楊 闖

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SIS在催化裂化聯(lián)鎖控制中的改造應(yīng)用

楊 闖

（中國石油撫順石化工程建設(shè)有限公司， 遼寧 撫順 113004）

介紹了催化裂化裝置聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在實際運行中暴露出的問題和不足之處，提出了改造的必要性。論述了SIS（安全儀表系統(tǒng)）選型技術(shù)要求、項目實施原則及軟件、硬件組態(tài)過程。對項目實施中遇到的問題，提出了處理方案。為此類改造提供借鑒。

SIS；SOE；冗余；時鐘同步

催化裂化裝置具有高溫高壓、易燃易爆的特點，一旦出現(xiàn)事故，后果不堪設(shè)想。據(jù)統(tǒng)計，在石化行業(yè)發(fā)生的死亡事故中，大約有70%~90%的事故源于誤操作[1]。裝置聯(lián)鎖控制系統(tǒng)作為安全保護(hù)的最后一道“屏障”，其重要性是不言而喻的。隨著生產(chǎn)裝置安全管理的提升和長周期運行的需求，對聯(lián)鎖控制系統(tǒng)提出了更高的要求。過程工業(yè)功能安全標(biāo)準(zhǔn)如IEC61508、IEC61511的發(fā)布，為安全控制系統(tǒng)的安全完整性等級評估提供了理論依據(jù)。而儀表系統(tǒng)的不斷更新?lián)Q代，提供的具有較高安全等級的自動化控制系統(tǒng)為這一需求提供了保證。

1 改造背景

我廠原有聯(lián)鎖保護(hù)功能是通過三菱PLC實現(xiàn)的。由于其軟件、硬件功能限制，在運行過程中，出現(xiàn)了許多問題，直接影響了裝置的正常生產(chǎn)。

（1）PLC供電系統(tǒng)為非冗余，儀表UPS出現(xiàn)故障報警切旁路時，無法對其進(jìn)行在線更換。

（2）IO通道為非冗余，一個DI通道故障，導(dǎo)致三機(jī)組停機(jī)。

（3）無SOE（事件順序記錄）功能，影響對聯(lián)鎖動作原因的分析。

（4）無硬件診斷功能，查找硬件故障原因耗時費力。

（5）程序使用LAD編程方式，程序運行出現(xiàn)問題時，需特別熟練的專業(yè)工程師才能對問題進(jìn)行分析，不利于日常維護(hù)作業(yè)。

由于事故的發(fā)生，給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失，給安全生產(chǎn)帶來了隱患。為了徹底解決問題，對聯(lián)鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

2 SIS選型技術(shù)要求

SIS必須具備高可靠性、可用性和可維護(hù)性，并且當(dāng)系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時仍能提供安全保護(hù)功能[2]。SIS選型應(yīng)滿足IEC61511關(guān)于安全儀表系統(tǒng)的系統(tǒng)、硬件、軟件等方面的要求[3]。根據(jù)我廠實際情況，確定SIS應(yīng)滿足以下基本技術(shù)要求。

（1）在國內(nèi)外同行業(yè)有成功應(yīng)用案例。

（2）系統(tǒng)具有完備的冗余容錯技術(shù)，中央處理單元、供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、IO卡件等主要設(shè)備為冗余結(jié)構(gòu)[4]。

（3）具有SOE功能。

（4）系統(tǒng)安全完整性等級達(dá)到SIL3。

（5）設(shè)備為主流產(chǎn)品，提供至少15年的備件供給。

（6）控制站CPU、通訊、電源負(fù)荷低于50%。

通過對國內(nèi)外有成熟使用案例的多家控制系統(tǒng)的對比分析，結(jié)合生產(chǎn)實際情況，最終選定德國HIMA公司的H51q-HRS系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)硬件配置和軟件組態(tài)

H51q-HRS系統(tǒng)為CPU四重化結(jié)構(gòu)（QMR），達(dá)到SIL3的安全級別。H51q-HRS系統(tǒng)最大的特點就是在確保安全性的基礎(chǔ)上，為用戶提供最大的可用性。IO模件、IO總線、系統(tǒng)通信、電源供應(yīng)等均為1:1冗余。通過采集控制器的中的SOE數(shù)據(jù)，可提供65 000條事件記錄[5]。

3.1 SIS配置

系統(tǒng)配備2臺操作站，安裝WIZCON軟件，1臺工程師站，安裝ELOPⅡ軟件。控制站2套，現(xiàn)場儀表室、管控中心各1套。輔操臺2套，現(xiàn)場儀表室、管控中心各1套。系統(tǒng)配置如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)配置圖

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計原則

為了保證系統(tǒng)的安全性、可靠性和獨立性，在硬件設(shè)計和分配時，遵循以下原則：

（1）全部IO信號采用冗余結(jié)構(gòu)。

（2）三取二、二取一等輸入信號，分配到不同IO卡件。

（3）由電氣來的DI信號進(jìn)行繼電器隔離。

（4）全部通訊硬件冗余，通訊電纜敷設(shè)采用一天一地形式，保證數(shù)據(jù)通訊的可靠性。

（5）控制系統(tǒng)供電由兩臺獨立的UPS提供。

（6）系統(tǒng)控制多臺工藝設(shè)備，在IO卡件分配時獨立分配。

（7）系統(tǒng)供電與外部設(shè)備供電獨立配置。

3.3 系統(tǒng)軟件組態(tài)

HIMA系統(tǒng)的編程是通過ELOPⅡ軟件實現(xiàn)的，該軟件編程簡單，較易掌握。首先對控制器進(jìn)行選擇，然后根據(jù)實際硬件安裝位置添加相應(yīng)卡件，如圖2所示。

圖2 硬件組態(tài)圖

硬件添加結(jié)束后，根據(jù)通道分配對IO通道進(jìn)行組態(tài)。該軟件的通道冗余是通過編程實現(xiàn)的，所以在工位分配上要添加后綴，例如PSLL810在冗余通道中分別為PSLL810_R1和PSLL810_R2，在冗余數(shù)據(jù)模塊處理后為PSLL810。

硬件組態(tài)結(jié)束后，進(jìn)行用戶文件的編制。由于原PLC程序為LAD編程，可讀性較差，不利于專業(yè)人員進(jìn)行程序分析。針對這一情況，最終決定選用FBD編程方式，如圖3所示。

圖3 FBD編程示意圖

在項目實施過程中，在保證原有邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上，此次改造對部分DI輸入信號增設(shè)了旁路軟開關(guān)，便于對現(xiàn)場儀表檢測元件的日常維護(hù)處理。

由于HIMA的SOE顯示功能不是內(nèi)置在ELOPⅡ內(nèi)部的，而是通過WIZCON實現(xiàn)的，所以還需對要記錄的事件進(jìn)行組態(tài)，在事件選取時，應(yīng)在充分考慮因果關(guān)系的基礎(chǔ)上，盡可能少的選取事件，以便于事故分析。

通過與HIMA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，WIZCON軟件可以實時顯示程序運行狀態(tài)。在項目實施階段，專業(yè)人員結(jié)合ELOPⅡ用戶程序在WIZCON人機(jī)界面上進(jìn)行了一對一的映射，如圖4所示。

采用該方法后，具有一般儀表或工藝常識的技術(shù)人員可隨時監(jiān)控程序運行狀態(tài)，并對故障部位進(jìn)行查找判斷，極大地縮短了作業(yè)時間。

3.4 項目實施中的問題處理

考慮到工藝人員對系統(tǒng)的可操作性，HIMA系統(tǒng)作為從站通過集成的RS485接口與SIEMENS-PCS7系統(tǒng)CP341卡進(jìn)行Modbus-RTU通訊，為工藝操作提供方便。

圖4 操作畫面

DCS與SIS時鐘同步對于操作和事故分析至關(guān)重要，一般的做法有兩種，一種是通過網(wǎng)絡(luò)接收指令實現(xiàn)，另一種是通過DO/DI通道發(fā)送/接收信號實現(xiàn)，考慮到網(wǎng)絡(luò)的安全性和系統(tǒng)間的獨立性，項目采用第二種方式。

ELOPⅡ提供了仿真功能，在全部編程結(jié)束后，可以先對程序進(jìn)行仿真試驗。通過后，進(jìn)行硬件連接、測試，可以節(jié)省大量的工程施工時間。

4 結(jié)束語

SIS投用后，使裝置生產(chǎn)的可靠性和安全性得到極大的提高，通過合理設(shè)計，其可用性有了顯著改善，消除了裝置存在的隱患。系統(tǒng)運行至今，設(shè)備運行穩(wěn)定，為裝置的長、滿、優(yōu)運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。

［1］ 朱建新，王莉君，高增梁. IEC61511標(biāo)準(zhǔn)及在石化行業(yè)安全管理中的應(yīng)用[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報，2007，17（2）：104-109．

［2］ 張建國. 安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應(yīng)用[M] . 北京：中國電力出版社，2010：145-149．

［3］ IEC61511.Functional safety-Safety instrumented systems for the process industry sector[S]．

［4］ SH/T3018-2003 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].

［5］ HIMA可編程安全控制系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)資[EB/OL]. www.hima.com．

SIS Revamp of Interlock Control System for Catalysis Cracking

YANG Chuang

（Fushun Petrochemical Engineering Construction Ltd, Liaoning Fushun 113004，China）

The existing problems and deficiencies of the interlock control system for catalysis cracking in operation were introduced, and the necessity for the revamp was proposed. The technical selection requirements for SIS (safety instrumentation system) were discussed as well as project execute principle, software configuration and hardware configuration. The solutions to the encountered problems were put forward.

SIS; SOE; Redundancy; Time synchronization

TP 273

B

1671-0460（2016）06-1191-03

2016-05-04

楊闖（1973-）,男,遼寧省撫順市人,高級工程師,工程碩士,1996年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院自動化專業(yè),從事儀表技術(shù)管理工作。E-mail:yangchuang0719@163.com.