Honeywell DCS 系統與第三方SIS 系統的通信

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，氧氣產量10 000 Nm3/h、氮氣產量20 000 Nm3/h，主體設備包括空分設備、氧壓機、透平氮壓機、透平膨脹機等，其控制系統采用Honeywell PKS DCS 系統（DCS 即分散型過程控制系統）來完成工藝流程監控、遠程操作以及聯鎖自動控制。

按照《國家安全監管總局關于加強化工安全儀表系統管理的指導意見》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進行了升級改造，增加了一套SIS（Safety Instrumented System，安全儀表系統），對其進行安全聯鎖控制。

1 SIS 系統

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

SIS 系統不僅可用于監視生產裝置或獨立單元的過程數據，還是能實現一個或多個安全功能的系統。當溫度、壓力、流量、液位等過程變量超限報警時，或者機械設備故障、系統本身故障、能源中斷時，SIS 系統能自動按照預先設定的動作或程序進行安全控制，使工藝裝置處于安全狀態，防止事故發生。

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

SIS 系統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鎖信號引入SIS 系統進行聯鎖控制和顯示。為方便操作人員監控數據，不用同時監控多臺操作站，將SIS系統數據信號實時返回到Honeywell PKS DCS 系統操作站顯示。Honeywell PKS DCS 系統只需完成氧壓機的數據監控及控制功能，聯鎖功能則由HOLLiAS SIS 系統來實現。由于PKS DCS 系統和SIS 系統是兩個分別獨立的控制系統且為不同廠家，因此需要通過通信來實現數據互通。

圖1 SIS 系統安全等級示意

2 PKS DCS 系統

Honeywell PKS DCS 系統全稱Experion Process Knowledge Solution System，是霍尼韋爾公司推出的DCS 系統，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融合在一起，實現液位、流量、壓力、閥門開度等的遠程控制。

PKS DCS 系統的控制器為CS300，它具備強大的集成連續和離散控制功能，可連接支持Modbus 協議、HART 協議的設備。控制器采用雙冗余設置，當主控制器出現故障時，系統無擾動自動切換到備用控制器工作，該控制器的雙冗余設計，沒有真正意義上的“主”“備”，誰工作誰就是主控制器。

3 PKS DCS 系統與SIS 系統的通信

如何將萬立空分裝置的Honeywell PKS DCS 系統與第三方HOLLiAS SIS 系統進行通信，實現數據互通呢？有多種方法，下文采用的是利用Modbus 協議，通過硬件通信和軟件通信兩部分相結合的方法，將萬立氧壓機參與聯鎖的AI、AO、DI、DO點引入到SIS 系統，進行聯鎖、停車控制，并同時將數據傳送回到DCS 操作站顯示，方便操作人員監測數據，這里SIS 系統只做聯鎖控制，PKS 操作站做數據監測功能。

3.1 容錯以太網

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

PKS DCS 系統具有開放的容錯以太網，傳統的以太網采用的是雙網冗余結構，兩個獨立的以太網，每個節點分別連接到不同的網絡上，當有一個節點或網絡故障時，網絡節點會自動地連接到冗余的網絡上，確保生產系統正常運行。而FTE 采用多路徑選擇網絡結構，代替傳統的雙網冗余模式，網絡結構單一，切換速度快，切換服務器時不需要和操作站重新連接網絡。通過控制防火墻過濾信息，確保與控制器無關的信息不能進入控制器，以保證控制網絡的正常運行。

3.2 硬件配置

利用PKS 系統和SIS 系統支持Modbus 協議通信的特點，以“終端服務”的方式，通過容錯以太網與第三方HOLLiAS SIS系統進行通信。這里的“終端服務”是指第三方系統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 系統的通信網絡上，從而實現兩個獨立系統的通信和數據交換。它的特點是可以允許連接多個控制器，來實現PKS系統與第三方SIS 系統的通信。

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

PKS 系統的串行接口模塊，是安裝在標準卡槽上的雙寬度I/O 模塊，它能實現連接串行接口模件的第三方系統和PKS 控制器之間建立通信，使PKS 控制器與第三方SIS 系統實現數據互通。數據通信路徑如圖2 所示。

圖2 通信示意

PKS DCS 系統每個SIM 卡上有32 個軟通道，其 中，0#—15#通道是與連接在FTA（A）上的第三方系統進行通信，16#—32#通道是與連接在FTA（B）上的第三方系統進行通信，采用的是將SIS系統的控制器連接在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 系統與HOLLiAS SIS 系統在硬件通信配置后，還需要進行軟件上的組態配置才能進行完整的通信。

PKS DCS 系統與HOLLiAS SIS 系統之間的軟件通信是采用通過Modbus 協議進行數據交換互通，把PKS 設為主站（Master），把SIS 設為從站（Slave），設置設備地址、存儲寄存器地址、波特率、位、奇偶校驗等，信號類型分為字節、字、長整型、浮點等。

首先，在PKS DCS 組態軟件中添加并設置Modbus channel通道，然后創建Modbus 控制器連接第三方SIS 系統地址，最后設置并調用需要通信的SIS 系統的AI、AO、DI、DO 點，從而完成PKS DCS 系統與SIS 系統的數據互通。

4 結語

本套PKS 系統與第三方SIS 系統的通信方法已經成功實現在萬立空分裝置上，并已經平穩運行一年多。

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