霍再雄

(中石化儀征化纖有限責任公司，江蘇 揚州 211400)

根據(jù)原中國國家安全監(jiān)管總局2009年下發(fā)的116號文件“國家安全監(jiān)管總局關于公布首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知”，聚酯生產(chǎn)工藝被列為首批重點監(jiān)管的危險化工工藝之一。根據(jù)原國家安監(jiān)總局2014年下發(fā)的116號文件“國家安全監(jiān)管總局關于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導意見”，為了加強化工安全儀表系統(tǒng)(SIS)管理，某單位在役聚酯裝置增設獨立于DCS的SIS，在原有的安全聯(lián)鎖功能基礎上，為風險較高的工藝過程增設監(jiān)測和聯(lián)鎖保護，在獨立的SIS中完成。該系統(tǒng)可大幅降低裝置發(fā)生事故的風險和后果的嚴重程度，使裝置得到更好的安全聯(lián)鎖保護[1]，并使裝置達到國家對危險化工工藝監(jiān)管的相關規(guī)定要求。

針對聚酯裝置中風險較高的工藝流程，安裝新的測量儀表，將信號送入SIS進行監(jiān)控，同時在原有聯(lián)鎖回路氣動執(zhí)行機構的氣路中增加電磁閥，并將電磁閥接入SIS，當工藝參數(shù)達到聯(lián)鎖值時，如DCS聯(lián)鎖回路失效，此時SIS聯(lián)鎖電磁閥關閉，從而切斷執(zhí)行機構氣路，執(zhí)行機構切換到故障安全狀態(tài)，最終讓工藝參數(shù)回歸到安全狀態(tài)。

以乙二醇蒸發(fā)器為例，使用液相高溫導熱油氫化三聯(lián)苯加熱乙二醇使其氣化，該過程存在溫度聯(lián)鎖回路失效時導致蒸發(fā)器超壓的安全風險。該項目在乙二醇蒸發(fā)器上增設了壓力變送器，在現(xiàn)有的溫度控制閥的定位器和模頭之間增設電磁閥，當設備壓力高高報警時通過SIS聯(lián)鎖電磁閥關閉對應的一次溫度控制閥。

1 國產(chǎn)SIS簡介

1.1 概 述

HiaGuard是和利時集團公司針對流程工業(yè)而開發(fā)的安全儀表系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過了TüV Rheinland Industrie Service GmbH認證[2]，滿足IEC 61508[3]/IEC 61511[4]中定義的SC3系統(tǒng)能力等級和SIL3安全完整性等級[5]要求。對照IEC 61508/IEC 61511/IEC 50156-1中要求，HiaGuard系統(tǒng)可用于要求安全完整性等級不高于SIL3的安全相關應用。

1.2 系統(tǒng)組成及結構

該系統(tǒng)由工程師站、操作員站、系統(tǒng)歷史站、通信控制器及網(wǎng)絡等組成，可實現(xiàn)一個或多個安全功能，能確保獨立單元或裝置具有一定的安全度。每個采集站內(nèi)的主控模塊和各I/O模塊通過控制網(wǎng)絡連接，各控制站、歷史站、通信模塊、工程師站和操作員站等通過系統(tǒng)網(wǎng)絡連接，構成完整的安全儀表系統(tǒng)。HiaGuard系統(tǒng)架構如圖1所示，系統(tǒng)安全回路數(shù)據(jù)流[6-8]如圖2所示。

圖1 HiaGuard系統(tǒng)架構示意

圖2 系統(tǒng)安全回路數(shù)據(jù)流示意

1.3 系統(tǒng)特點

綜合HiaGuard系統(tǒng)原理、技術性能及安全性等，其特點[9]如下：

1)完全自主的知識產(chǎn)權。

2)安全相關部分和非安全相關部分采用物理隔離。

3)完全的三重化架構。

4)多層表決機制可確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，并且可保證故障的精確定位。

5)傳統(tǒng)“2oo3”表決中的診斷功能不能直接參與控制輸出導向安全，帶診斷的“2oo3”表決可在診斷到嚴重危險故障時直接導向安全。

6)采用大量的診斷措施，部分高于SIL3要求。

7)通道級的失效僅會導致失效通道的降級運行，但不會影響其他通道；單個模塊最多可容忍32個通道級故障。

8)為了避免線路故障導致的危險失效，設計了豐富的線路監(jiān)測功能。

9)支持與HollySys MACS系統(tǒng)的無縫集成，共用HMI界面，支持通過Modbus與第三方的基本過程控制系統(tǒng)實現(xiàn)集成。

10)易于安裝維護的硬件結構設計。

2 主要設計原則

該SIS主要的設計原則[9]包括以下幾個方面：

1)SIS和DCS的儀表信號從現(xiàn)場開始就完全分開，安全儀表與監(jiān)控儀表不共用。新增的測量儀表利用原有就地顯示儀表的安裝接口安裝或將管道拆走后開孔安裝后再回裝等辦法，避免現(xiàn)場高安全風險的在線開孔安裝。電磁閥安裝時利用工具將控制閥開度固定后割開氣源管安裝實現(xiàn)對生產(chǎn)的“零擾動”。

圖3 網(wǎng)絡結構示意

2)與SIS有關的儀表由SIS機柜供電，使SIS相關儀表系統(tǒng)的供電相對集中獨立。

3)SIS不與DCS之間進行通信，不與辦公網(wǎng)絡連接，有效降低了安全風險。

4)SIS通過時鐘同步服務器與DCS進行時鐘同步，解決了2套系統(tǒng)時鐘不一致的問題。

5)原DCS所具有的軟聯(lián)鎖和硬聯(lián)鎖均保持不變，實現(xiàn)了DCS與SIS的“雙保險”。

3 系統(tǒng)設計

3.1 網(wǎng)絡結構

從經(jīng)費角度考慮，該公司3個聚酯單元共用1套SIS，系統(tǒng)配置2臺操作站，其中1臺兼工程師站，1個系統(tǒng)柜，1個擴展柜，系統(tǒng)網(wǎng)采用冗余工業(yè)高速以太網(wǎng)，網(wǎng)絡結構如圖3所示。

3.2 軟 件

HighGuard系統(tǒng)軟件結構如圖4所示，核心為控制站主控系統(tǒng)軟件Safe-AutoThink，該軟件是基于Windows平臺的編程工具，主要用于控制器算法編程，是聯(lián)鎖邏輯方案的開發(fā)平臺，是硬件配置和軟件編程的標準軟件包。

圖4 HighGuard系統(tǒng)軟件結構示意

3.3 控制方案

3.3.1輔操臺設計

輔操臺設有3個急停按鈕，依次為A單元、B單元、C單元急停按鈕。按鈕設有防護罩，按下按鈕將會使SIS中對應單元的所有閥門恢復到安全狀態(tài)。按鈕按下后不會自動復位，需按照按鈕上所標的方向(順時針)旋轉才會復位。輔操臺設有1個蜂鳴器，在系統(tǒng)有聯(lián)鎖動作時發(fā)出聲響。輔操臺還設有聯(lián)鎖指示燈、報警指示燈、正常指示燈、聯(lián)鎖解除總開關、試燈按鈕、報警確認按鈕。其中： 聯(lián)鎖解除總開關，旋到“允許”位置時，流程中單個聯(lián)鎖回路才能解除聯(lián)鎖；試燈按鈕用于測試聯(lián)鎖指示燈、報警指示燈、正常指示燈及蜂鳴器是否正常，防止故障時不亮或不響誤導操作人員造成生產(chǎn)事故。輔操臺還設有報警確認按鈕，用于確認報警。

3.3.2主要模塊設計

1)過程監(jiān)視模塊。該系統(tǒng)為每個聚酯單元繪制1幅流程圖，用于顯示邏輯控制及工藝參數(shù)等，是主要的監(jiān)控畫面。流程圖上方報警欄顯示當前報警，可同時顯示3個報警，操作員及以上權限雙擊報警欄對應報警可確認報警。流程圖中還設置了1個報警確認按鈕及試燈按鈕，功能與輔操臺對應按鈕一樣，在輔操臺對應按鈕故障時可以通過點擊流程圖上對應按鈕代替使用。流程圖中還設有聯(lián)鎖投切允許總開關的狀態(tài)顯示，當測量值達到聯(lián)鎖值(聯(lián)鎖投切開關閉合，即投入)與操作臺急停按鈕按下兩個條件至少一個滿足時觸發(fā)聯(lián)鎖，聯(lián)鎖條件恢復正常后需點擊“軟復位”按鈕才能復位。流程中還設有單個回路的“軟急?！卑粹o實現(xiàn)危險情況下手動緊急停車。

2)趨勢模塊。用于查看檢測點的走勢信息，便于用戶從時間縱向角度進行監(jiān)測。1個趨勢頁面最多可以顯示8個檢測點趨勢，方便用戶做出測點信息的比較和分析。趨勢顯示有曲線和數(shù)字兩種方式，稱為“趨勢曲線顯示”和“趨勢數(shù)值顯示”，缺省為趨勢曲線顯示。

用戶可以自定義趨勢組，每個趨勢組可以同時包括模擬量和開關量。趨勢曲線畫面總是保持最近的一部分歷史數(shù)據(jù)，并跟蹤顯示檢測點的當前值和狀態(tài)，當畫面填滿時，已顯示的曲線平移后繼續(xù)跟蹤，時間刻度和日期隨之改變。通過翻頁操作可查看測點在歷史站保存的與當前使用數(shù)據(jù)庫版本一致的歷史庫中的點值。

3)事件順序記錄SOE模塊。SOE以ms級的分辨率記錄中斷型開關量的變位信息，以便分辨事故的起始發(fā)生位置，并記錄事故發(fā)生后相關聯(lián)事件發(fā)生的先后順序。SOE記錄的主要內(nèi)容包括事件發(fā)生的時間、類型、位置等。在Safe-AutoThink軟件中，只有定義了具有SOE屬性即開關量點才能實現(xiàn)SOE功能，對具有SOE屬性的幵關量點稱為SOE報警變量。根據(jù)開關量數(shù)據(jù)來源的不同將SOE報警變量劃分為測點變量和簡單變量兩種類型。

4 結束語

該聚酯裝置國產(chǎn)化SIS已于2018年年底投入運行，在行業(yè)內(nèi)具有較大的示范作用，系統(tǒng)的安裝實現(xiàn)了不停車實施安裝的先例。系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，事實證明該SIS選型得當，設計合理，國產(chǎn)SIS技術成熟，安全可靠，為裝置安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力的保障。