ESD紧急停车系统
ESD系统(HIMA)的培训
HIMA系统的全部模件均按照相关国际标准制造，所有的模件都经过包括 高、低温老化实验的各种机械性能测试。
系统基本扫描周期为5 ms (非冗余结构) / 25ms（冗余结构），SOE分辨 率为ms级。
系统的SOE功能可对系统本身的故障或导致联锁停车的各种事件进行记 录。
（一）、过程循环扫描
四、 HIMA 的ESD系统
HIMA的 ESD主要包括H41q和 H51q 两个系列。 两个系列基于同样的硬件和软件， 它们是第三代经生产实践验证的 HIMA ESD系统，它可以更好和 更安全的控制生产过程装置。此 外，可以利用个人计算机进行用 户组态、监测和趋势记录。
HIMA的H41q/H51q系统为CPU四重化结构（QMR），即系统的中
央控制单元共有四个微处理器，每二个微处理器集成在一块CU模 件上， 再由2块同样的CU模件构成中央控制单元。一块CU模件已
经构成1oo2D结构，而HIMA的1oo2D结构产品可以满足AK6/SIL3
的安全标准。采用双1oo2D结构，即2oo4D结构的目的是为用户 提供最大的实用性（可利用性），其容错功能使系统中任何一个
部件发生故障，均不影响系统的正常运行。
H41q系列是由5 单元高(1单元高 =44mm)的机架构成的紧凑型系 统。它容纳了所有的组件，例如： 中央单元、电源供应、保险丝、 电源分配，还有I/O模件。
H51q系统是模块化结构，由中央 单元、扩展接口和电源供应模件 组成的5单元高的中央机架，和 最多可以连接16个4 单元高的 I/O子机架构成。
（二）、系统的安全性和可用性
HIMA 的ESD系统，既可达到AK6的安全等级要求（DIN V19250），又能满足非
ESD紧急停车系统
ESD紧急停车系统ESD,是EmergencyShutdownDevice紧急停车装置系统的缩写。
这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。
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，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。
根据有关资料，当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，当操作人员面临生命危险时，要在60s内作出反应，错误决策的概率高达99.9%。
因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的，这是作好安全生产的重要准则。
该动则动，不该动则不动，这是ESD系统的一个显著特点。
当然一般安全联锁保护功能也可由DCS或者PLC(可编程逻辑控制器)来实现。
那么为何要独立设置ESD系统呢？因为于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置，这样做主要有以下几方面原因：(1)降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS或者PLC部分故障时也不会危及安全保护系统; (2)对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。
这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。
而DCS或者PLC处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快；(3)DCS或者PLC系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作。
紧急停车系统按照结构来分，可分为双重化冗余和三重化冗余，最新技术出现了四重冗余系统。
双重化冗余ESD系统其中一套处于工作状态，另一套则处于热备状态。
三重化冗余ESD系统将CPU和I/O通道都实行三重化配置。
ESD、SIS系统简介
ESD——紧急停车系统ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车系统的缩写。
这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。
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，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。
据有关资料，当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，当操作人员面临生命危险时，要在60s内作出反应，错误决策的概率高达99.9%。
因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的，这是作好安全生产的重要准则。
该动则动，不该动则不动，这是ESD系统的一个显著特点。
ESD 控制系统CPU的扫描周期一般在几十毫秒，根据控制系统所扫描的控制点的数量，一般在50ms左右，所以ESD的响应时间是极为迅速的，现在国内比较流行的主流ESD系统为美国TRICONEX（由中国自动化集团-康吉森自动化代理）。
特点：为何要独立设置ESD系统呢？当然一般安全联锁保护功能也可由DCS来实现。
但是对于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置，这样做主要有以下几方面原因：（1）降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统;（2）对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。
这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。
而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快；（3）DCS系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作。
紧急停车系统ESD
第一讲 ESD紧急停车系统1名称、作用、构成紧急停车系统（Emergency ShutDown system – ESD）亦称为安全仪表系统（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。
以下统称ESD。
大多石油和化工生产过程具有高温、高压、易燃、易爆、有毒等危险。
当某些工艺参数超出安全极限，未及时处理或处理不当时，便有可能造成人员伤亡、设备损坏、周边环境污染等恶性事故。
这就是说，从安全的角度出发，石油和化工生产过程自身存在着固有的风险。
ESD是一种经专门机构认证、具有一定安全度等级，用于降低生产过程风险的安全保护系统。
它不仅能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由检测单元（如各类开关、变送器等）、控制单元和执行单元（如电磁阀、电动门等）组成，其核心部分是控制单元。
从ESD 的发展过程看，其控制单元部分经历了电气继电器（Electrical）、电子固态电路（Electronic）和可编程电子系统（Programmable Electronic System），即E/E/PES三个阶段。
图1为由PES构成的ESD。
图1 ESD的构成2ESD的相关标准及认证机构鉴于ESD涉及到人员、设备、环境的安全，因此各国均制定了相关的标准、规范，使得ESD的设计、制造、使用均有章可循。
并有权威的认证机构对产品能达到的安全等级进行确认。
这些标准、规范及认证机构主要有：①我国石化集团制定的行业标准SHB-Z06-1999《石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则》。
SIS与ESD的区别
个人认为他们的区别应该不是很大Esd（Emergency Shutdown Device）:紧急停车系统，多数应用于石油和化工系统，是一个独立于DCS系统的控制单元，在工艺发生危险状况时，对设备，环境等进行紧急的启挺，开关操作。
配置设备以高档的PLC居多，多数处理DI/DO点，现在多数与DCS进行通讯。
SIS（SIS, safety instrumented system）:安全仪表系统，主要用于汽轮机，压缩机等高速运转设备，对轴承的转速，震动，位移，温度等进行检测，对设备进行保护，原来设计多为模块组合，相当于与智能仪表的组合体。
SIS是安全仪表系统，ESD是紧急停车系统，ESD属于SIS的一部分。
SIS包括现场仪表、逻辑解决器、执行机构三部分，这三个部分都要是安全设计的，常规的ESD系统只是SIS 的逻辑解决器这部分，当然也要是安全设计的。
随便举个例子，不一定合适，但是可以帮助理解这些概念。
西门子的PCS7 系统。
包含了S7-400H 硬件，WinCC 监控软件，Simaticnet 通讯软件。
Step7编程软件。
PDM等智能仪表工具。
PCS7 是一系列软件，硬件的组合体，是一个系统的概念。
SIS 基本上也是同样的道理。
从本质上来讲，SIS 的硬件系统不光包括，SIS控制器及IO（例如Triconex，HIMA，西门子400FH）。
还应包括所有跟控制器接口的其他输入部件，例如获得TUV SIL认证的传感器，变送器，检测装置；还应该包括所有输出部件，如获得TUV SIL认证的执行器（液压安全执行器，气动安全执行器，电动型安全执行器），还应该有获得认证的现场设备。
－－要求严格的现场，阀门本体也必须是有TUV 证书的。
例如核电厂的安全阀不光是锅炉与压力容器质检合格，还应该有核检证书，还应该有TUV 的安规证书，明确标明是SIL几等级。
那么，我们现在再来理解这些概念，，，安全型控制器（目前这个叫法最科学）仅仅是SIS 系统硬件中的一环。
ESD介绍
ESD介绍第一节 ESD简介一、什么是ESD？为什么要用ESD?ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车系统的缩写。
这种专用的安全保护系统。
是90年代发展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。
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，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。
据有关资料显示，当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，当操作人员面临生命危险时，要在60s内做出反应，错误决策的概率高达99.9%。
因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的，这是作好安全生产的重要准则。
该动则动，不该动则不动，这是ESD系统的一个显著特点。
为何要独立设置ESD系统呢？当然一般安全联锁保护功能也可由DCS来实现。
但是对于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置，这样做主要有以下几方面原因：（1）降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统;（2）对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。
这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。
而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快；（3）DCS系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作。
ESD现在应用的越来越多了，在控制系统中已经独立于DCS。
现在ESD的国外厂商在国内有应用的有，HIMA公司的PES，TRICONEX（TROCON），HONEYWELL公司的FCS（原P F 公司产品），ICS 公司的TRUSTED ，GE 公司的GMR，ABB 公司的TRIGUARDSC300E,YOKOGAWA公司的ProSafe-PLC。
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。
ESDPLCDCS三大控制系统介绍
05
三大控制系统比较
性能比较
01
响应速度
ESD系统具有最快的响应速度，能够在毫秒级别内完成控制动作，而
PLC和DCS系统的响应速度通常在秒级别。
02
控制精度
DCS系统的控制精度最高，能够实现精确的模拟量控制，而ESD和PLC
系统的控制精度相对较低，主要用于开关量控制。
03
可靠性
PLC系统的可靠性最高，因为其结构简单，且对环境要求较低，而ESD
3
PLC系统适用于对设备自动化程度要求较高的场 合，如智能制造、交通、仓储等领域，能够实现 设备的自动化控制。
优缺点比较
ESD系统的优点是响应速度快，能够迅速切断危险源，避免事故发生；缺点是过于敏感，可能会因为 误动作而导致生产过程受到影响。
DCS系统的优点是控制精度高，能够实现整个生产流程的精确控制；缺点是结构复杂，维护成本较高。
ESD系统可以根据特定工艺和安全要求进行定制， 适应不同的控制需求。
ESD系统应用场景
01
02
03
化工行业
在化工生产过程中，ESD 系统用于监控压力、温度、 液位等关键参数，确保安 全生产的需要。
制药行业
制药生产线上的ESD系统 用于确保在异常情况下迅 速停车，避免对产品和环 境造成损害。
食品加工
02
它通常由传感器、逻辑控制器和 执行机构组成，用于监控生产过 程中的关键参数，并在异常情况 下触发紧急停车。
ESD系统特点
快速响应
ESD系统能够在几毫秒内对紧急情况作出反应， 迅速停车设备以防止事故扩大。
安全可靠
ESD系统通常采用冗余设计，确保在单个组件故 障时仍能可靠地执行紧急停车操作。
灵活性高
ESD、SIS系统简介
ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车系统的缩写。
这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。
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，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。
据有关资料，当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，当操作人员面临生命危险时，要在60s内作出反应，错误决策的概率高达%。
因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的，这是作好安全生产的重要准则。
该动则动，不该动则不动，这是ESD系统的一个显著特点。
ESD控制系统CPU的扫描周期一般在几十毫秒，根据控制系统所扫描的控制点的数量，一般在50ms左右，所以ESD的响应时间是极为迅速的，现在国内比较流行的主流ESD系统为美国TRICONEX（由中国自动化集团-康吉森自动化代理）。
特点：为何要独立设置ESD系统呢？当然一般安全联锁保护功能也可由DCS来实现。
但是对于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置，这样做主要有以下几方面原因：（1）降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统;（2）对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。
这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。
而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快；（3）DCS系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作。
SIS是安全仪表系统，ESD是紧急停车系统，ESD属于SIS的一部分。
ESD紧急停车系统
ESD紧急停车系统ESD系统为满足系统要求设置的，当工艺过程中出现异常情况时，将自动关闭各种设备或由操作人员进行手动紧急停车。
每套站控系统中为原油和成品油各设置一套独立的ESD系统，安全度等级为SIL3。
ESD设备与以下设备连接：可燃气/火灾检测报警系统系统监控设备异常超压就地ESD按钮现场仪表，包括变送器、开关、电磁阀及电动阀等工艺设备等火灾紧急停车信号通过硬线信号由可燃气/火灾检测报警系统传到ESD系统。
ESD系统：ESD设备具有TVU认证。
ESD系统软件具有TVU认证。
ESD能接受所有与输油站状态相关的信号，并按照每一个逻辑功能要求进行动作。
ESD系统采用模块化设计，易于扩展，卡件可在线热插拔，易于维护。
ESD系统具有高度、全面的智能化自诊断功能，通过诊断信息可减少故障处理时间。
系统具有在线组态，在线修改的能力。
具有远程诊断和组态功能。
ESD系统具有良好的开放和安全性的网络通讯能力。
ESD具有执行逻辑功能。
在运行逻辑方面，ESD设计成为失效安全型。
ESD的输入在报警或不正常条件下应移向开路位置。
在正常状态下，逻辑电路输出应保持带电状态，在任何输入变成开路时将导致相应的输出电路关电。
开路和短路不会造成损害性停车。
所有的数字输出模板提供与跳闸点和输出状况有关的输入状态的可视显示。
所有的输出卡都能显示输出信号的状态。
ESD输入和输出继电器取得和ESD设备相同的SIL等级认证。
多个逻辑回路的每个回路均能单独组态和维护，当一个回路组态或维护时，不会影响其它回路。
ESD有足够的设备满足不同数量的I/O逻辑要求。
ESD的运行循环时间最大为150m，处理器响应时间小于10m。
在运行在ESD系统中提供事件顺序记录。
1.1故障安全控制系统S7-400FH概述SIMATICS7-400F/FH是SIMATICS7系列产品之一,是基于S7-400H冗余容错技术的故障安全控制系统。
一旦工艺安全联锁条件具备或任何系统内部故障发生时,S7-400F/FH就立即进入一种安全工作状态,即保持在一种安全工作模式上,从而保证操作人员、设备、环境和生产过程处于安全状态。
什么是紧急停车系统(ESD)
什么是紧急停车系统（ESD）
紧急停车系统(EmergencyShutDownSystem，ESD)，也称安全联锁系统(SafetyInterlockingSystem，SIS），是对石油化工等生产装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行自动响应和干预，从而保障生产安全，避免造成重大人身伤害及重大财产损失的控制系统。
紧急停车系统按照结构来分，可分为双重化冗余和三重化冗余两种。
双重化冗余ESD系统从I/O模件到CPU、通信模件都是双重化配置的。
其中一套处于工作状态，另一套则处于热备状态三重化冗余ESD系统与双重化冗余ESD系统最大的区别是三重化冗余ESD系统的三重化设备同时处于工作状态，因此它需要有更强大的硬件诊断功能，在检测到某一通道的硬件有故障时，立即发出系统报警并适当地调整相应通道的选择运算方式，但系统仍能安全地运行，所以三重化系统也被叫做"冗余容错"系统。
紧急停车系统有哪些特点？
（1）系统的最终目标都是为了确保工艺生产的安全，保护生产设备和操作人员不受伤害；
（2）开关量输入检出元件选择正常状态下闭合，线路断开等同于联锁动作，即系统为故障安全型；
（3）输出电磁阀或继电器选择为正常励磁，只有当输出线路发生故障时才产生动作；
（4）当无论何种原因使生产装置停车（Shutdown）时，ESD系统所控制的目标元件所处的状态都要确保生产安全。
紧急停车系统ESD与SIS安全仪表系统的不同
[计算机]20118015ESD紧急停车控制系统
![[计算机]20118015ESD紧急停车控制系统](https://img.taocdn.com/s3/m/dc5d7701b9f3f90f77c61b34.png)
ESD紧急停车控制系统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，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。
具有关资料，当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，当操作人员面临生命危险时，要在60s内作出反应，错误决策的概率高达99.9%。
因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的，这是作好安全生产的重要准则。
该动则动，不该动则不动，这是ESD系统的一个显著特点。
信号隔离器安全栅在此系统的应用有几种情况1 一入三出信号隔离器参数 4-20M,A / 4-20MA*3 24VDC外供电2 三入一出信号隔离器参数 4-20M,A*3 /4-20MA 24VDC外供电对三路信号的正常状况做出分析输出正确信号保证系统的正常工作3. 一入一出信号隔离器参数输入信号：磁阻式传感器的正弦波信号幅值范围：1.4VPP-200VPP输出信号：TTL电平高电平：4.5V-12V低电平：《0.5V 频率范围：0-20KHZ 工作电源：20-35VD二、 ESD的配置方案1、 ESD设计应遵循的原则（1）原则上应独立设置（含检测和执行单元）；（2）中间环节最少；（3）应为故障安全型；（4）采用冗余容错结构；2、 ESD的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\（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。
紧急停车系统ESD
1引言紧急停车系统ESD( Emergency Shutdown Device)是90年代发展起来的一种专用的安全保护设备，是独立于生产过程控制系统的用于大型装置的安全联锁保护系统。
在正常情况下,实时在线监测装置的安全;当装置出现紧急情况时,直接发出保护联锁信号对工艺流程实行联锁保护或紧急停车,以避免危险扩散造成巨大损失。
ESD一般应用于安全控制要求较高的重要生产工艺场合。
尤其在石油化工生产中，装置大都具有高温、高压、易燃、易爆、工艺连续性强、复杂性高、安全要求高等特点,所以，近年来ESD在石化企业被广泛地推广应用。
由于ESD设计技术要求高，国内还没有生产厂家，现在国内应用的ESD都是引进产品。
引进的ESD如何结合实际生产装置进行硬件、软件组态是ESD应用的关键问题。
本文结合茂名石油化工股份有限公司多套装置配置应用ESD 的情况,对石化企业ESD 系统组态进行初步探讨。
由于石化企业实际生产装置各有特点，工艺情况千变万化，ESD系统组态时，要从系统的独立性、本质安全、快速响应等基本要求和结合有关设计联锁系统的标准、规则出发，综合考虑多方面因素，才能使ESD系统满足设计要求，真正发挥出应有的安全保护作用，最大程度的确保生产安全。
同时因为生产工艺情况复杂多变，人为的误操作可能多种多样，系统组态时除了按工艺要求实现其正常的操作功能外，还应尽可能地考虑到所有的可能性。
完全满足设计要求是ESD组态最基本的要求，最大程度的确保安全生产、方便工艺操作是ESD 组态的目标。
ESD系统组态的基本内容包括：系统配置、硬件组态、逻辑组态、操作界面组态、SOE组态和与其他系统通讯的组态等。
下面着重介绍ESD在组态时的技术细节及注意事项。
2系统配置及硬件组态系统配置和硬件组态是ESD组态最基础的工作。
它决定整个系统能否正常运行和系统一些功能能否全面地实现。
一个ESD系统的基本配置一般包括：控制站、工程师站、操作站、SOE站、辅助操作台、辅助仪表盘及打印机。
紧急停车(esd)制度
紧急停车（Emergency Stop Device，简称ESD）制度是一种用于汽车和其他交通工具的紧急停车装置，旨在增加道路安全并防止事故的发生。
ESD通常包括以下要素：
1. 设备安装：车辆需要安装ESD设备，通常是一个紧急停车按钮或开关，该按钮或开关通常位于驾驶员可轻松到达的位置，以便在紧急情况下操作。
2. 功能特性：ESD设备具有紧急停车的功能，通过按下按钮或切换开关，可以迅速切断车辆的动力源或减速器，使车辆能够迅速停下来。
3. 系统响应：一旦ESD被触发，车辆的引擎动力将被切断，或者车辆的减速器将被激活，使车辆减速至安全停止。
4. 警示信号：ESD触发时，车辆通常会发出声音或闪烁的警示灯，以向周围的车辆和行人发出紧急停车的信号，提醒他们注意。
ESD制度的目标是在紧急情况下迅速停止车辆，以避免事故的发生或减少事故的严重程度。
该制度对于提高道路安全性，特别是对于商用车辆和公共交通工具，具有重要意义。
在紧急情况下，驾驶员可以迅速采取行动，触发ESD装置，使车辆能够安全停下来，以减少潜在的人员伤亡和财产损失。
ESD紧急停车控制系统
ESD紧急停车控制系统一、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。
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。
2、构成随着计算机技术、控制技术、通信技术的发展，ESD紧急停车控制系统的设备配置也不断更新换代，由简单到复杂，由低级到高级。
但不管怎么变化其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。
如图1（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、ESD设计应遵循的原则（1）原则上应独立设置（含检测和执行单元）；（2）中间环节最少；（3）应为故障安全型；（4）采用冗余容错结构；2、ESD的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。
ESD系统概述
ESD系统概述⼀、概述ESD是Emergency Shutdown System简称，中⽂意思是紧急停车系统，⽤于监控装置或者独⽴单元的操作，若超出安全操作范围，可以使其进⼊安全状态，确保装置或者独⽴单元具有⼀定的安全度。
我⼚ESD系统所体现出来的作⽤主要为：⽓化炉投料、⽓化炉跳车保护、保障烧嘴冷却⽔及全⼚⼤联锁。
我⼚⽤美国Tricon三重化冗余控制器，是北京康吉森公司代理。
提问：什么是Tricon？答：Tricon是⼀种具有⾼容错能⼒的可编程逻辑及过程控制技术。
硬件⽅⾯，容量上有118个卡，⼀个机架，15对插槽，每对冗余，⼀对插槽预留通讯。
118×32个点。
卡件主要有主处理器3008（MP卡，三块，三重化冗余），EICM卡C119（智能通讯模块，⽀持Moldbus协议，负责系统之间通讯），DI卡3503E，DO卡，NCM卡4329（⽹络通讯卡，⽹络化通讯模式，与上位机数据单纯传递），32通道的AI卡。
软件⽅⾯，操作软件是Tristation1131，编程语⾔是功能块图。
⼆、三重化冗余结构原理Tricon三重化冗余容错控制器是通过三重模件冗余结构（TMR）来实现容错的。
不论是部件的硬件故障，还是内部或外部的瞬时故障，Tricon控制器都能做到⽆差错，不会中断控制。
Tricon控制器三重化结构图如Figure 6。
每个I/O模件内部都包容有三个独⽴的分电路。
输⼊模件上的每⼀分电路读取过程数据并将这些信息传送给它相应的主处理器。
三个主处理器通过⼀个专⽤的被称作TriBus 的⾼速总线系统通讯。
每扫描⼀次，主处理器都通过TriBus 与其相邻的主处理器进⾏通讯，达到同步。
TriBus 表决数字输⼊数据、⽐较输出数据、并将模拟输⼊数据拷贝⾄各个主处理器。
主处理器执⾏控制程序并把由控制程序所产⽣的输出送给输出模件。
除了对输⼊数据作表决之外，Tricon 在离现场最近的输出模件上完成输出数据的表决，使其尽可能地与现场靠近，以便检测出任何错误并予以修复。
SSS、ESD、F&G、ITCC系统简介
大型机组在生产过程中起到心脏的作用，为此许多厂家对生产装置大 型机组重要性的认识逐年提高。为避免事故的发生，多数厂家已经采 用三重化冗余综合控制系统。目前在石油、化工、冶金等应用广泛的 大型机组综合控制系统有 ICS TRIPLEX、CCC、TRICON、WOODWARD MICRONET、GE GMR 控制系统等综合控制系统。机组综合控制系统包 括：机组联锁 ESD、SOE 事件顺序记录、机组控制 PID（例如：防喘 振控制及调速控制等）及常规指示记录功能、故障诊断功能。
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F&G(Fire & Gas)火气系统主要完成油气区的可燃气体、毒性气体的 检测和消防。消防系统由现场安装的火焰探头、毒气探头、可燃气体 探头、烟雾探头；手动报警站、声/光报警器；水喷淋，泡沫喷淋和 CO2 喷射装置，就地单元控制器及控制系统构成。F&G 系统的基本
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三重化冗余综合控制系统概念 ( c- B1 e. D# R+ l" D
三重化模块冗余：系统采用三重化技术，就是说：所有重要电路
都实现三重化，三重化的每个部分是独立的，但三个部分的功能又完 全相同，三重化电路的输出信号在成为系统输出之前，经过一个三取 二的表决芯片。当三个电路中有一路发生故障，输出错误信号，经过 三取二表决后该错误信号被屏蔽掉，系统仍然输出正确的信号（电压、 电流或开关状态）。系统不会因为内部故障而对过程产生影响。 冗余：系统能在线更换模块是三重化技术的必然要求。在线更换 必须达到冗余要求，就是在不中断正常运行的条件下，系统自动将发 生故障模块（主）切换到备用模块，实现冗余功能。控制权交给备用 模块之后，发生故障的模块可以在线拔出，对故障模块进行维护。
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ESD紧急停车系统ESD紧急停车系统（Emergency Shutdown System），是为生产过程的安全而设置的，它适用于高温、高压、易燃、易爆等连续性生产作业领域。
当生产过程出现意外波动或紧急情况需要采取某些动作或停车时，该系统能精确监测，并及时、准确地做出响应，使装置停在一定的安全水平上，确保装置和人身的安全。
ESD由检测元件，逻辑单元和执行元件组成。
1、ESD和DCS的关系ESD与DCS是完全分离的。
DCS主要用于过程工业参数指标的动态控制。
在正常情况下，DCS动态监控着生产过程的连续运行，保证能生产出符合要求的优良产品。
而ESD则是对于一些关键的工艺及设备参数进行连续的监测，在正常情况下ESD是“静止的”，不采取任何动作。
但是当参数发生异常波动或故障时，它会按照已定的程序采取相应的安全动作，使装置停在安全水平线上。
所以ESD和DCS在过程工业中所起的作用不同，既有分工，又成互补关系。
同时，ESD也不单是实现联锁关系，它应该凌驾于生产过程控制之上，具有独立性，这样降低了两者同时失效的概率，ESD的安全等级要高于DCS。
ESD与DCS的主要区别见对照表1。
表1ESD与DCS的的主要区别DCSESD动态控制静态监测、保护故障自动显示必须测试潜在故障维修时间不太关键维修时间非常关键可以进行自动/手动切换必须始终在线，不允许离线2、ESD的设计此部分主要涉及ESD系统逻辑单元的设计，为了设计合适的ESD系统，应该遵循以下的原则：(1)在紧急停车系统的设计中，安全度等级是设计的标准。
在ESD的设计过程中，首先应该确定生产装置的安全度等级，依据此安全度等级，选择合适的安全系统技术和配置方式。
目前，我国对于生产装置的安全度等级的划分尚没有设计规范和标准，在应用中应该参照国际上的有关标准，参比同类装置已经采用的ESD运行情况，结合本企业的生产实际情况，来确定采用ESD的安全等级要求。
根据经验，石化装置一般采用的ESD安全等级为SIL3，即TÜV的AK5或AK6。
(2)紧急停车系统必须是故障安全型故障安全指ESD系统在故障时使得生产装置按已知预定方式进入安全状态，从而可以避免由于ESD自身故障或因停电，停气而使生产装置处于危险状态。
(3)紧急停车系统必须是容错系统容错是指系统在一个或多个元件出现故障时，系统仍能继续运行的能力。
一个容错系统应该具有以下的功能：A）检测出发生故障的元件。
B）报告操作人员何处发生故障。
C）即使存在故障，系统依然能够持续正常运行。
D）检测出系统是否已被修理恢复常态。
容错系统不同于一般的双机热备份系统。
一般的双机热备份系统仅仅是模块或总线上的简单的双热备，一旦输入模块出现了故障，处理器模块也有一块出现了故障，这时系统可能因此而瘫痪；但是具有容错功能的系统，除了在模块、总线、通讯上有冗余设计之外，还具有自诊断功能，能准确识别各部件的故障，并对任何故障能进行补偿。
（如：对故障部件的信号强制为指定状态）在选择容错系统时有两个方面需要考虑：①系统是软件容错还是硬件容错为实现容错，一种是在使用标准硬件的基础上用软件实现容错，即SIFT（软件实现容错）；另一种认为软件是系统中最不可靠的部分，因此把软件的应用减少到最少，即用硬件实现容错（HIFT）。
在ESD系统中最明显的同原因故障（是指影响系统多处的故障）就是操作系统，HIFT和SIFT最基本的区别就是为实现容错而需要的软件复杂程度不一样，只有软件的作用得到了限制，才能保证一定的安全水平。
所以应该采用硬件实现系统容错。
②容错系统结构的确定在基于处理器的容错系统中大致可以分成两类系统，一类是双重冗余系统，另一类是三重冗余系统或三重模块冗余系统，它们的共同特点是都具有表决电路，但究竟选用哪类系统，又可由装置所要求安全性和可靠性（可用度）来决定。
可用度是基于导致系统的故障进行计算的，这故障有引起系统进入安全状态的故障（故障安全故障或显性故障）和引起系统进入危险状态的故障（故障危险故障或隐性故障），它是系统故障频度的度量。
高可用度的重要性在于系统很少出现进入安全状态或危险状态的故障。
高安全性的目标在于避免故障的发生，即使系统出现故障时也不会出现灾难性的事故。
一个理想的紧急停车系统应该兼顾安全性和可用性的要求。
A双重冗余系统双重冗余系统提供了第二条信号线路，并在两条信号线路之间提供某种表决格式。
一般采用的表决原则有1OO2（双通道2选1表决）和2OO2（双通道2选2 表决）。
双通道2选1表决，在此系统中，任何一个通道的故障将导致系统误动作，构成或逻辑。
由于两通道均可导致系统停车，因此其安全性高（隐性故障率低），但误停车率高（显性故障率高）。
双通道2选2表决，在此系统中，必须两个通道同时故障才导致系统误动作，构成与逻辑。
由于需要两个一致才可以停车，因此误停车率低（显性故障率低），如果2选2系统的某一通道中存在隐性故障，则有可能引起系统的失效，导致危险发生（隐性故障率高），因此2选2表决系统安全性低。
由此可见虽然双重冗余系统提供了一定程度的容错功能，但由于系统具有公用的切换部分（这是导致系统同原因故障的最大隐患环节），会使得系统可靠性大打折扣。
再者其系统无论采用1OO2或2OO2表决原则，都不能同时兼顾安全性和可用性的要求。
B三重冗余系统或三重模块冗余系统在三重冗余系统或三重模块冗余系统中，系统采用的表决原则都是2OO3（通道3选2表决），在此系统中，任何两个通道的故障将导致系统误动作，其逻辑图见图1。
ANDANDANDOR图12OO3表决的逻辑图3选2表决原则意味着出现单个故障的元件不会导致误停车或危险的发生，兼顾了可用性与安全性的要求。
在三重模块冗余系统中是通过多重模块实现容错的，而三重冗余系统是采用一个模块中的多重电路实现容错的，由于把电路组合在一块卡或模块上增加了潜在的同原因故障，所以系统设计不应采用此种方案。
较好的设计就是不论处理器还是输入输出都采用模块设计，使同原因故障减到最少。
综上所述，采用了三重化模块冗余技术和硬件实现容错，并进行3选2表决逻辑控制运算的紧急停车系统，是最优的选择。
同时若将现场重要的检测点改为用3台变送器同时测量，将3选2表决逻辑运算从微处理器一直前推到检测点，会从根本上保证系统的安全性和可用性。
(4)其它注意的问题ESD选用的PLC一定是有安全证书的PLC。
②应该充分考虑系统扫描时间，1ms可运行1000个梯形逻辑。
③系统必须易于组态并具有在线修改组态的功能。
④系统必须易于维护和查找故障并具有自诊断功能。
⑤系统必须可与DCS及其它计算机系统通讯。
⑥系统必须有硬件和软件的权限人保护。
⑦系统必须有提供第一次事故记录（SOE）的功能。
3相关仪表的选型原则(1)独立设置原则为使ESD免受其他关联设备的影响，现场仪表设计时应遵循“独立设置原则”，从检测元件到执行元件尽量采用专用设备或仪表。
①检测元件液位开关和压力开关单独设置；既做控制又做联锁的温度检测点用一块双支热电偶；既做控制又做联锁的流量检测点用一块孔板加两台变送器。
②执行器在停电，停气时能自动回到使生产过程处于安全状态的位置；电磁阀宜选用单控型，应带有阀位开关，以确认阀位；联锁阀一般不设手轮；电磁阀离控制室较远时，其电源最好选用220V AC。
(2)中间环节最少原则回路中仪表越多可靠性越差，典型情况是本安回路的应用。
在石化装置中，防爆区域在0区的很少，因此可尽量采用隔爆型仪表，减少由于安全栅而产生的故障源，减少误停车。
(3)故障安全原则意味着现场仪表出现故障时，ESD能使装置处于安全状态。
现场仪表采用何种故障安全配置回路，由发生的主要故障来决定的。
①检测元件对于一个压力开关，如果确定断电或断线为主要故障，则可确定正常情况下，触点闭合为故障安全型，事故状态时触点断开，产生报警或联锁。
这种情况下，如果要求压力超高报警联锁，采用常闭触点，工艺超压时为事故状态，压力开关的常闭触点断开产生报警或联锁。
同样情况下，采用同一压力开关，如果要求压力超低报警联锁，则应采用常开触点，工艺过程正常时，压力高于低限，触点是闭合的，当工艺过程压力低于联锁设定值时为事故状态，压力开关的常开触点断开产生报警或联锁。
同样以压力开关为例，如果确定触点粘连为主要故障，则与以上情况相反，可确定正常情况下，触点断开为故障安全型，事故状态时触点闭合，产生报警或联锁。
压力开关的应用也与以上情况相反。
②执行元件对以电磁阀为执行机构的来说，ESD的输出接点经导线向现场电磁阀供电。
对不同的故障因素，故障安全型的结构不一样。
如果确定断电或断线为主要故障，则可确定正常情况下，输出接点闭合为故障安全型，向电磁阀供电。
事故状态时输出接点断开，电磁阀断电，执行机构动作，发生工艺联锁。
这种情况下，ESD输出接点采用常闭触点（即正常时ESD输出为1，故障时输出为0）。
如果确定触点粘连或弹簧损坏为主要故障，则情况相反，可确定正常情况下，输出接点断开为故障安全型，不向电磁阀供电。
事故状态时输出接点闭合，电磁阀通电，执行机构动作，发生工艺联锁。
这种情况下，ESD输出接点采用常开触点（即正常时ESD输出为0，故障时输出为1）。
③送往电器配电室用以开/ 停电机的接点信号用中间继电器隔离，其励磁电路设计成故障安全型。
即启动信号一般为常开触点，而停机信号，对于小容量电机一般为常闭触点，对于大容量电机一般为常开触点。
4ESD系统的典型逻辑关系(1)逻辑运算关系ESD系统的功能是由逻辑运算实现的，在PLC中是由软件实现的，一般采用布尔代数运算。
输入信号对输出的影响，或者说输出对输入信号的响应，即原因导致结果，这就是联锁逻辑关系。
(2)对触发联锁结果的处理因为石油化工装置的很多工艺过程的安全联锁过程，不是随意可逆的，为了防止工艺过程不能按正常顺序或意外地恢复或启动，再次形成事故，所以当ESD动作后，输入信号恢复到正常值时，系统不应回到正常状态，应继续保持联锁结果，待操作员确认系统正常后，由人工复位使系统恢复正常。
联锁切除（Cut,切除一部分联锁）、自动联锁（Auto）、人工联锁（Manual）的实现可以采用一个三位开关或两个两位开关。
如果用三位开关，则中间位置应为“自动”位置，两边分别为联锁切除和人工联锁。
而采用两个两位开关时，应该一个开关用于联锁切除，其位置为联锁切除和正常，另一个开关用于自动联锁和人工联锁。
由于两个两位开关功能分开互不影响，所以此方案较好一些。
当然，也有一些工艺过程的安全联锁动作是可逆过程，其安全联锁不需要设置自锁功能，系统在过程恢复正常时，是自动回到正常状态的，也就是没有人工恢复过程。
(3)联锁阀的双重确认在某些装置中一些联锁阀在联锁时关闭后的重新开启，除了在辅助操作台进行确认以外（硬复位），为了安全还需操作人员在操作画面上进行确认（软复位），即联锁阀的双重确认。