淺析SIS系統信號異常分析與處理

周瑤

摘要：SIS系統的英文全稱為Safety Instrumented System，是用來保護企業生產安全的一種系統，其安全系數要比DCS高出很多，如果自動化生產系統發生了異樣，那么SIS系統就會采取相應的動作阻止異樣，減少事故發生。一旦SIS系統在運行的過程中出現了信號異常的情況，此信號會觸動SIS系統，這時SIS系統就會開啟安全聯鎖，進而造成聯鎖觸發。所以我們應找出SIS系統信號異常的原因，然后有針對性進行處理，以提高裝置的運行安全和可靠。

關鍵詞：SIS系統；信號異常；分析與處理

對石油化工企業來說，其設備的故障主要發生在現場傳感器、SIS系統和最終執行元件這三個裝置當中。其中現場傳感器的故障率為35%，邏輯控制器的為15%，最終執行元件為50%。由此可見，邏輯控制器的故障發生率最?。?5%），最終執行元件的故障發生率最大（50%）。因此，如果控制系統發生異常或故障，應使用控制系統的事故首次執行來判斷事故的時間，類型和原因。然后按照系統所提供的資料，找到異常源，處理異常。

一、敘述事故的現象

本文主要以某石化公司的PTA裝置為例，此裝置有2個工段：氧化與精制，對這兩個部分的氣體成分檢測的精確性將影響PTA的運行。此裝置對氧化以后所生成尾氣組分的測試使用了磁力機械式氧分析儀和紅外CO、CO2分析儀。依據傷害性和操作性的要求，對SIS系統使用了滿足企業的SIL3等級的設施，一旦氧化后尾氣中的氧量較高時，就會啟動SIS系統開啟安全聯鎖。此時的PTA裝置被氧化約6小時，因為尾氣的氧量太高，從而造成了聯鎖。這時若查看SIS系統的SOE記錄就會發現此裝置里的十多個氣體分析儀表都會顯示O2的量過高，CO2的量過高的提示。但此時查看DCS系統的記錄就會發現所顯示的O2的量和CO2的量是穩定的，而且裝置中另外的儀表也全都沒有發生過異常。所以從技術的層面上看，裝置的氧化尾氣當中不能夠發生瞬時的O2和CO2量過高的狀態。

二、對聯鎖跳車事故的研究

當開啟SIS系統的在線檢測效果時，如果信號總是從正常變為0，然后又馬上恢復，還一直的顯示O2和CO2的量過高，從SIS系統的SOE顯示上看就會發現它的起止間隔非常小，那么就可以基本確定出以前的判斷結果是對的，也就說明聯鎖事件的產生時間是瞬間的。同時通過SIS系統在出現聯鎖跳車時對DCS的顯示結果來看，可以發現測量較為平穩，這就證明了當SIS系統顯示為0的瞬時情況時DCS系統還未檢測異常就已回到了原值。通過這一現象可以分析出兩個結果：1.因為SIS系統檢測出了異常，因此造成了聯鎖跳車事故。2.DCS系統未做出反應，就證明了此變化是瞬時形成的，從而使檢測期過長的DCS系統還未測試出異常就已恢復到了原值，進而就明確了處理的方向。通過對SIS系統的研究，發現除了正常下聯鎖之外，還有斷路和短路發生，這2個現象也能造成SIS系統發生聯鎖，同時SOE會顯示出的提醒就是O2和CO2的量過高。通過實驗與查看相關資料可知SIS系統會將大于22mA的情況判別為短路，小于3.6mA的情況判定成斷路。對此類情況的處理方法僅可采用排查的形式，先確定出信號的方向。其實每次發生故障時最先被懷疑的就是磁氧分析儀，不過此分析儀在別的裝置當中也被大量的使用，至今還未出現過此種問題，而且還是十多個儀表一起故障，所以此情況根本不可能發生。

三、對聯鎖事故的排查

我們先對4～20mA的儀表信號電纜的絕緣和對地短路分別展開了檢測，卻沒有檢測到異常，再對分析的小屋展開了對地電阻的檢測，也沒有檢測到異常。然后又一一排除了機械設施、電磁和儀器橋架接地等方面的干擾。最終只能將分析儀同SIS系統儀表盤柜放置在一起，主要是為了省去較為繁瑣的步驟，這樣就排除了跨距較長的電纜和其余設施的磁干擾，經過隔離柵直接接入SIS系統。不過信號跳動還在，于是再把儀表越過隔離柵，把4～20mA的儀表直接接到SIS系統，就會發現跳動沒有了，而且SIS系統CPU也不會繼續顯示異常。

四、對聯鎖事故原因的分析和處理

（一）對聯鎖事故原因的分析

異常的結果已十分明確，通過對此隔離柵的分析可以發現設備的信號被安在了5、6端子上，說明書里也顯示此區域認同此信號，因此可以通過。對于該卡件來說，只要信號在此區域中，它就允許通過，并不會區別是干擾的還是常規的信號。這樣對兼容的問題就會產生影響，如果外界設備突發的干擾信號或者偶然的波動信號進到隔離柵中，就會誤認成正常的信號，并開始處理，同時SIS系統也會捕獲到這個異常信號，也會將其以為是常規的4～20mA的信號，于是也進行了處理。

隔離柵將干擾信號和偶然的波動信號誤認成是常規的信號，根據本裝置的常規智能通訊協議分析，主要原因就是電流在4～20mA，因此會疊加比較小的電平信號，數字信號相位連續，平均為0，不會對4～20mA的信號產生影響。但是干擾信號和波動信號卻不符合相位連續，平均為0的要求。這時出現的瞬時干擾或者波動信號卻接到了智能通訊端子上，使其被認成為類似頻移鍵控信號，但此信號平均不為0，這就會擾亂原信號的標準，從而導致發生聯鎖。

（二）對聯鎖事故原因的處理

如今的關鍵性問題就是如何有效的隔絕這些外來的干擾源以及偶然的波動信號，并且用最低的成本使得裝置能夠順利運行。經過對隔離柵說明書的仔細研究發現對于4～20mA的信號來說，應該接在2、3的端子上，該區域的端子不能用于接收HART、Brain、DE等通訊信號，而且分析儀的信號也為4～20mA的信號，與SIS系統的通訊信號并不是智能通訊，分析儀也不能接收此類通訊信號。既然5、6端子為接收智能通訊信號卻接入了4～20mA信號，那么必然會對系統信號處理產生一定的干擾。因此，應該將本裝置的儀表有源信號接在2、3的端子上。根據調整端子之后的結果發現信號跳變的情況有效的消除了，使得此裝置從改后到目前還未出現過以往的聯鎖情況。

五、總結

從對這次的異常分析到處理結果的過程上看，我們對設施的選取、安裝的形式以及異常的處理等方面有了更加深入的了解和認識。清楚了系統信號的接入應根據其原理及實際的需求來選取合理的連接形式，進而保障生產的順利進行，有效的提高裝置的生產效率。同時經過此次的事故，也告訴了我們如果遇到此類事故應該如何解決，應該如何查找起因，再逐一進行排查，最終找到問題的原因并有效的進行解決。由此可見，任何細節上的疏漏都會造成系統通信的錯誤，同時被SIS系統捕捉到進而發生錯誤聯鎖，給正常生產運行帶來不必要的麻煩甚至造成損失。因此，在系統的安裝接線及調試過程中，必須要謹慎細心認真，以杜絕此類問題的產生，確保生產運行過程的安全穩定。

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（作者單位：中石化中原石油工程設計有限公司）