试析ESD紧急停车系统在重大危险源的应用

梁涛

摘要：企业使用的危险品大多构成重大危险源，重大危险源的监测一直是企业安全管理的重点。在生产设备运行过程中，当出现异常情况时，可能造成危及设备甚至操作人员安全的危险。通过引入ESD系统，可以在短时间内自动判断故障并发出停止命令，避免了更大的危害的发生。

关键词：ESD紧急停车系统;重大危险源;应用

引言

紧急停车装置（ESD）是20世纪90年代发展起来的一种独立于生产过程控制系统的特殊安全防护设备，用于大型设备的安全联锁保护系统。在正常情况下，设备的安全是在线实时监控的，紧急情况下，装置直接发出保护联锁信号，对工艺流程实施联锁保护或紧急停车，避免危险扩散造成巨大损失。

一、ESD紧急停车控制系统（以下简称ESD）的定义和构成

1、 定义

ESD是Emergency Shutdown Device的简称，中文的意思是紧急停车控制系统，也可以称为  安全仪表系统（Safety-Instrument System---SIS）、安全联锁系统（Safety Interlock System----SIS ）、安全关联系统（Safety Related System---SRS）、仪表保护系统（Instrument Protective System-----IPS ）等。

是经专门机构认证的具有一定安全等级的安全防护体系，用于降低生产过程中的风险。这样既能保证设备在安全生产过程中的安全，又能根據自身的安全生产条件，处理好设备在生产过程中的安全隐患。

2、构成

随着计算机技术、控制技术和通信技术的发展，ESD紧急停车控制系统的设备配置也在不断更新，从简单到复杂，从低级到高级。但是，它可以分为三个部分：传感器单元、逻辑运算单元和最终执行单元。如图1

（1） 检测单元采用多个仪表或系统将控制功能与安全联锁功能隔离，即独立配置检测单元，将ESD仪表系统与过程控制系统分开。

（2） 执行单元是ESD仪表系统中最危险的设备。由于ESD仪表系统在正常工作条件下是静态的，如果ESD控制系统的输出保持不变，执行单元将始终保持在原来的状态，因此很难确认执行单元是否存在危险故障。因此，选择执行单元仪表的安全等级是非常重要的。

（3） 逻辑运算单元由输入模块、控制模块、诊断电路和输出模块组成。根据逻辑运算单元，可以自动进行周期性故障诊断。基于自诊断测试的ESD仪表系统具有特殊的硬件设计。安全诊断与测试技术保证了系统的安全性。

二、ESD系统的设计原则

为了及时发现和处理危险，系统设计应尽量减少中间环节，缩短系统感知危险的时间。同时，为了保证系统的可靠性和灵活性，设计中应采用故障安全和冗余的容错结构。

1、ESD系统故障安全原则

故障-安全原理是指当ESD系统受到外部环境的干扰时，被保护对象可以按照预定的操作程序进入安全关闭状态。

2、ESD系统的冗余容错

冗余是指在连接具有相同功能的模块或组件后，系统故障能自动检测到并自动转移到备用设备上。容错是指当功能模块不能发挥其作用时，它可以代替故障模块继续发挥特定的功能。它们是辩证统一的。

三、紧急停车系统在重大危险源的具体应用

1、从逻辑组态方面看其应用

逻辑组态软件一般有三种：梯形图、功能框图和编程语言。这三种软件的功能没有区别。程序员可以根据自己的习惯进行选择，只要危险源安全性得到满足。逻辑组态最重要的内容是根据过程逻辑图编辑逻辑。如果程序非常复杂，它需要遵循适当的顺序，通常是从上到下，然后从第一到最后。如果同一个输出点出现在不同的位置，程序员应在最后一个输出点出现时对逻辑进行编辑，以确保所有功能都正确，功能可以按计划实现，程序员可以直接为其他位置输入中间变量。

根据危险源的要求，紧急停车系统的输入点类型通常为故障-安全型。具体来说，当输入设备和信号终端停电时，系统能立即报警并直接联锁。为了保证函数的正常使用，程序员必须保证输入点的动作状态是准确的，即它是处于“开”状态还是“关”状态，换句话说就是“0”或“1”。

在编程过程中，无论是配置中定义的中间变量还是实际输出点对应的变量，每个变量在输出位置只能出现一次。虽然同一变量在多个输出位置的逻辑可以实现，但程序越复杂、越困难，程序出错的概率就越大。

2、从操作界面组态方面看其应用

虽然操作界面的配置很少影响逻辑，但它是操作员观察和操作相关逻辑的窗口。操作界面的质量直接影响到过程的运行。操作界面配置的主要工作是屏幕中每个对象的属性定义、屏幕的动态连接等，这项工作的所有系统都是相似的，具体操作不会重复。操作界面的配置必须遵循方便有效的原则。下面主要介绍操作界面配置的几个特殊方面。

2.1 网络通讯状态的组态。通过分析站与站之间的通信图，可以分析出站与站之间的通信是否正常。然而，并不是所有的操作员都能分析它。因此，有必要做出明显的标志。操作员或仪表操作员可以很容易地判断操作站和控制站是否通信。各种ESD系统没有现成的标识，需要配置。当闪烁或跳跃图标之间没有通信时，可以通过定义色差来区分。

2.2系统运行状态的组态。各种信号反映了系统操作界面的需要。当一个信号（甚至卡的某个通道）发生故障时，除了向蜂鸣器发出声音警报外，它还应在操作屏幕上反映出哪个位置有故障。

四、结束语

ESD（SIS）系统一般不需要人工干预和操作，这是它区别于DCS系统的重要标志。一旦达到预先设定的危险条件，它将自动进行相关的防护工作。系统程序正常加载后，所有程序在CPU上运行，而不是在工程师站上运行。如果能在生产过程中进一步提高系统的灵活性，系统各部分的性能都能得到进一步的提高。

参考文献：

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