詹晉榮 程斌 師煒 申銳（蘭州石化設(shè)備維修公司，甘肅 蘭州730060）

1 罐區(qū)工藝概況及原聯(lián)鎖情況簡(jiǎn)介

1.1 工藝概況

由于該罐區(qū)儲(chǔ)存輸轉(zhuǎn)油品品種多，容積大，涉及生產(chǎn)裝置多，工藝流程相對(duì)較長(zhǎng)、跨線(xiàn)多，流程較復(fù)雜，且介質(zhì)多為易揮發(fā)、易擴(kuò)散、易燃易爆介質(zhì)，危險(xiǎn)性大。因此，安全儀表系統(tǒng)的正常、合理、合規(guī)的投用對(duì)該罐區(qū)的安全生產(chǎn)尤為重要。

1.2 罐區(qū)原聯(lián)鎖系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該罐區(qū)由27 個(gè)球罐組成，每個(gè)罐均設(shè)有雷達(dá)液位計(jì)及液位開(kāi)關(guān)兩個(gè)液位測(cè)量原件。罐底設(shè)有博雷緊急切斷閥，切斷閥配有ASCO電磁閥用以實(shí)現(xiàn)自保。測(cè)量信號(hào)均引入西門(mén)子S7-300PLC控制系統(tǒng)，雷達(dá)液位計(jì)信號(hào)用于正常操作，液位開(kāi)關(guān)信號(hào)用于聯(lián)鎖球罐底部的進(jìn)料切斷閥，當(dāng)液位高于液位開(kāi)關(guān)設(shè)定值時(shí)，液位開(kāi)關(guān)動(dòng)作并將信號(hào)傳入PLC 控制系統(tǒng)，CUP 經(jīng)過(guò)運(yùn)算輸出一個(gè)信號(hào)去關(guān)閉罐底的緊急切斷閥（自保閥），以防止溢罐事故的發(fā)生，從而保證了安全生產(chǎn)。

然而，西門(mén)子S7-300PLC控制系統(tǒng)雖然可以實(shí)現(xiàn)安全自保的功能，但由于其本身并非按故障安全性設(shè)計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部元件出現(xiàn)短路故障時(shí)，它并不能檢測(cè)到，因此其輸出狀態(tài)不能保證系統(tǒng)回到預(yù)定的安全狀態(tài)。（既系統(tǒng)元件故障可能導(dǎo)致事故狀態(tài)下不觸發(fā)聯(lián)鎖。）另外，依照《功能安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61508》、國(guó)家安監(jiān)總局116號(hào)文件的規(guī)定及SIL評(píng)估的相關(guān)要求：安全儀表系統(tǒng)必須獨(dú)立于過(guò)程控制系統(tǒng)。因此，必須對(duì)罐區(qū)的安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 罐區(qū)SIS系統(tǒng)浙大中控TCS900

2.1 TCS900系統(tǒng)技術(shù)說(shuō)明

TCS900 系統(tǒng)是中控總結(jié)了十幾年國(guó)內(nèi)外各SIS 產(chǎn)品的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)自主開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)SIS 產(chǎn)品。于2015 年年初正式推出其采用三重化和硬件容錯(cuò)的安全控制技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品中屬領(lǐng)先的最優(yōu)枝術(shù)。應(yīng)用場(chǎng)合涵蓋以下領(lǐng)域:

（1）石油液化氣開(kāi)采（乎臺(tái)）、油氣輸送和儲(chǔ)存

（2）石油化工裝置

（3）化工裝置

（4）電力、鍋爐、核電

（5）交通、冶金、環(huán)保、汽車(chē)制造

（6）大型機(jī)械、旋轉(zhuǎn)設(shè)備

2.2 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

TSC900 系統(tǒng)采用目前全球最先進(jìn)的容錯(cuò)技術(shù)滿(mǎn)足用戶(hù)日益變化的現(xiàn)場(chǎng)需求以下是該系統(tǒng)的特點(diǎn):

模塊采用三重化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，三個(gè)完全相同的通道獨(dú)立工作，模塊的輸入和輸出采用表決機(jī)制;

能忍受?chē)?yán)酷的工業(yè)環(huán)境;

冗余配置時(shí)，可在保持控制器在線(xiàn)期間實(shí)現(xiàn)模塊的安裝與更換，可在不更改現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)的情況下更換I/O模塊;

業(yè)界最快最先進(jìn)的工業(yè)級(jí)大腦和總線(xiàn)系統(tǒng),系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間在50ms以?xún)?nèi);

支持通過(guò)通信模塊連接MODBUS主站／從站、DCS、在p-p網(wǎng)絡(luò)中的其它控制站、在以太網(wǎng)中的外部主機(jī);

SIL3安全系統(tǒng),完全符合標(biāo)準(zhǔn)的3-2-0降級(jí)模式;

支持模塊環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);

通過(guò)遠(yuǎn)程機(jī)架可連接距主機(jī)架10km遠(yuǎn)的I/O模塊;

自動(dòng)隔離故障而不會(huì)造成性能降級(jí),支持模塊熱更換,無(wú)擾的故障處理;

支持通過(guò)SIL3認(rèn)證的遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架的光纖連接,大大提高了系統(tǒng)的靈活性;控制器運(yùn)行期間允許正常維護(hù)且不影響控制過(guò)程;支持IEC61131編程組態(tài)語(yǔ)言;

2.3 系統(tǒng)原理

TCS900控制站的每個(gè)控制器和I/O模塊都有三個(gè)獨(dú)立的通道回路，輸入模塊內(nèi)的三個(gè)通道同時(shí)采集同一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)表決后發(fā)送到三條I/O總線(xiàn)，控制器從三條I/O 總線(xiàn)接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行表決，并將表決后的數(shù)據(jù)送三個(gè)獨(dú)立的處理器，各處理器完成數(shù)據(jù)運(yùn)算后，控制器對(duì)三通道中的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行表決，并將表決結(jié)果送I/O 總線(xiàn)，輸出模塊從I/O 總線(xiàn)接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行表決，表決結(jié)果送三個(gè)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出處理，處理結(jié)果表決后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

控制站I/O 模塊和控制器模塊支持冗余設(shè)置，兩個(gè)冗余模塊同時(shí)工作，無(wú)主備之分。冗余模式下，如果檢測(cè)到某個(gè)模塊出現(xiàn)故障，則可在線(xiàn)更換。

圖1 TCS900系統(tǒng)原理圖

2.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.4.1 TCS900系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

基本的TCS900系統(tǒng)硬件由工程師站和安全控制站構(gòu)成,控制站由控制器模塊、安全輸入模塊及其端子板、安全輸出模塊及其端子板、網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。系統(tǒng)的控制器塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和I/O 模塊都安裝在機(jī)架中,TCS900 系統(tǒng)的機(jī)架分為主機(jī)架和擴(kuò)展遠(yuǎn)程機(jī)架,主機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架通過(guò)擴(kuò)展通信模塊和光纖電纜實(shí)現(xiàn)連接?，F(xiàn)場(chǎng)I/O信號(hào)接入與I/O模塊配套的I/O端子板,再通過(guò)DB電纜接入到I/O模塊的三組通道中。

2.4.2 TCS900系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

SafeContrix系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件主要包括:SafeContrix組態(tài)軟件、SafeManager軟件、SOE管理軟件、OPC Server軟件。

SafeContrix 組態(tài)軟件包含三種符合IEC61131-3 編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)的圖形編輯語(yǔ)言和一種符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的文本化語(yǔ)言。系統(tǒng)軟件提供快速、靈活、使捷的組態(tài)方式。

SafeManager 軟件可以根據(jù)SafeContrix 中的硬件組態(tài)信息對(duì)TCS900系統(tǒng)中的各個(gè)硬件設(shè)備進(jìn)行診斷管理。

SOE 管理軟件包括SOE 服務(wù)器軟件和SOE 瀏覽器軟件。一個(gè)SOE服務(wù)器最多可以支持16個(gè)SafeContrix工程。

OPC服務(wù)器（安裝了OPC Server軟件）對(duì)外提供安全控制站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),允許OPC客戶(hù)端（如HMI或SCADA節(jié)點(diǎn)）通過(guò)OPC服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)或多個(gè)控制站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控畫(huà)面中。

2.4.3 TCS900系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

TCS900 系統(tǒng)的工程師站和控制站間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信模塊和以太網(wǎng)SCNET IV實(shí)現(xiàn)連接，系統(tǒng)的控制器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和I/O模塊都安裝在機(jī)架中，TCS900系統(tǒng)的機(jī)架分為主機(jī)架和擴(kuò)展/遠(yuǎn)程機(jī)架，主機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架通過(guò)擴(kuò)展通信模塊和光纖電纜實(shí)現(xiàn)連接。

3 罐區(qū)SIS系統(tǒng)改造的控制邏輯

罐區(qū)84 號(hào)罐為例結(jié)合下圖對(duì)本次改造的控制邏輯加以說(shuō)明：

圖2 系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)圖

當(dāng)84號(hào)罐液位大于等于聯(lián)鎖設(shè)定值8800mm時(shí)，液位開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖，并將聯(lián)鎖信號(hào)送入SIS 系統(tǒng)，SIS 系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)算輸出一個(gè)關(guān)閥信號(hào)關(guān)閉罐底進(jìn)料切斷閥，防止溢罐你，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖自保。當(dāng)改變工藝流程后（進(jìn)料改為出料），先在操作畫(huà)面上將聯(lián)鎖旁路，再點(diǎn)擊復(fù)位按鈕打開(kāi)切斷閥，將罐內(nèi)介質(zhì)輸出。當(dāng)液位達(dá)到正常值后再投用聯(lián)鎖。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，罐區(qū)SIS 系統(tǒng)改造項(xiàng)目已經(jīng)結(jié)束，當(dāng)SIS 系統(tǒng)未檢測(cè)到聯(lián)鎖信號(hào)時(shí)，操作人員可通過(guò)PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)罐底切斷閥的開(kāi)關(guān)控制；一旦發(fā)生事故，操作人員未能及時(shí)操作PLC 系統(tǒng)關(guān)閉罐底切斷閥，SIS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出聯(lián)鎖信號(hào)，關(guān)閉罐底切斷閥，實(shí)現(xiàn)自保。從而達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，符合了IEC61508、國(guó)家安監(jiān)總局116號(hào)文件等相關(guān)規(guī)范。