SIS與DCS集成的化工裝置安全控制系統應用探索

＊張軍偉

（濰坊育成安全教育培訓有限公司 山東 261500）

1.SIS與DCS的集成現狀

(1)MODBUS通信協議

SIS與DCS的集成中，Modbus集成是其中的一大表現，這一集成就是利用控制器硬鏈接，來使得SIS與DCS系統之間可以通信集成，使得SIS數據可以在鏈接基礎上快速被上傳到DCS系統內。但這一集成目標的實現需要有Modbus協議的保障，該協議為電子控制器中的通用語言，在該協議的相關規定下，完全可以滿足控制器與控制器之間、控制器與其他電子設備之間的通信需求，從本質來看，Modbus為請求/應答協議。事實上，在Modbus協議中明確定義了一個控制器，該控制器可以在通信過程中自動對通信信息結構加以識別，且在通信過程中對于通信網絡結構的要求較低。整個通信過程中，Modbus協議使得控制器和其他網絡設備在相互訪問時可以存在一個認證機制，經由控制器對指令的接收與發送控制，不僅可以快速識別出相應的異常信息，更可以保持通信的正常進行[2]。此外，Modbus通信協議中還明確規定了SIS、DCS之間所存在的信息域格局與通信內容格式，通行集成性特征使得控制系統可以在人機界面下保持正常的通信狀態。因為集成通信的特殊性，使得在整個控制系統的運行時，數據流呈現出SIS向DCS的傳遞狀態，硬件性能是否達標，對數據傳輸效率、安全都有著直接的影響。SIS和DCS集成的安全控制系統下，集成方式從本質上來看屬于異種分離，在化工行業的生產中，SIS與DCS集成需分別對兩個控制網絡加以實時監控。

(2)OPC通信

隨著生產現代化概念的提出，越來越多的生產企業已經實現了DCS系統的應用，且該系統的應用范圍逐步擴大。根據DCS系統的構成，其中存在有多種控制設備、多個子系統，在系統運行時，經由不同設備和子系統的相互配合，也就有效保障了DCS集散控制功能的實現。但就工業企業的生產而言，DCS中的多個控制設備和子系統可能存在著生產廠家的不同，也就使得設備的驅動程序有著明顯的區別，系統運行時一旦缺乏統一的通信標準，DCS系統中的不同設備和子系統之間可能存在著一定的沖突，給通信和系統運行產生了巨大的干擾。而SIS與DCS集成中的OPC通信恰好可以解決這一問題，提升系統可靠性。本質來看，OPS集成具體指的是SIS與DCS經由面向過程控制的OPC技術，來保持系統和設備之間的正常通信。OPC屬于一個工業標準的概念，其中含有整套接口、屬性和方法的標準集合，在設備控制系統和工業自動化系統中的應用優勢突出[3]。

OPC集成下，SIS與DCS之間通過OPC來達到通信目標，可以消除SIS或者DCS系統分開使用時在通用性方面的問題，系統和設備之間的通信更為可靠，SIS可以在該集成下直接利用DCS系統來獲得相應的數據，進而最大化利用該數據來提高SIS系統的功能和性能。但這一集成特點下，對于硬件性能和功能的要求非常高，也需要使得服務器配置能夠達到相應的標準，但這種情況下的投資較高。

(3)SIS系統與DCS系統的無縫集成

伴隨著信息時代的到來，我國乃至世界的計算機技術、信息技術和通信技術等都得到了顯著的發展，市場上逐步出現了集成SIS和DCS系統功能的電路板，在同一個企業的生產作業中，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在物理機型上實現了高度集成，但二者在邏輯方面卻保持著相互的獨立性，控制系統和安全程序也同樣保持一定的獨立性，互相之間不存在任何的干擾[4]。為使得SIS和DCS系統之間的集成效果最佳，需保障所采用的控制網絡線路和組態工具完全相同，在不需要添加額外接口和驅動裝置的前提下，就可以達到最為理想的集成狀態。因在系統中的監測設備和操作平臺配置相同，SIS和DCS系統之間的信息共享目標得以實現，不需要添加新的組態就可以達到良好的效果。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無縫集成應用

2.SIS和DCS集成控制的工程設計

檢測輸入、執行機構與邏輯運算單元是SIS系統中的重要構成，為使得SIS與DCS系統之間可以保持高度集成，檢測輸入、執行機構與邏輯運算單元都應該遵循相應的設計規則。

(1)檢測輸入的工程設計

檢測輸入中包含了現場變送器檢測所獲得的AI、DI等各種類型的信號，如果針對的是二級的安全系統，最好應配置單獨的檢測器，保持該檢測器與過程系統完全獨立。但就當下的一些生產項目，因為存在著設備和投資等的限制，往往存在檢測器共用的情況，在共用檢測器的條件下，僅僅在機柜之間將不同系統實施了信號分配，由以下幾種方式來實現：

①SIS作為信號的轉接和輸出平臺

以某化工企業的氣化爐項目為例，氣化爐進料和加熱爐中的很多檢測系統需進入到SIS和DCS系統內。檢測信號應根據SIS系統的設計標準使得其能夠順利接入到該系統中，但因為該系統內安裝有多種信號中來的IO卡件，且這些卡件的輸入/輸出點均選用的硬接線，相應參數以三取二表決為主，信號分別接入到三個不同的輸入卡中，SIS、電氣設備和電磁閥之間的信號要利用中間繼電器來實現隔離處理，以避免相互之間的干擾。

②一入二出的信號分配

這一信號分配方式具體指的是現場變送器信號在現場機柜室內經由安全柵、隔離器、報警器等各種設備的安裝來將原先一路現場信號分配為兩路，并將該兩路信號分別送至DCS和SIS系統中。根據相應的設計規范，在安全等級為二級的情況下，一入二出的信號分配方法并不適用，但如果與SIS轉接相比，一入二出的信號分配方案下SIS信號到DCS的AO或者DO卡件相對較少，具有安裝實施的便捷性。但為提升集成效果，在利用這一信號分配方式下，需注意以下方面：嚴格以現場信號的類型來選擇高性能的信號分配器；將信號分配器安裝在SIS機柜中，由該系統供電。

(2)系統輸出的工程設計

執行器機構包含了多種的方式，根據發展情況，在最為早期的階段，主要是通過繼電器的使用來實現對DCS與SIS的共同操作，隨后在此基礎上出現了DCS操作工藝閥門、SIS控制閥門氣源電磁閥方案；SIS為操作平臺且負責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應用

對一些化工企業而言，在氨區存儲罐區就可以充分利用SIS、DCS集成控制系統，因為氨產品的存儲過程，一般是利用球罐體裝的，但因為球罐體控制系統的構成極為復雜，如果在生產的過程中出現控制失誤，將會引起嚴重的生產事故。球罐體控制系統運行中，對球罐體壓力的控制尤為關鍵，一旦該壓力值超出了設計標準，DCS系統會立即經由現場測量裝置將所采集到的相關信息傳輸到SIS系統內。而SIS系統則可以根據事先設定的程序值自動啟動聯鎖裝置來實現自動控制，這一控制模式下，有效對液氨進入罐體實現了控制，避免了罐體內液氨容量過多所引起的生產事故。因此，在這一生產條件下，DCS和SIS集成使得整個系統處于相對安全的條件下，可以給生產作業提供保障。液氨水產品在正常條件下一般利用罐體來存儲，上方的氮氣密封在很大程度上避免了儲罐內的氨氣溢出。生產作業進行中，將罐體內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，因為SIS和DCS集成性特征使得控制更具自動化特點，一旦操作壓力超出了設計限值，液氨水儲槽頂部的呼吸閥就會立即打開，一旦呼吸閥放散不及時或者存在故障，罐體壓力可能呈現出持續增長的狀態，此種條件下，當壓力值達到第二個規定值以后，氨封閥同樣會立即打開實現泄壓。

4.結束語

現階段的化工行業發展中，安全生產和管理越來越引起了各個化工企業的重視，部分化工企業通過SIS和DCS集成化工裝置安全控制系統在其中的應用，實現了生產安全的自動化控制，安全控制更為高效和便捷。隨著SIS和DCS集成控制系統優勢的凸顯，在未來的化工行業將有著巨大的發展潛力。