王 冰

（中國石油遼陽石化分公司動力廠，遼寧遼陽 111003）

0 引言

遼陽石化公司（以下簡稱“遼陽石化”）空分二車間萬立空分裝置始建于2007 年，氧氣產(chǎn)量10 000 Nm3/h、氮氣產(chǎn)量20 000 Nm3/h，主體設(shè)備包括空分設(shè)備、氧壓機、透平氮壓機、透平膨脹機等，其控制系統(tǒng)采用Honeywell PKS DCS 系統(tǒng)（DCS 即分散型過程控制系統(tǒng)）來完成工藝流程監(jiān)控、遠程操作以及聯(lián)鎖自動控制。

按照《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導意見》以及中國石油集團公司的要求，加強化工安全儀表系統(tǒng)的管理，符合遼陽石化安全儀表功能SIL 定級的標準，2019年遼陽石化動力廠對SIL（Safety Integrity Level，安全完整性等級）評估定級為SIL3 的萬立空分裝置的氧壓機自控系統(tǒng)進行了升級改造，增加了一套SIS（Safety Instrumented System，安全儀表系統(tǒng)），對其進行安全聯(lián)鎖控制。

1 SIS 系統(tǒng)

不同于DCS 系統(tǒng)，SIS 系統(tǒng)具有安全認證，風險降低因子可達0.001 以上，安全等級要高得多。

SIS 系統(tǒng)不僅可用于監(jiān)視生產(chǎn)裝置或獨立單元的過程數(shù)據(jù)，還是能實現(xiàn)一個或多個安全功能的系統(tǒng)。當溫度、壓力、流量、液位等過程變量超限報警時，或者機械設(shè)備故障、系統(tǒng)本身故障、能源中斷時，SIS 系統(tǒng)能自動按照預先設(shè)定的動作或程序進行安全控制，使工藝裝置處于安全狀態(tài)，防止事故發(fā)生。

遼陽石化動力廠新增的安全儀表系統(tǒng)采用HOLLiAS SIS系統(tǒng)，將空分二車間萬立空分裝置的PKS DCS 系統(tǒng)中的氧壓機聯(lián)鎖信號引入到新增的SIS 系統(tǒng)進行三重化冗余聯(lián)鎖控制，從而提高聯(lián)鎖系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

SIS 系統(tǒng)操作站和機柜均安裝在萬立空分控制室和機柜室，萬立空分裝置氧壓機的全部聯(lián)鎖信號引入SIS 系統(tǒng)進行聯(lián)鎖控制和顯示。為方便操作人員監(jiān)控數(shù)據(jù)，不用同時監(jiān)控多臺操作站，將SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號實時返回到Honeywell PKS DCS 系統(tǒng)操作站顯示。Honeywell PKS DCS 系統(tǒng)只需完成氧壓機的數(shù)據(jù)監(jiān)控及控制功能，聯(lián)鎖功能則由HOLLiAS SIS 系統(tǒng)來實現(xiàn)。由于PKS DCS 系統(tǒng)和SIS 系統(tǒng)是兩個分別獨立的控制系統(tǒng)且為不同廠家，因此需要通過通信來實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。

圖1 SIS 系統(tǒng)安全等級示意

2 PKS DCS 系統(tǒng)

Honeywell PKS DCS 系統(tǒng)全稱Experion Process Knowledge Solution System，是霍尼韋爾公司推出的DCS 系統(tǒng)，支持多種類型的控制器通信，它可以將操作人員與過程控制系統(tǒng)融合在一起，實現(xiàn)液位、流量、壓力、閥門開度等的遠程控制。

PKS DCS 系統(tǒng)的控制器為CS300，它具備強大的集成連續(xù)和離散控制功能，可連接支持Modbus 協(xié)議、HART 協(xié)議的設(shè)備?？刂破鞑捎秒p冗余設(shè)置，當主控制器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)無擾動自動切換到備用控制器工作，該控制器的雙冗余設(shè)計，沒有真正意義上的“主”“備”，誰工作誰就是主控制器。

3 PKS DCS 系統(tǒng)與SIS 系統(tǒng)的通信

如何將萬立空分裝置的Honeywell PKS DCS 系統(tǒng)與第三方HOLLiAS SIS 系統(tǒng)進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通呢？有多種方法，下文采用的是利用Modbus 協(xié)議，通過硬件通信和軟件通信兩部分相結(jié)合的方法，將萬立氧壓機參與聯(lián)鎖的AI、AO、DI、DO點引入到SIS 系統(tǒng)，進行聯(lián)鎖、停車控制，并同時將數(shù)據(jù)傳送回到DCS 操作站顯示，方便操作人員監(jiān)測數(shù)據(jù)，這里SIS 系統(tǒng)只做聯(lián)鎖控制，PKS 操作站做數(shù)據(jù)監(jiān)測功能。

3.1 容錯以太網(wǎng)

霍尼韋爾PKS 的控制網(wǎng)絡(luò)叫做容錯以太網(wǎng)，全稱Fault Tolerant Ethernet，簡稱FTE。FTE 控制網(wǎng)絡(luò)利用以太網(wǎng)進行容錯，不僅允許單點故障，而且還可以容錯部分多點故障，對控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的電纜故障、儀表故障等具有多重故障容錯功能。

PKS DCS 系統(tǒng)具有開放的容錯以太網(wǎng)，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用的是雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，兩個獨立的以太網(wǎng)，每個節(jié)點分別連接到不同的網(wǎng)絡(luò)上，當有一個節(jié)點或網(wǎng)絡(luò)故障時，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點會自動地連接到冗余的網(wǎng)絡(luò)上，確保生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行。而FTE 采用多路徑選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雙網(wǎng)冗余模式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一，切換速度快，切換服務器時不需要和操作站重新連接網(wǎng)絡(luò)。通過控制防火墻過濾信息，確保與控制器無關(guān)的信息不能進入控制器，以保證控制網(wǎng)絡(luò)的正常運行。

3.2 硬件配置

利用PKS 系統(tǒng)和SIS 系統(tǒng)支持Modbus 協(xié)議通信的特點，以“終端服務”的方式，通過容錯以太網(wǎng)與第三方HOLLiAS SIS系統(tǒng)進行通信。這里的“終端服務”是指第三方系統(tǒng)控制器可以通過多種連接接口，比如RS-232、RS-422、RS-485 等接口，連接到PKS 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)上，從而實現(xiàn)兩個獨立系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)交換。它的特點是可以允許連接多個控制器，來實現(xiàn)PKS系統(tǒng)與第三方SIS 系統(tǒng)的通信。

本文講述的萬立空分裝置PKS DCS 系統(tǒng)與HOLLiAS SIS系統(tǒng)的硬件采用通過RS-485 的接口，利用MODBUS 協(xié)議進行串行通信。

PKS 系統(tǒng)的串行接口模塊，是安裝在標準卡槽上的雙寬度I/O 模塊，它能實現(xiàn)連接串行接口模件的第三方系統(tǒng)和PKS 控制器之間建立通信，使PKS 控制器與第三方SIS 系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。數(shù)據(jù)通信路徑如圖2 所示。

圖2 通信示意

PKS DCS 系統(tǒng)每個SIM 卡上有32 個軟通道，其 中，0#—15#通道是與連接在FTA（A）上的第三方系統(tǒng)進行通信，16#—32#通道是與連接在FTA（B）上的第三方系統(tǒng)進行通信，采用的是將SIS系統(tǒng)的控制器連接在FTA（A）上。硬件配置如圖3 所示。

圖3 硬件配置

3.3 軟件配置

PKS DCS 系統(tǒng)與HOLLiAS SIS 系統(tǒng)在硬件通信配置后，還需要進行軟件上的組態(tài)配置才能進行完整的通信。

PKS DCS 系統(tǒng)與HOLLiAS SIS 系統(tǒng)之間的軟件通信是采用通過Modbus 協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換互通，把PKS 設(shè)為主站（Master），把SIS 設(shè)為從站（Slave），設(shè)置設(shè)備地址、存儲寄存器地址、波特率、位、奇偶校驗等，信號類型分為字節(jié)、字、長整型、浮點等。

首先，在PKS DCS 組態(tài)軟件中添加并設(shè)置Modbus channel通道，然后創(chuàng)建Modbus 控制器連接第三方SIS 系統(tǒng)地址，最后設(shè)置并調(diào)用需要通信的SIS 系統(tǒng)的AI、AO、DI、DO 點，從而完成PKS DCS 系統(tǒng)與SIS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通。

4 結(jié)語

本套PKS 系統(tǒng)與第三方SIS 系統(tǒng)的通信方法已經(jīng)成功實現(xiàn)在萬立空分裝置上，并已經(jīng)平穩(wěn)運行一年多。

PKS 系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)通信有多種方法，對于點數(shù)較少的通信可采用硬線直接連接的方式進行通信，而對于點數(shù)較多的兩個獨立系統(tǒng)的通信，建議采用以上方式。