＊張軍偉

（濰坊育成安全教育培訓(xùn)有限公司 山東 261500）

1.SIS與DCS的集成現(xiàn)狀

(1)MODBUS通信協(xié)議

SIS與DCS的集成中，Modbus集成是其中的一大表現(xiàn)，這一集成就是利用控制器硬鏈接，來使得SIS與DCS系統(tǒng)之間可以通信集成，使得SIS數(shù)據(jù)可以在鏈接基礎(chǔ)上快速被上傳到DCS系統(tǒng)內(nèi)。但這一集成目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要有Modbus協(xié)議的保障，該協(xié)議為電子控制器中的通用語言，在該協(xié)議的相關(guān)規(guī)定下，完全可以滿足控制器與控制器之間、控制器與其他電子設(shè)備之間的通信需求，從本質(zhì)來看，Modbus為請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議。事實(shí)上，在Modbus協(xié)議中明確定義了一個(gè)控制器，該控制器可以在通信過程中自動(dòng)對(duì)通信信息結(jié)構(gòu)加以識(shí)別，且在通信過程中對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求較低。整個(gè)通信過程中，Modbus協(xié)議使得控制器和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在相互訪問時(shí)可以存在一個(gè)認(rèn)證機(jī)制，經(jīng)由控制器對(duì)指令的接收與發(fā)送控制，不僅可以快速識(shí)別出相應(yīng)的異常信息，更可以保持通信的正常進(jìn)行[2]。此外，Modbus通信協(xié)議中還明確規(guī)定了SIS、DCS之間所存在的信息域格局與通信內(nèi)容格式，通行集成性特征使得控制系統(tǒng)可以在人機(jī)界面下保持正常的通信狀態(tài)。因?yàn)榧赏ㄐ诺奶厥庑?，使得在整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)流呈現(xiàn)出SIS向DCS的傳遞狀態(tài)，硬件性能是否達(dá)標(biāo)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸效率、安全都有著直接的影響。SIS和DCS集成的安全控制系統(tǒng)下，集成方式從本質(zhì)上來看屬于異種分離，在化工行業(yè)的生產(chǎn)中，SIS與DCS集成需分別對(duì)兩個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)加以實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(2)OPC通信

隨著生產(chǎn)現(xiàn)代化概念的提出，越來越多的生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了DCS系統(tǒng)的應(yīng)用，且該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。根據(jù)DCS系統(tǒng)的構(gòu)成，其中存在有多種控制設(shè)備、多個(gè)子系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，經(jīng)由不同設(shè)備和子系統(tǒng)的相互配合，也就有效保障了DCS集散控制功能的實(shí)現(xiàn)。但就工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)而言，DCS中的多個(gè)控制設(shè)備和子系統(tǒng)可能存在著生產(chǎn)廠家的不同，也就使得設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序有著明顯的區(qū)別，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)一旦缺乏統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，DCS系統(tǒng)中的不同設(shè)備和子系統(tǒng)之間可能存在著一定的沖突，給通信和系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生了巨大的干擾。而SIS與DCS集成中的OPC通信恰好可以解決這一問題，提升系統(tǒng)可靠性。本質(zhì)來看，OPS集成具體指的是SIS與DCS經(jīng)由面向過程控制的OPC技術(shù)，來保持系統(tǒng)和設(shè)備之間的正常通信。OPC屬于一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的概念，其中含有整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集合，在設(shè)備控制系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢突出[3]。

OPC集成下，SIS與DCS之間通過OPC來達(dá)到通信目標(biāo)，可以消除SIS或者DCS系統(tǒng)分開使用時(shí)在通用性方面的問題，系統(tǒng)和設(shè)備之間的通信更為可靠，SIS可以在該集成下直接利用DCS系統(tǒng)來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而最大化利用該數(shù)據(jù)來提高SIS系統(tǒng)的功能和性能。但這一集成特點(diǎn)下，對(duì)于硬件性能和功能的要求非常高，也需要使得服務(wù)器配置能夠達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但這種情況下的投資較高。

(3)SIS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的無縫集成

伴隨著信息時(shí)代的到來，我國乃至世界的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和通信技術(shù)等都得到了顯著的發(fā)展，市場上逐步出現(xiàn)了集成SIS和DCS系統(tǒng)功能的電路板，在同一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)中，基本上也就克服了硬件匹配性不足的問題，保持了正常的通信。與一般的集成方式相比，這種無縫集成方式下的SIS和DCS在物理機(jī)型上實(shí)現(xiàn)了高度集成，但二者在邏輯方面卻保持著相互的獨(dú)立性，控制系統(tǒng)和安全程序也同樣保持一定的獨(dú)立性，互相之間不存在任何的干擾[4]。為使得SIS和DCS系統(tǒng)之間的集成效果最佳，需保障所采用的控制網(wǎng)絡(luò)線路和組態(tài)工具完全相同，在不需要添加額外接口和驅(qū)動(dòng)裝置的前提下，就可以達(dá)到最為理想的集成狀態(tài)。因在系統(tǒng)中的監(jiān)測設(shè)備和操作平臺(tái)配置相同，SIS和DCS系統(tǒng)之間的信息共享目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，不需要添加新的組態(tài)就可以達(dá)到良好的效果。因此，與其他的集成方式相比，無縫集成下的成本更低，且更具安全性和便捷性。無縫集成如圖1所示。

圖1 SIS與DCS無縫集成應(yīng)用

2.SIS和DCS集成控制的工程設(shè)計(jì)

檢測輸入、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與邏輯運(yùn)算單元是SIS系統(tǒng)中的重要構(gòu)成，為使得SIS與DCS系統(tǒng)之間可以保持高度集成，檢測輸入、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與邏輯運(yùn)算單元都應(yīng)該遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)則。

(1)檢測輸入的工程設(shè)計(jì)

檢測輸入中包含了現(xiàn)場變送器檢測所獲得的AI、DI等各種類型的信號(hào)，如果針對(duì)的是二級(jí)的安全系統(tǒng)，最好應(yīng)配置單獨(dú)的檢測器，保持該檢測器與過程系統(tǒng)完全獨(dú)立。但就當(dāng)下的一些生產(chǎn)項(xiàng)目，因?yàn)榇嬖谥O(shè)備和投資等的限制，往往存在檢測器共用的情況，在共用檢測器的條件下，僅僅在機(jī)柜之間將不同系統(tǒng)實(shí)施了信號(hào)分配，由以下幾種方式來實(shí)現(xiàn)：

①SIS作為信號(hào)的轉(zhuǎn)接和輸出平臺(tái)

以某化工企業(yè)的氣化爐項(xiàng)目為例，氣化爐進(jìn)料和加熱爐中的很多檢測系統(tǒng)需進(jìn)入到SIS和DCS系統(tǒng)內(nèi)。檢測信號(hào)應(yīng)根據(jù)SIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)使得其能夠順利接入到該系統(tǒng)中，但因?yàn)樵撓到y(tǒng)內(nèi)安裝有多種信號(hào)中來的IO卡件，且這些卡件的輸入/輸出點(diǎn)均選用的硬接線，相應(yīng)參數(shù)以三取二表決為主，信號(hào)分別接入到三個(gè)不同的輸入卡中，SIS、電氣設(shè)備和電磁閥之間的信號(hào)要利用中間繼電器來實(shí)現(xiàn)隔離處理，以避免相互之間的干擾。

②一入二出的信號(hào)分配

這一信號(hào)分配方式具體指的是現(xiàn)場變送器信號(hào)在現(xiàn)場機(jī)柜室內(nèi)經(jīng)由安全柵、隔離器、報(bào)警器等各種設(shè)備的安裝來將原先一路現(xiàn)場信號(hào)分配為兩路，并將該兩路信號(hào)分別送至DCS和SIS系統(tǒng)中。根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，在安全等級(jí)為二級(jí)的情況下，一入二出的信號(hào)分配方法并不適用，但如果與SIS轉(zhuǎn)接相比，一入二出的信號(hào)分配方案下SIS信號(hào)到DCS的AO或者DO卡件相對(duì)較少，具有安裝實(shí)施的便捷性。但為提升集成效果，在利用這一信號(hào)分配方式下，需注意以下方面：嚴(yán)格以現(xiàn)場信號(hào)的類型來選擇高性能的信號(hào)分配器；將信號(hào)分配器安裝在SIS機(jī)柜中，由該系統(tǒng)供電。

(2)系統(tǒng)輸出的工程設(shè)計(jì)

執(zhí)行器機(jī)構(gòu)包含了多種的方式，根據(jù)發(fā)展情況，在最為早期的階段，主要是通過繼電器的使用來實(shí)現(xiàn)對(duì)DCS與SIS的共同操作，隨后在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了DCS操作工藝閥門、SIS控制閥門氣源電磁閥方案；SIS為操作平臺(tái)且負(fù)責(zé)DCSDN所有閥位操作的方式。

3.SIS和DCS集成的化工裝置安全控制系統(tǒng)應(yīng)用

對(duì)一些化工企業(yè)而言，在氨區(qū)存儲(chǔ)罐區(qū)就可以充分利用SIS、DCS集成控制系統(tǒng)，因?yàn)榘碑a(chǎn)品的存儲(chǔ)過程，一般是利用球罐體裝的，但因?yàn)榍蚬摅w控制系統(tǒng)的構(gòu)成極為復(fù)雜，如果在生產(chǎn)的過程中出現(xiàn)控制失誤，將會(huì)引起嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。球罐體控制系統(tǒng)運(yùn)行中，對(duì)球罐體壓力的控制尤為關(guān)鍵，一旦該壓力值超出了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，DCS系統(tǒng)會(huì)立即經(jīng)由現(xiàn)場測量裝置將所采集到的相關(guān)信息傳輸?shù)絊IS系統(tǒng)內(nèi)。而SIS系統(tǒng)則可以根據(jù)事先設(shè)定的程序值自動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)鎖裝置來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，這一控制模式下，有效對(duì)液氨進(jìn)入罐體實(shí)現(xiàn)了控制，避免了罐體內(nèi)液氨容量過多所引起的生產(chǎn)事故。因此，在這一生產(chǎn)條件下，DCS和SIS集成使得整個(gè)系統(tǒng)處于相對(duì)安全的條件下，可以給生產(chǎn)作業(yè)提供保障。液氨水產(chǎn)品在正常條件下一般利用罐體來存儲(chǔ)，上方的氮?dú)饷芊庠诤艽蟪潭壬媳苊饬藘?chǔ)罐內(nèi)的氨氣溢出。生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行中，將罐體內(nèi)注入一定量的氨氣可以使得氨氣量注入多少的控制將罐體壓力保持在正常條件下，因?yàn)镾IS和DCS集成性特征使得控制更具自動(dòng)化特點(diǎn)，一旦操作壓力超出了設(shè)計(jì)限值，液氨水儲(chǔ)槽頂部的呼吸閥就會(huì)立即打開，一旦呼吸閥放散不及時(shí)或者存在故障，罐體壓力可能呈現(xiàn)出持續(xù)增長的狀態(tài)，此種條件下，當(dāng)壓力值達(dá)到第二個(gè)規(guī)定值以后，氨封閥同樣會(huì)立即打開實(shí)現(xiàn)泄壓。

4.結(jié)束語

現(xiàn)階段的化工行業(yè)發(fā)展中，安全生產(chǎn)和管理越來越引起了各個(gè)化工企業(yè)的重視，部分化工企業(yè)通過SIS和DCS集成化工裝置安全控制系統(tǒng)在其中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)安全的自動(dòng)化控制，安全控制更為高效和便捷。隨著SIS和DCS集成控制系統(tǒng)優(yōu)勢的凸顯，在未來的化工行業(yè)將有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>