導(dǎo)語：研究關(guān)鍵單元集成控制的工程設(shè)計(jì)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1特殊工藝單元和關(guān)鍵控制中SIS和DCS集成控制必要性

SIS是靜態(tài)操作，把系統(tǒng)的可靠性放在首要位置，因此常規(guī)的操作不在SIS上進(jìn)行，以免誤操作造成意外停車，目前的SIS系統(tǒng)中也不提供功能強(qiáng)大的PID控制運(yùn)算模塊，即使是在某些特定場合，如機(jī)組控制中，工程人員也只用簡單的PID控制來實(shí)現(xiàn)。SIS里面的順序控制也只是強(qiáng)調(diào)邏輯運(yùn)算而非控制運(yùn)算功能，在順控過程中夾雜有復(fù)雜的控制場合，如有程序升溫，程序泄壓等復(fù)雜控制時(shí)，SIS將無法滿足控制要求，這些復(fù)雜控制功能只能由DCS來實(shí)現(xiàn)，而SIS只執(zhí)行相關(guān)安全聯(lián)鎖的程序。此外，煉油裝置中大量的特種閥門用于裝置的關(guān)鍵控制，例如催化裂化裝置的再生／待生滑閥、延遲焦化裝置的四通閥等，這些特種閥門可靠性高，投資巨大，用于關(guān)鍵控制。以催化裂化為例，正常生產(chǎn)過程中再生滑閥的開度控制了催化劑循環(huán)量，直接影響到反應(yīng)溫度，在正常生產(chǎn)中，該閥作為提升管出口溫度控制回路的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而在事故狀態(tài)下，該閥響應(yīng)SIS的控制命令全關(guān)，保證反應(yīng)器和再生器切斷以及裝置安全，因此該閥在控制方案設(shè)計(jì)中就必須能實(shí)現(xiàn)同時(shí)接收來自DCS和SIS的控制命令，分別實(shí)現(xiàn)正常控制和安全聯(lián)鎖，且安全聯(lián)鎖的命令享有更高的優(yōu)先級別。對于這種特種閥門，無論是從投資還是工程的角度來看，依據(jù)安全儀表系統(tǒng)中閥門冗余的要求來設(shè)置都是不適用的，這種情況也導(dǎo)致了SIS和DCS的集成控制情況的存在。

2SIS和DCS集成控制的工程設(shè)計(jì)

SIS的核心由檢測輸入，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，邏輯運(yùn)算單元組成，在與DCS集成控制中，這三部分都有自己的工程設(shè)計(jì)原則和實(shí)現(xiàn)方法。2．1檢測輸入的工程設(shè)計(jì)檢測輸入包括現(xiàn)場變送器檢測的AI、DI等信號，對于安全度等級為二級的安全系統(tǒng)要求檢測器應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，與過程系統(tǒng)分開，但在很多項(xiàng)目中，限于設(shè)備和投資情況，檢測器共用的現(xiàn)象仍比較普遍，只在機(jī)柜間實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的信號分配，工程中常見的方法包括：（1）SIS作為信號的轉(zhuǎn)接和輸出平臺某氣化爐項(xiàng)目中，控制系統(tǒng)采用浙江中控（SUPCON）的ECS－700系統(tǒng)，SIS系統(tǒng)采用ICS的TRUST系統(tǒng)，在氣化爐進(jìn)料和加熱爐中存在大量的檢測信號需進(jìn)入DCS和SIS中。本項(xiàng)目中，檢測信號依據(jù)SIS的設(shè)計(jì)規(guī)范首先接入到SIS系統(tǒng)，SIS系統(tǒng)安裝有接收不同信號種類的IO件，這些卡件的輸入／輸出點(diǎn)采用硬接線的方式,重要參數(shù)采用三取二表決，信號分別接到3個不同的輸入卡，SIS和電氣之間信號（設(shè)備的啟停、設(shè)備的狀態(tài)），以及到電磁閥的信號用中間繼電器隔離。當(dāng)輸入信號同時(shí)需分配到SIS和DCS時(shí)，硬接線先接到SIS的輸入卡，經(jīng)SIS的輸出卡輸出送到DCS，其中參與到DCS控制的點(diǎn)應(yīng)采用硬接線，不作為DCS控制的輸入或輸出參數(shù)采用通訊模式。該方案的設(shè)計(jì)保證了SIS信號輸入的安全和時(shí)效，SIS系統(tǒng)的信號從輸入到輸出一般小于50ms，對于DCS的200～500ms執(zhí)行周期來說，這個額外的信號傳輸時(shí)間是完全可以接受的。方案中1個現(xiàn)場來的AI信號對應(yīng)自控系統(tǒng)的2個AI（SIS和DCS），1個AO（SIS輸出到DCS），而參與聯(lián)鎖但不參與DCS控制的點(diǎn)可采用通訊模式由SIS傳輸?shù)紻CS，可減少SIS和DCS的IO卡件數(shù)量和接線工作量，減少自控系統(tǒng)成本。（2）一入二出的信號分配一入二出的信號分配指現(xiàn)場變送器信號在現(xiàn)場機(jī)柜室內(nèi)通過安全柵、隔離器、報(bào)警器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)一路現(xiàn)場信號分配成兩路，分別送至DCS和SIS系統(tǒng)的方法。雖然《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》并不推薦在安全等級度二級要求的情況下采用一入二出的信號分配方法，但對比SIS轉(zhuǎn)接的方案，一入二出的方案減少了SIS信號至DCS的AO或者DO卡件，同時(shí)一入二出信號分配器設(shè)計(jì)和安裝施工便利，這些因素使得一入二出的信號分配模式仍然在很多項(xiàng)目中大量存在。對于一入二出的信號分配，工程設(shè)計(jì)和實(shí)施中需要注意以下兩點(diǎn)：根據(jù)現(xiàn)場信號（AI、DI、本安、非本安等）選擇合適的信號分配器類型，如安全柵、隔離器、報(bào)警器等；其次，信號分配器必須安裝在SIS系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)，由SIS系統(tǒng)供電。2．2系統(tǒng)輸出的工程設(shè)計(jì)執(zhí)行器機(jī)構(gòu)目前的方法有幾種常見的方式，有早期的利用繼電器實(shí)現(xiàn)DCS和SIS共同操作現(xiàn)場閥門的方案；有DCS操作工藝閥門，而SIS控制閥門的氣源電磁閥的方案；以及利用SIS作為操作平臺，DCS的所有閥位操作通過SIS來完成。2．2．1繼電器回路早期的硬接線和繼電器回路仍可在DCS和SIS的集成控制中發(fā)揮作用，浙江中控實(shí)施的某PVC項(xiàng)目通過繼電器回路實(shí)現(xiàn)安全儀表系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)對閥門的控制，圖2是兩控制系統(tǒng)自動切換原理圖，正常生產(chǎn)中通過繼電器的帶電吸合使DCS到閥門的回路接通，當(dāng)SIS系統(tǒng)動作需使現(xiàn)場閥門進(jìn)入安全狀態(tài)時(shí)，利用安全盤上的切換開關(guān)，通過切換兩個系統(tǒng)的供電使繼電器的動作由SIS到閥門的回路接通，DCS到閥門的回路斷開。這種利用繼電器回路實(shí)現(xiàn)閥門動作存在較多的缺陷，如繼電器存在接點(diǎn)粘?。╫n－stuck）的固有故障幾率、接線煩瑣。同時(shí)由于雙回路的存在，不同系統(tǒng)的供電存在電位不等導(dǎo)致電流反串等現(xiàn)象（需通過加裝反向二極管來避免），但較低的投資仍然讓這種設(shè)計(jì)出現(xiàn)在一些安全等級要求相對較低的化工裝置。2．2．2換向電磁閥此方案中關(guān)鍵閥門的設(shè)計(jì)帶有氣源換向電磁閥的氣動閥，SIS的執(zhí)行器是有源換向電磁閥FY14191B，DCS的最終執(zhí)行原件是氣動閥門定位器FY12191A。正常生產(chǎn)時(shí)DCS的控制回路FIC14191通過執(zhí)行器FY14191A實(shí)現(xiàn)對閥門的操作，事故狀態(tài)下，SIS通過換向電磁閥FY14191B使閥門FV14191進(jìn)入預(yù)設(shè)的安全狀態(tài)（聯(lián)鎖號I12200）。DCS和SIS各自有自己的執(zhí)行原件，控制系統(tǒng)中DCS和SIS各有相應(yīng)的AO信號來實(shí)現(xiàn)對閥門FV14191的集成控制，這種方案使DCS和SIS的硬件界面劃分清楚，控制方案也各自獨(dú)立，避免了DCS和SIS之間的軟、硬件和控制方案交集，對于DCS系統(tǒng)和安全儀表系統(tǒng)的維護(hù)和操作來說也具有很大的便利性，然而，由于各自執(zhí)行原件的存在，使現(xiàn)場儀表數(shù)量和現(xiàn)場布線的工作也大大增加，導(dǎo)致現(xiàn)場儀表投資昂貴。此外，由于安全儀表系統(tǒng)的故障有85％是由現(xiàn)場儀表原因?qū)е拢@種方案也增加了SIS系統(tǒng)的故障頻次。2．2．3SIS作為閥門的操作平臺此方案中最終現(xiàn)場執(zhí)行元件的接線必須接至SIS，DCS對閥門的操作通過SIS系統(tǒng)完成，DCS到SIS操作指令可通過硬接線或者通訊指令的模式（通常采用MODBUS－RTU協(xié)議）實(shí)現(xiàn)。雖然設(shè)計(jì)規(guī)范中對通訊模式的控制并未明確禁止，但是通訊模式在控制中被認(rèn)為是一種不可靠的模式，通訊速率的缺陷導(dǎo)致了通訊模式不可能滿足控制的時(shí)間要求，特別是特殊單元通常有大數(shù)據(jù)量通訊，而DCS系統(tǒng)從接收檢測信號，執(zhí)行控制運(yùn)算，最后完成AO輸出的時(shí)間不超過200ms，SIS的響應(yīng)速率更是小于100ms，這樣通訊已成為控制環(huán)節(jié)中最薄弱的一環(huán)，此外通訊還存在丟包，易受干擾、風(fēng)險(xiǎn)集中（大量數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)包形式，通過一根數(shù)據(jù)線發(fā)送）等缺陷，這更增加了通訊模式用于控制的不可靠性，而一些專利工藝對某些單元的控制采用通訊模式是不合適的，這主要是由于專利工藝商的優(yōu)勢只是工藝開發(fā)，而對自控專業(yè)的設(shè)計(jì)能力存在欠缺。另一種更為可靠的方法以SIS系統(tǒng)作為執(zhí)行元件的操作平臺。需同時(shí)參與安全聯(lián)鎖和控制的閥門從現(xiàn)場通過硬接線至SIS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)通過硬接線把AO／DO信號傳給SIS系統(tǒng)，由SIS系統(tǒng)經(jīng)邏輯運(yùn)算后把DCS來的AO／DO信號保持?jǐn)?shù)值不變，通過SIS的AO／DO卡件賦值給閥門，這樣就達(dá)到了DCS對現(xiàn)場閥門按需控制的目的。這種方案中，完成一個控制系統(tǒng)手操器類型的現(xiàn)場執(zhí)行元件操作需要有1個SIS系統(tǒng)AO／DO點(diǎn)用于對現(xiàn)場執(zhí)行元件控制，1個SIS的AI／DI點(diǎn)用于接受DCS的AO／DO信號，以及DCS系統(tǒng)本身的1個AO／DO，因此本方案下控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)的投資成本將會有較大的增加，但相比通訊模式，這種方案的安全性能得到較好保證，是目前裝置自控設(shè)計(jì)的推薦方法。2．3邏輯運(yùn)算單元DCS的控制運(yùn)算無論在有無集成控制的情況下并無不同，都是按照工藝控制的需求完成PID、順控等。集成控制中，SIS的邏輯運(yùn)算單元除了監(jiān)視裝置的聯(lián)鎖工藝條件外，還承擔(dān)傳遞現(xiàn)場檢測信號給DCS系統(tǒng)和DCS的AO信號傳遞到現(xiàn)場執(zhí)行單元的功能，因此SIS的邏輯運(yùn)算中增加了現(xiàn)場位號和輸出位號到DCS位號的數(shù)值傳遞功能，需要SIS的邏輯單元完成位號間的賦值。正常生產(chǎn)中，SIS系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算的輸出結(jié)果是靜態(tài)的、保持不變，而DCS是動態(tài)的、主動的，控制閥動作需隨控制信號的變化而變化，不會長期停留在某一位置，針對SIS和DCS對閥門等不同的控制需求，SIS的邏輯運(yùn)算中增加了選擇輸出功能：正常生產(chǎn)中，SIS輸出到最終執(zhí)行元件的結(jié)果是DCS控制運(yùn)算結(jié)果；事故狀態(tài)下，通過對裝置是否進(jìn)入聯(lián)鎖狀態(tài)進(jìn)行判斷，事故狀態(tài)時(shí)使SIS邏輯預(yù)設(shè)輸出被選擇，執(zhí)行元件按SIS預(yù)設(shè)的執(zhí)行動作使現(xiàn)場閥位進(jìn)入安全狀態(tài)。

3結(jié)束語

SIS和DCS對關(guān)鍵控制單元和關(guān)鍵控制點(diǎn)上出現(xiàn)集成控制時(shí)，需對兩套系統(tǒng)的檢測輸入、邏輯運(yùn)算、系統(tǒng)輸出這幾個方面進(jìn)行針對性的工程設(shè)計(jì)，本文敘述的工程案例均可實(shí)現(xiàn)良好的控制功能和安全保障，具體方案的設(shè)計(jì)和選擇需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，依據(jù)裝置的安全等級要求、投資、控制需求等各方面的因素綜合考慮。

作者：魯勛吳珍仙單位：浙江中控技術(shù)股份有限公司