灯变为绿色。
（3）这时操作人员可以按下操作面板上的“电机合闸”按钮，电机启动；当机组实际转速大于额定转速的97%时，“转速>97%NE”指示灯变为绿色，电气主断路器闭合后，“断路器闭合”指示灯变为绿色，这时，“主电机合闸”指示灯亮，表明主电机启动运行正常；再延时300s后，“自动操作可进行”指示灯亮。
（4）按下“自动操作”按钮后，“自动操作”指示灯亮，机组便进入“自动”运行状态，烟机蝶阀投入自动控制，风机出口止回阀打开，风机放空阀由防喘振调节器自动控制，风机静叶伺服控制器投入控制，风机开始向再生器送风。
至此，机组的启动过程全部完成。
可以看出，在操作站中设立逻辑控制图是ESD应用的一大特点，逻辑控制图的设立方便了生产操作，成为ESD系统监控的重要手段。
4.2 主风机反喘振控制催化裂化装置的主风机组采用烟机-轴流式主风机-电动机/发电机的配置，而喘振是轴流式压缩机的固有特性，因此主风机必须要有防喘振措施。
催化主风机的防喘振控制也是通过TRICON ESD实现的，图4为防喘振控制系统原理图。
TRICON ESD提供专门的防喘振控制模块，用户在TriStation 1131系统软件环境下的控制程序组态中可以利用和调用这些模块，并将主风机进口压力、温度、流量和出口压力、温度等过程变量输入到模块中，在模块中进行喘振计算Δp0=K×Δp C0/T0×f(a)+b式中Δp 0——主风机进口流量（进口喉部差压）K——计算常数Δp C0——主风机进、出口压差T0——进口温度B——设置反喘振安全裕度设定值f(a)——静叶角度相对应函数操作站中的INTOUCH 9.0软件可以读取这些数据，并做出喘振线和防喘振调节画面，使操作人员可以直观地监控防喘振调节状态。
在主风机的实际运行中，防喘振控制系统可以根据工作点的变化，自动调节防喘振阀的开度，使工作点远离喘振线，当出现异常工况时，系统控制防喘振阀快速打开，避免主风机进入喘振状态，实现防喘振目的。
4.3 机组运行监控TRICON ESD不仅可以完成连锁逻辑控制，还能够提供PID等常规过程控制模块，实现同集散系统（DCS）相同的连续过程控制功能。
以往多数ESD、PLC系统很少应用其过程控制功能，其实这也是一种资源浪费，由于ESD运算速度比DCS快，而且可靠性、安全性更高，所以一些重要岗位的过程控制用ESD实现效果会更好。
该主风机组所有的连续控制回路以及显示回路均由ESD实现，主要包括：润滑油、动力油压力和温度显示调节回路；烟机轮盘冷却蒸汽温度调节回路；主风机进/出口流量、压力、温度显示回路等。
在操作站中的流程图画面上可以显示各参数，通过控制回路的调节棒图、PID参数画面分别调节工艺参数和整定PID 参数，趋势组画面和报警画面分别提供了一段时间内工艺参数的趋势记录和实时报警信息等。
这些画面可保证操作人员更有效地监控机组的运行。
5 结束语催化装置主风机组的ESD系统自2006年7月改造并投用以来，运行一直稳定可靠，没有出现由于自身故障影响生产的情况，它所实现的各种控制功能也得到了工艺操作人员的好评，为机组和装置的安全运行提供了可靠的保障，取得了显著的经济效益。