關(guān)鍵詞:Prosafe-RS；CENTUM CS3000；緊急停車系統(tǒng)ESD；安全等級(jí)SIL

    王素云（1974—）
（橫河電機(jī)(西安)有限公司， 陜西   西安   710075） 女，陜西咸陽人，本科，工程師，畢業(yè)于西安理工大學(xué)，主要從事生產(chǎn)過程自動(dòng)化、橫河DCS軟件編制、調(diào)試及應(yīng)用工作。

1 概述

    為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的需求，近年來，橫河公司研發(fā)出了自己的安全儀表系統(tǒng)Prosafe-RS，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于緊急停車系統(tǒng)（ESD）、過程停車系統(tǒng)（PSD）、火氣系統(tǒng)(F&G)和燃燒管理系統(tǒng)(BMS)等領(lǐng)域。它是世界上首套能與DCS真正無縫集成的安全系統(tǒng)，首套符合IEC 61511國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)且達(dá)到SIL3安全等級(jí)的安全儀表系統(tǒng)。是橫河公司融合了經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的成熟的CENTUM CS3000 技術(shù)以及多年來在工業(yè)安全系統(tǒng)方面的經(jīng)驗(yàn)開發(fā)出來的產(chǎn)品，是增強(qiáng)過程工業(yè)整體的安全環(huán)境并提供集成解決方案。傳統(tǒng)的DCS 和SIS 是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，而橫河的Prosafe-RS系統(tǒng)和CS3000系統(tǒng)用一套網(wǎng)絡(luò)、一套人機(jī)界面真正實(shí)現(xiàn)了無縫集成，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)很高的安全性和可用性。這給用戶帶來了很大的效益，也給橫河贏得了更大的市場(chǎng)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及說明

    ProSafe-RS系統(tǒng)由安全控制器SCS、安全工程師站SENG和實(shí)時(shí)控制網(wǎng)構(gòu)成，系統(tǒng)構(gòu)成圖如下圖1示：

圖1  系統(tǒng)構(gòu)成

    其中，安全控制站SCS（safety control station）站由冗余容錯(cuò)CPU、冗余電源卡件和I/O卡件等構(gòu)成。控制總線和I/O總線均是雙重化結(jié)構(gòu)。安全工程師站SENG（safety Engineering PC）可進(jìn)行工程組態(tài)、在線監(jiān)視及維護(hù)。

    2.1 ProSafe-RS和 CENTUM CS3000的 Vnet/IP 直接集成

    ProSafe-RS系統(tǒng)與DCS CS3000系統(tǒng)之間在同一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不再需要網(wǎng)關(guān)或其他網(wǎng)絡(luò)接口。數(shù)據(jù)在Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)中可以安全通訊。此項(xiàng)安全協(xié)議已通過TUV認(rèn)證。它確保 DCS和SIS之間在物理上集成，邏輯上分離。

    2.2 緊急停車后的故障原因分析環(huán)境

    ProSafe-RS的SOE功能為事故的原因分析，提供了有力的手段。 ProSafe-RS的SOE功能的時(shí)間分辨率為1毫秒。例如，設(shè)備停車時(shí)，一般是過程控制器先檢測(cè)到過程報(bào)警，然后安全控制器記錄SOE，ProSafe-RS可以將這兩種過程合并在一起，將安全系統(tǒng)的報(bào)警和過程控制器的報(bào)警合并顯示將有助于事故原因的分析。ProSafe-RS系統(tǒng)與 CS3000可通過Vnet/IP的標(biāo)準(zhǔn)功能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。

    2.3 ProSafe-RS系統(tǒng)在子系統(tǒng)通訊方面的靈活性

    它既可作Master站通過RS-232C（ALR111）、RS-422/RS-485通訊卡（ALR121）與下位通訊，又可作Slave站實(shí)現(xiàn)通訊。

    2.4  I/O卡件配置的靈活性

    雙重化冗余卡件的方案可以提高系統(tǒng)的可用性和故障容錯(cuò)能力，對(duì)SIL3 沒有影響。 冗余的方式可以在卡件級(jí)選擇，如冗余的處理器卡加非冗余的輸入卡和輸出卡，或者非冗余的輸入卡和冗余的輸出卡。

    每塊非冗余卡件（處理器、輸入或輸出）都達(dá)到SIL3級(jí)，并且是雙重化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。超過99%的部件具有深度自診斷功能，可以確保快速的故障檢測(cè)。卡件冗余是針對(duì)可用性的，不是針對(duì)安全性。即使一側(cè)的設(shè)備全部故障，系統(tǒng)仍然保持 SIL3的安全等級(jí)。

    2.5 ProSafe-RS和 CENTUM CS3000統(tǒng)一的人機(jī)界面

    通過CS3000的操作站HIS可以訪問到ProSafe-RS的數(shù)據(jù)，兩者的報(bào)警顯示在同一個(gè)窗口。系統(tǒng)報(bào)警、過程報(bào)警畫面如圖2所示，非常容易區(qū)分安全報(bào)警和FCS報(bào)警。

    當(dāng)緊急情況發(fā)生時(shí)，操作人員可以很快得到所需要的信息，迅速而準(zhǔn)確地作出判斷，并立即采取行動(dòng)。控制系統(tǒng)和安全儀表系統(tǒng)在統(tǒng)一的人機(jī)界面下進(jìn)行維護(hù)作業(yè)有助于防止誤操作。例如，對(duì)將要維護(hù)的設(shè)備切換到旁路，然后進(jìn)行維護(hù)有助于防止誤操作，ProSafe-RS的維護(hù)信息也可以在CS3000的操作員站上顯示。

圖2  過程報(bào)警/系統(tǒng)報(bào)警

    2.6 ProSafe-RS在SIS尺寸上的突破

    與傳統(tǒng)的安全PLC相比，在SIS的體積和機(jī)柜尺寸方面取得了突破。Yokogawa先進(jìn)的設(shè)計(jì)使SIS的尺寸很小。特別適用于空間緊張和要求重量輕的應(yīng)用場(chǎng)合，如：海上平臺(tái)或遠(yuǎn)程設(shè)備站。

    2.7 ProSafe-RS在軟件組態(tài)方面的優(yōu)點(diǎn)

    如圖3示，使用IEC 61131-3功能塊圖和梯形圖，可運(yùn)行PC上的仿真軟件進(jìn)行虛擬測(cè)試，能自動(dòng)生成文檔。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，可強(qiáng)制變量（輸入、輸出、邏輯變量）,并能在線修改軟件。
　

3 應(yīng)用舉例

    （1）遼陽石化分公司烯烴廠裂解裝置儀表聯(lián)鎖系統(tǒng)隱患治理：該項(xiàng)目采用了橫河安全儀表系統(tǒng)，本套SIS系統(tǒng)是烯烴廠裂解裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)和過程控制系統(tǒng)。具體配置如圖4所示：

    本套SIS設(shè)置一個(gè)工程師站，用于系統(tǒng)組態(tài)、編程、故障診斷、狀態(tài)檢測(cè)、在線方案調(diào)整、程序開發(fā)、系統(tǒng)診斷、編輯及修改。同時(shí)可以離線和在線組態(tài)、修改、設(shè)置參數(shù)及系統(tǒng)維護(hù)。通過冗余的通訊方式接在控制器的通訊接口上。用于PES系統(tǒng)軟件的離線和在線組態(tài)，并且可離線模擬調(diào)試。工程師站采用臺(tái)式電腦。

    本套SIS設(shè)置2臺(tái)21彩色高分辨率CRT操作站及操作站相應(yīng)的操作員鍵盤和操作臺(tái)等，每臺(tái)CRT都可以通過2個(gè)鍵盤中任意一個(gè)來尋址和操作，操作站互為冗余。操作站用于過程控制系統(tǒng)和安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的操作、監(jiān)視等。
本套SIS系統(tǒng)配有SOE站一個(gè)與操作站共用，用于提供自動(dòng)的安全有關(guān)事件記錄（例如停車、預(yù)停車、程序修改、故障診斷等）。

    本套SIS系統(tǒng)設(shè)置2個(gè)控制站，控制站配有主控制器、冗余電源、I/O機(jī)架、各類I/O卡件和端子板等，控制柜具體規(guī)格：寬800×高2100×深800（mm）。

    目前，該項(xiàng)目已順利通過現(xiàn)場(chǎng)靜態(tài)調(diào)試，預(yù)計(jì)2007年10月底將一次性順利開車。

    （ 2） 中石油阿克糾賓油氣股份有限公司哈薩克斯坦讓納若爾油氣處理三廠：該項(xiàng)目由橫河公司的CENTUM-CS3000(DCS)控制系統(tǒng)、PIMS、和PROSAFE-RS（ESD）緊急停車系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)上的控制，它能夠根據(jù)控制對(duì)象即裝置規(guī)模，靈活的構(gòu)建從小規(guī)模到大規(guī)模的系統(tǒng)。第三油氣處理廠項(xiàng)目建成后，年處理天然氣60 億立方米，凝析油150 萬噸。工程將分三期建設(shè)，其中Ⅰ期工程年處理伴生氣20 億立方米，Ⅱ期工程年處理天然氣20 億立方米（伴生氣10 億立方米、氣頂氣10 億立方米）和凝析油50萬噸，Ⅲ期工程年處理氣頂氣20 億立方米和凝析油100 萬噸。配置如圖5所示：
 

    其中DCS系統(tǒng)部分共有操作站和工程師站13臺(tái)，ESD部分共有操作站和工程師站9臺(tái)，PRM站3臺(tái)，OPC服務(wù)器3臺(tái)，PIMS部分包括服務(wù)器和客戶端共計(jì)7臺(tái)，DCS控制站9個(gè)，ESD控制站9個(gè)。按工藝過程分成6個(gè)控制室。其中FCS01、FCS02、FCS03、FCS04、SCS11、SCS12、SCS13用于中央控制室，F(xiàn)CS05、SCS14、SCS15用于液化氣控制室，F(xiàn)CS06、SCS16用于鍋爐控制室，F(xiàn)CS07、SCS17用于中間油品控制室，F(xiàn)CS08、SCS18用于硫磺成型控制室，SCS19用于綜合樓。現(xiàn)在，鍋爐ESD系統(tǒng)正在緊張調(diào)試中，其他各套也將陸續(xù)投產(chǎn)開車。

4 結(jié)束語

    綜上可知，橫河安全儀表系統(tǒng)ProSafe-RS通過它本身簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)提供清晰明了的結(jié)構(gòu)，它提供完美的 SIL3級(jí)安全方案來解決多數(shù)安全應(yīng)用的要求。以與DCS相同設(shè)計(jì)思想為基礎(chǔ)的 SIS 可以顯著地減少選擇和實(shí)施 SIS 方案的時(shí)間和成本。

    目前，正廣泛地應(yīng)用于石油化工、化工、煉油、油氣勘探、油氣運(yùn)輸、電力等領(lǐng)域。僅我們國(guó)內(nèi)就有燕山石化、錦州石化、洛陽石化、勝利油田、南堡油田等十多套項(xiàng)目已成功應(yīng)用該系統(tǒng)，為更多的用戶創(chuàng)造了更大的效益。 

參考文獻(xiàn)：

    [1]Yokogawa Electric corporation  General  Specification  

    [2]Yokogawa Electric corporation ProSafe-Rs Document Map

    [3]Yokogawa Electric corporation  Technical Information