《安全儀表系統(tǒng)SIS》PPT課件.ppt

題目：安全儀表系統(tǒng)（SIS） 主講人：,第一節(jié) 概述 隨著大型石化裝置的發(fā)展，生產(chǎn)產(chǎn)品多樣化、控制工程越趨復(fù)雜，安全保護越來越被重視。安全保護在石化生產(chǎn)過程中的表現(xiàn)形式是逐級上升的，即生產(chǎn)中使控制參數(shù)在正常范圍內(nèi)時使用的儀表調(diào)節(jié)系統(tǒng)；當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)不及時或出現(xiàn)干擾等異常，控制參數(shù)超出正常范圍時使用報警聯(lián)鎖系統(tǒng)，此時需要采取手動或自動措施使生產(chǎn)恢復(fù)到正常狀態(tài)上去；當(dāng)情況進一步惡化達到臨界狀態(tài)時使用緊急停車系統(tǒng)，即ESD系統(tǒng)，按照預(yù)先設(shè)定的程序，包括緊急放空、儀表的選用事故狀態(tài)、動設(shè)備停止運行等等措施，通過局部或整體停車方式消除危險；當(dāng)事故已經(jīng)出現(xiàn)，包括可燃氣體泄漏、火災(zāi)等形成時采用火氣消防系統(tǒng)來補救；對特殊場所，火氣消防系統(tǒng)不能徹底消除事故時，采用物理防爆措施，即使用防爆墻等；物理防爆無法徹底消除災(zāi)害時采取最后一項措施時緊急疏散撤離。,IEC61511對安全防護的分層描述見下圖所示。,在工藝生產(chǎn)過程中，存在各種各樣的工藝參數(shù)和工藝設(shè)備狀態(tài)，這些參數(shù)和狀態(tài)被檢測出來就是過程信號。生產(chǎn)中當(dāng)這些參數(shù)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)時，說明生產(chǎn)過程處于正常狀態(tài)；超出這個范圍說明出現(xiàn)異常，要求以聲光形式提醒操作者采取調(diào)節(jié)措施（參數(shù)調(diào)整或設(shè)備適當(dāng)操作）或者通過預(yù)定的程序使其恢復(fù)到正常值范圍內(nèi)，這個聲光表現(xiàn)形式稱為報警，根據(jù)預(yù)定程序的操作就是聯(lián)鎖；如果異常進一步擴大，為防止事故發(fā)生而采取的局部或整體生產(chǎn)裝置停車的儀表系統(tǒng)，稱為安全儀表系統(tǒng)（SIS），或緊急停車系統(tǒng)（ESD），它是生產(chǎn)過程中的一種自動安全保護系統(tǒng)，能對石油化工等生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的危險（超出安全限定）及不采取措施而繼續(xù)惡化的狀態(tài)進行及時地響應(yīng)和保護，使其進入預(yù)定的安全停車狀態(tài)，從而保證人員、設(shè)備、生產(chǎn)和裝置的安全。 從正常生產(chǎn)到危險發(fā)生過程不同階段示意如圖241所示。 安全儀表系統(tǒng)的基本功能結(jié)構(gòu)示意如圖242所示。,一、通用安全標(biāo)準(zhǔn) 由于SIS屬于保護裝置的安全儀表系統(tǒng)，所以對SIS控制器本身安全要求很高，有關(guān)國際機構(gòu)對控制器的可靠性、安全性制定了相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，并對相關(guān)控制器產(chǎn)品和使用的編程軟件平臺、應(yīng)用于SIS程序的標(biāo)準(zhǔn)功能塊等進行等級認證。 1、DIN V19250德國標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定安全系統(tǒng)的設(shè)計等級必須符合生產(chǎn)過程現(xiàn)場的危險性等級AK1AK8(18級)。 2、IEC61508國際電工組織制定的國際標(biāo)準(zhǔn)，用于確定過程、交通、醫(yī)藥工業(yè)等的安全周期(Safety life cycle)，對設(shè)備的完整性、設(shè)計、操作、測試和維護提出要求，主要針對制造商和設(shè)備供應(yīng)商。標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)發(fā)生故障的可能性分成四個SIL等級，即,3、ANSI/SIA S84.01-1996美國對工業(yè)過程的安全系統(tǒng)設(shè)立的標(biāo)準(zhǔn)，是IEC61508和DIN V 19250的結(jié)合，但去除了SIL4這個最高級別。 4、Draft IEC 61511第14部分，適用于工藝過程工業(yè)的安全儀表系統(tǒng)（包括SIS設(shè)計者、系統(tǒng)集成商和最終用戶）的國際化標(biāo)準(zhǔn)，是IEC61508的補充。 5、EN54的第三部分適用于火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，NFPA72則是美國“國家火災(zāi)報警標(biāo)準(zhǔn)”等。 二、聯(lián)鎖保護系統(tǒng)設(shè)置： 根據(jù)石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范SH/T3018-2003有關(guān)要求，安全儀表系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)定。 1、獨立 安全聯(lián)鎖保護和停車系統(tǒng)獨立于過程控制系統(tǒng)，以降低控制功能和安全功能同時失效的概率，使聯(lián)鎖和停車系統(tǒng)不依附于過程控制系統(tǒng)就能獨立完成自動保護聯(lián)鎖的安全功能。見圖243 “獨立的安全儀表系統(tǒng)”。,安全儀表系統(tǒng)(Safety Instrumented System - SIS)包括傳感器（Sensor）、邏輯運算器（Logic solver) 和最終執(zhí)行元件(Final element) 。 1.1 SIS傳感器選用： 獨立設(shè)置原則： 1級 SIS傳感器可與DCS共用； 2級 SIS傳感器宜與DCS分開； 3級 SIS傳感器應(yīng)與DCS分開； 冗余設(shè)置原則： 1級 SIS傳感器可采用單一的傳感器； 2級 SIS傳感器宜采用冗余的傳感器； 3級 SIS傳感器應(yīng)采用冗余的傳感器； 冗余選擇原則：保證系統(tǒng)的安全性時，采用“或”邏輯結(jié)構(gòu)； 保證系統(tǒng)的可用性時，采用“與”邏輯結(jié)構(gòu)；當(dāng)系統(tǒng)的安全性和可用性均需保證時，采用“三取二”邏輯結(jié)構(gòu)； 傳感器宜采用隔爆型的變送器（壓力、差壓、差壓流量、差壓液位、溫度），不宜采用開關(guān)型傳感器；傳感器由SIS系統(tǒng)供電。,1.2 SIS邏輯運算器選用： SIS邏輯運算器：繼電器系統(tǒng)，可編程序電子系統(tǒng)，混合系統(tǒng)三種； 繼電器用于I/O點較少,邏輯功能簡單的場合； 可編程電子系統(tǒng)用于I/O點較多,邏輯功能復(fù)雜，與DCS、MES通信等場合； 可編程電子系統(tǒng)可以是經(jīng)TUV認證的PLC系統(tǒng)，也可是DCS和其他專用系統(tǒng)； 獨立設(shè)置原則：1級SIS邏輯運算器宜與DCS分開； 2級SIS邏輯運算器應(yīng)與DCS分開； 3級SIS邏輯運算器必須與DCS分開； 冗余設(shè)置原則：1級SIS可采用單一的邏輯運算器； 2級SIS宜采用冗余或容錯邏輯運算器； 3級SIS應(yīng)采用冗余容錯邏輯運算器； 1.3 SIS執(zhí)行元件選用： 執(zhí)行元件： 氣動切斷閥（帶電磁閥），氣動控制閥（帶電磁閥），電動閥或液動閥等。 獨立設(shè)置原則：1級 SIS 閥門可與DCS共用，應(yīng)確保SIS優(yōu)先于DCS動作； 2級SIS閥門宜于DCS分開； 3級SIS閥門宜于DCS分開；,冗余設(shè)置原則：1級 SIS 可采用單一閥門； 2級宜采用冗余閥門；如采用單一閥門，電磁閥宜冗余配置； 3級宜采用冗余閥門；可采用一個控制閥和一個切斷閥； 電磁閥設(shè)置原則：電磁閥應(yīng)采用長期帶電，低功耗，隔爆型；由SIS系統(tǒng)供電。 1.4 獨立設(shè)置的目的 1.4.1 降低控制功能和安全功能同時失效概率，當(dāng)維護DCS部分故障時也不會危及安全保護系統(tǒng)； 1.4.2 對于大型裝置或旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備，緊急停車系統(tǒng)響應(yīng)速度越快越好，這有利于保護設(shè)備，避免事故擴大和分析事故原因記錄，DCS處理大量過程監(jiān)測信息，因此其響應(yīng)速度難以作得很快； 1.4.3 DCS系統(tǒng)是過程控制系統(tǒng)，是動態(tài)的，需要人工頻繁的干預(yù)，這有可能引起人為誤動作；而SIS是靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)，這樣設(shè)置SIS可以避免人為誤動作。 2、冗余（用多個相同的模塊或部件實現(xiàn)特定功能或數(shù)據(jù)處理） 2.1 元件冗余：具有指定的獨立的N：1重元件，并且自動檢測故障，切換到后備設(shè)備上； 2.2 表決（用多數(shù)原則確定結(jié)論）結(jié)構(gòu)：如三取二表決電路，排除由于元件故障而出現(xiàn)的虛假動作，避免不應(yīng)有的停車事故。,3、故障安全（安全儀表系統(tǒng)發(fā)生故障時，使被控制過程轉(zhuǎn)入預(yù)定安全狀態(tài)） 3.1 報警、聯(lián)鎖的檢測元件接點采用正常時閉合，越限時斷開； 3.2 執(zhí)行元件在系統(tǒng)正常時應(yīng)是勵磁（帶電）狀態(tài)，非正常時應(yīng)是非勵磁（不帶電）狀態(tài)，重要聯(lián)鎖電磁閥采用雙三通電磁閥，即兩個電磁閥并聯(lián)運行，防止電磁閥出故障； 3.3 調(diào)節(jié)閥選擇是事故狀態(tài)下，工藝裝置處于安全狀態(tài)分別選用氣開式和氣關(guān)式（保證在起源終端是裝置處于安全狀態(tài)）。 4、人機接口 操作站可以采用過程控制系統(tǒng)操作站，但操作站不能修改安全儀表系統(tǒng)的編程軟件； 工程師站完成安全儀表系統(tǒng)編程組態(tài)和維護，可采用臺式PC機或便攜式PC機； 輔助操作臺：在CCR輔助操作臺上安裝的硬件，包括緊急停車按鈕、開關(guān)、選擇器、旁路開關(guān)和信號報警器等用硬線接到CCR的SIS控制器，通過冗余安全以太網(wǎng)通信接到現(xiàn)場機柜室SIS控制器邏輯運算。 4.1 手動復(fù)位：當(dāng)工藝參數(shù)由非正常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)時，由操作人員有步驟地進行手動復(fù)位，重要的聯(lián)鎖系統(tǒng)和工藝變量一般采用手動復(fù)位，避免自動復(fù)位的缺陷；,4.2 手動旁路：人為切除和投入，在兩種情況下使用，一是解除某些變量的聯(lián)鎖，為動設(shè)備的啟動創(chuàng)造條件；二是用于檢修事故開關(guān)； 4.3 延時電路：使用時間繼電器過濾脈沖干擾或瞬間突發(fā)事件引起的停機動作。 5、安全儀表系統(tǒng)應(yīng)具有硬件和軟件診斷和測試功能。,6、軟件組態(tài)應(yīng)符合IEC61131-3工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 軟件應(yīng)能在線修改和下載，在系統(tǒng)投用前應(yīng)對軟件組態(tài)進行100%功能測試。 7、 SIS與DCS區(qū)別 7.1 DCS用于生產(chǎn)過程的連續(xù)測量、常規(guī)控制（連續(xù)、順序、間歇等）、操作控制管理，保證生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運行； SIS用于監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運行狀況，對出現(xiàn)異常工況迅速進行處理，使危害降到最低，使人員和生產(chǎn)裝置處于安全狀態(tài)； 7.2 DCS是“動態(tài)”系統(tǒng)，它始終對過程變量連續(xù)進行檢測、運算和控制，對生產(chǎn)過程進行動態(tài)控制，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量； SIS是“靜態(tài)”系統(tǒng)，正常工況時，它始終監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運行，系統(tǒng)輸出不變，對生產(chǎn)過程不產(chǎn)生影響，非正常工況下時，它將按照預(yù)先的設(shè)計進行邏輯運算，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車； 7.3 SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更嚴格，IEC61508、IEC61511、ISA S84.01、SH/T3018強烈推薦SIS與DCS硬件獨立設(shè)置。,三、 ESD系統(tǒng)控制器 1、結(jié)構(gòu)類型 按照控制器劃分為雙重冗余和三重冗余兩種。 1.1 雙重冗余ESD系統(tǒng) 從I/O模件和CPU都配置了兩重化，其中一套處于工作狀態(tài)，另一套則處在熱備用狀態(tài)，CPU不停監(jiān)測運行的和熱備的硬件，當(dāng)CPU檢測到運行卡件有故障時，會自動切換到備用卡件上，同時系統(tǒng)會周期性的切換運行和熱備卡，以保證系統(tǒng)的安全。見圖246 “雙重冗余ESD系統(tǒng)”,1.2 三重化硬件結(jié)構(gòu)組成 每個I/O 模件內(nèi)有3 個獨立的分電路。輸入模件的每個分電路讀入過程數(shù)據(jù)并將此信息送至各主處理器。3個主處理器可利用其專有的高速三重化總線(TRIBus)進行相互間的通信。每掃描一次，3個主處理器通過三重化總線與其相鄰兩個主處理器進行通信，達到同步；同時三重化總線可對數(shù)字輸入數(shù)據(jù)進行表決，對輸出數(shù)據(jù)進行比較，并將模擬輸入數(shù)據(jù)進行復(fù)制并送到每個處理器，主處理器執(zhí)行各種控制算法，并將運算輸出值送到各輸出模件。除表決輸入數(shù)據(jù)外，TRICON 還表決輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)的表決是在輸出模件中完成的，這樣可使其盡可能與現(xiàn)場靠近，并對三總線表決與驅(qū)動現(xiàn)場的最終輸出間可能發(fā)生的任何錯誤進行檢測和補償。 見圖247 “三重冗余ESD系統(tǒng)”。,2、聯(lián)鎖保護系統(tǒng)試驗 信號報警和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)正式投入使用前必須對其進行檢查和測試，測試參與方包括施工單位、監(jiān)理、業(yè)主儀表、電氣、設(shè)備等各專業(yè)，聯(lián)鎖試驗由業(yè)主工藝車間組織，施工單位配合，測試合格并得到有關(guān)方面的確認后才能投入使用，具體包括： 2.1 檢查： 2.1.1 所有儀表單校合格； 2.1.2 檢查設(shè)備安裝和電纜接線正確； 2.1.3 檢查電源和氣源滿足要求。 2.2 供電：對儀表設(shè)備和回路逐個供電，檢查以下內(nèi)容 2.2.1 通過狀態(tài)指示燈檢查邏輯控制器運行狀態(tài)是否正常； 2.2.2檢查輸入輸出設(shè)備運行狀態(tài)是否正常； 2.2.3 檢查輸入輸出接點狀態(tài)指示燈目前狀態(tài)是否與現(xiàn)場一致； 2.2.4 檢查聯(lián)鎖系統(tǒng)控制站與操作站之間通信狀態(tài)，確認操作站畫面顯示正常。 2.3 模擬聯(lián)動 按照信號報警和聯(lián)鎖保護邏輯圖，將其劃分為多個邏輯包，根據(jù)各個邏輯包的動作條件，逐個進行試驗，檢查動作結(jié)果是否符合設(shè)計要求。,2.4 可能存在的問題,第二節(jié) 主要廠家的SIS系統(tǒng) 安全儀表系統(tǒng)(SIS)主要包括FSC、ELOP、Trusted 、TRICON等緊急停車安全儀表控制系統(tǒng)。 一、FSC 美國Honeywell公司的FAIL SAFE CONTROL（FSC）系統(tǒng)，由它執(zhí)行安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制部分代替原來在DCS中執(zhí)行的聯(lián)鎖內(nèi)容，按照規(guī)范將安全聯(lián)鎖系統(tǒng)獨立出來，以確保人身和設(shè)備的安全。FSC系統(tǒng)是基于微處理器的、模件化、且可軟件編程的系統(tǒng)，系統(tǒng)的核心控制元件為FSC安全管理器The FSC Safety Manager (FSC-SM)，它與HPM一樣，在TPS系統(tǒng)中，是UCN（Universal Control Network）上的一個節(jié)點，可提供UCN節(jié)點的功能，也可以直接與現(xiàn)場設(shè)備進行通訊。該系統(tǒng)硬件基于雙重化結(jié)構(gòu)，軟硬件均通過IEC的IEC61508認證。 FSC自應(yīng)用以來，利用了組態(tài)軟件強大數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)的能力，融合了較先進的自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)，具有可靠性高、操作簡單、維護容易等特點。表現(xiàn)出了它強大的安全穩(wěn)定的控制能力和通訊功能，為裝置事故狀態(tài)下的安全提供了保證。,二、ELOP 蘭州石化年產(chǎn)70萬噸乙烯改擴建工程乙烯裝置ESD系統(tǒng)采用的是德國HIMA PES系統(tǒng)中的ELOP軟件。 在整個裝置處于非常危險的情況下，啟動裂解爐停車按鈕時裂解爐停車。只要啟動停車按鈕，聯(lián)鎖系統(tǒng)將關(guān)閉所有進料閥、燃燒閥，稀釋蒸汽保持當(dāng)前的流量設(shè)定值或最小流量設(shè)定值（90%正常流量），使裂解爐逐漸緩慢冷卻。此為手動停車。 當(dāng)裂解爐燃燒氣壓力低、超高壓蒸汽溫度高等有任一發(fā)生時，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)自動關(guān)閉所有進料閥、燃燒閥，此為自動停車。 三、Trusted ICS Triplex 在三重化（TMR）控制系統(tǒng)領(lǐng)域是世界上著名的領(lǐng)導(dǎo)者，其旗艦產(chǎn)品 Trusted 系統(tǒng)是市場上最先進的三重化冗余系統(tǒng)。 Trusted ESD 系統(tǒng)是一個高效的全面綜合的安全保護系統(tǒng)。Trusted ESD 系統(tǒng)適用于各種規(guī)模類型的緊急停車系統(tǒng)，特別是那些安裝了大型裝置或旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的領(lǐng)域。 Trusted ESD 系統(tǒng)已取得 TV 的安全認證，可應(yīng)用于 AK6 和 IEC61508 SIL1 到 3 安全等級環(huán)境，TV 認證包括系統(tǒng)硬件及系統(tǒng)軟件。Trusted ESD 系統(tǒng)為要求緊急關(guān)閉的過程提供最高 SIL 等級的安全性，高可用性使得 Trusted 成為確保環(huán)境、人員和安全投資的理想解決方案。,Trusted ESD 系統(tǒng)可用在： 安全關(guān)鍵控制 機組控制 火與氣 閥門測試 壓力容器保護系統(tǒng) Trusted 部件都采用了完全三重化（TMR）的電路，達到最佳的 TMR 容錯水平，硬件實現(xiàn)容錯(HIFT)技術(shù)，所有部件對在 I/O 模塊和處理器層面處理的所有數(shù)據(jù)提供3取2(2oo3)表決制，采用安全運行模式 3-3-2-0 容錯技術(shù)，達到最高的可用性和可靠性，確保 Trusted ESD 系統(tǒng)可達到100%的運行時間，并允許在線更換系統(tǒng)部件。 Trusted 系統(tǒng)的 SOE 是內(nèi)置的在板 1msec 分辨率時間戳，快速、準(zhǔn)確的記錄信息，為 ESD分辨事故原因、排除故障提供了最先輸出探測和分析的能力。 Trusted 系統(tǒng)控制器 CPU 為64位微處理器，主頻為100MHz，信號處理的全過程時間小于100mS（32-100mS），具備快速響應(yīng)處理能力。,Trusted 系統(tǒng) AI 和 DI 模塊每通道都有3個獨立的 A/D 轉(zhuǎn)換器，DI 點采集的模擬化，使得安全、快速控制系統(tǒng)的利用率和容錯能力達到最高。精確判斷故障點的類型，避免了開關(guān)量點本身的故障引起的虛假跳車帶來的經(jīng)濟損失；DO 模塊每通道有6個 FET，提高了模塊的電流負載能力，有全面的自診斷、自測試和過流保護功能。 Trusted 系統(tǒng)所有 I/O 模塊都具有2500VDC光電隔離、在板1ms分辨率的 SOE 和基于每個通道的線監(jiān)視功能。 Trusted ESD 系統(tǒng)按照安全獨立原則要求，獨立于集散控制系統(tǒng)，安全級別高于 DCS。響應(yīng)速度非常快，有利于保護設(shè)備，避免事故擴大；并有利于分辨事故原因記錄。 Trusted ESD 系統(tǒng)非常先進可靠，其組態(tài)編程工具 IEC61131-3 TOOLSET 非常簡單易學(xué)，并提供安全保護專用的功能塊，實現(xiàn)安全、可靠、精確的安全控制。卓越的容錯能力使得Trusted 成為行業(yè)市場上性能最可靠、運行最安全的系統(tǒng)。 四、TRICON Triconex公司的Tricon采用三重化冗余容錯（功能模塊在出現(xiàn)故障或錯誤時，仍繼續(xù)執(zhí)行特定功能的能力）技術(shù)，即三重化系統(tǒng)包含了三個相互獨立的通道，每個通道都相互獨立運算，對從現(xiàn)場來的數(shù)字量輸入輸出變量都由硬件完成表決，模擬量則進行中值選擇，當(dāng)某一個通道出現(xiàn)錯誤時，它被另外兩個通道拋棄，所以可以在線更換故障模件，更換后重新恢復(fù)到完整的三重化操作；,第三節(jié) F&G火氣系統(tǒng) 火氣系統(tǒng)（FGS）是火災(zāi)和氣體檢測報警系統(tǒng)（fire & gas detection alarm system）的簡稱，即通過專用的傳感器和監(jiān)測器，預(yù)測即將發(fā)生的火災(zāi)、爆炸、中毒事故，由聲光發(fā)出警告提醒有關(guān)操作人員進行相應(yīng)操作，組織疏散和逃生，或者通過預(yù)先編制的聯(lián)鎖邏輯自動的啟動相應(yīng)的保護、救護裝置，通過遠程報警得到及時增援，從而使得可能發(fā)生的事故能在萌芽狀態(tài)被發(fā)現(xiàn)并消除?；饸庀到y(tǒng)的基本組成框圖如圖248所示。,FGS系統(tǒng)接收來自現(xiàn)場的火災(zāi)、氣體檢測器或手動報警信號，將報警信號送到MIMIC盤，F(xiàn)GS與消防管理系統(tǒng)通信，將相關(guān)消防需求信息及時傳送到消防系統(tǒng)。FGS有自身的控制報警設(shè)備和自動防護系統(tǒng)，還將信號傳遞到ESD系統(tǒng)實現(xiàn)緊急停車，傳遞到DCS系統(tǒng)用于過程控制的配合。 火氣系統(tǒng)與ESD和DCS系統(tǒng)的組合圖見249。,裝置常見火氣系統(tǒng)分布和總貌見圖2410,一、基本構(gòu)成 1、現(xiàn)場傳感器單元： 包括煙感探頭、溫感探頭、UV/UR火焰探頭、人工手動報警按鈕和各種氣體檢測器。 2、邏輯控制器 實現(xiàn)報警和自動后續(xù)動作，現(xiàn)在一般采用TRICON系統(tǒng)、HIMA系統(tǒng)等，控制器將檢測來的信號進行分析和運算，同時對信號回路的線路狀態(tài)的好壞進行判斷，然后根據(jù)不同類型和級別的報警，將運算結(jié)果發(fā)送到目標(biāo)單元（主要是現(xiàn)場的執(zhí)行單元）。 3、執(zhí)行單元：執(zhí)行由控制器發(fā)出的命令的設(shè)備和元件。 中央控制室：MIMIC Panel，畫有裝置區(qū)地圖的模擬盤嵌有表示不同類型報警的LED燈（發(fā)光二極管）和表示不同報警級別的不同聲音的報警音響，如揚巴乙烯中盤上有紅、黃、藍三種顏色報警燈，分別代表火災(zāi)、毒性氣體和可燃氣體；有消防水泵的運行狀態(tài)（綠色）和故障狀態(tài)（紅色）；有風(fēng)向風(fēng)速指示表（與風(fēng)速風(fēng)向檢測儀配合使用，360圓形LED燈指示風(fēng)向，兩個發(fā)光二極管窗口分別指示當(dāng)前風(fēng)速和最高風(fēng)速）； 工廠緊急相應(yīng)中心：大屏幕顯示器； 裝置現(xiàn)場：報警喇叭（HORN）、閃燈（BEACON）、樓宇報警鈴、中央空調(diào)風(fēng)機、通風(fēng)擋板、CO2是防系統(tǒng)，泡沫系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和高壓消防水噴射系統(tǒng)等。,4、通信網(wǎng)絡(luò) 連接到急救中心、消防機構(gòu)等獲得援助。 5、系統(tǒng)對信號的監(jiān)測 模擬量輸入線路的監(jiān)測是根據(jù)信號值偏離正常值來判斷的，無論是短路還是斷路，表現(xiàn)出來各自特點。 數(shù)字量輸入（開關(guān)量）監(jiān)測是通過與現(xiàn)場接點串并聯(lián)合適的電阻，在現(xiàn)場線路開路、短路、斷路狀態(tài)下線路的電阻值會有所不同，從而使得轉(zhuǎn)化為模擬量信號的值在不同的范圍內(nèi)，系統(tǒng)根據(jù)接收到的信號的具體的電流值來判斷現(xiàn)場線路的情況。 R1=250，R2=180，R3=500，R4=1K，不同情況下的線路電阻值、電流值,6、Honeywell火氣系統(tǒng)的設(shè)備類型。 6.1 氣體/火焰檢測器輸入見圖2411 6.2 火災(zāi)檢測輸入信號見2412,6.3 在線監(jiān)測的報警設(shè)備，見圖2413 6.4 輸出線路狀態(tài)監(jiān)測 系統(tǒng)定時向現(xiàn)場發(fā)出極短的檢測脈沖，檢測輸出線路的通斷；或選用對現(xiàn)場回路檢測的安全柵。,二、火災(zāi)和氣體檢測 1、火災(zāi)檢測 2、氣體檢測 分為可燃氣體和有毒氣體，前者使用接觸催化燃燒式，后者使用電化學(xué)式。 3、保護聯(lián)鎖 3.1室外裝置設(shè)備保護：包括噴淋降溫保護（控制雨淋閥）、消防滅火保護（自動啟動高壓消防水）、泡沫覆蓋隔離（對易燃易爆物料覆蓋隔離）等；,3.2 電氣和控制設(shè)備保護：不能用消防水和液體泡沫，一般用CO2釋放系統(tǒng)，在密閉空間內(nèi)使用，而且人員必須撤離。 3.3 室內(nèi)人員保護：控制室周圍設(shè)置的可燃氣體、有毒氣體檢測器，發(fā)現(xiàn)時FGS自動?？照{(diào)的換氣風(fēng)機，并關(guān)閉風(fēng)道上的擋板，以阻止有害氣體進入操作人員滯留的環(huán)境中。 第四節(jié) TRICON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及使用 TRICON是一種提供了高水平冗余容錯技術(shù)的可編程邏輯和過程控制器，容錯是指系統(tǒng)監(jiān)測到瞬間或穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)錯誤時能采取適當(dāng)動作進行在線糾正，TRICON系統(tǒng)是通過采用三重冗余結(jié)構(gòu)實現(xiàn)容錯功能的，即系統(tǒng)包含了三個相互獨立的通路，每個系統(tǒng)通道都與其它兩個通道平行的、獨立的進行運算，對于所有從現(xiàn)場來的數(shù)字量輸入輸出變量都由硬件完成表決，而對于模擬量則進行中值選擇。 TRISTATION（多功能系統(tǒng)工作站）是個人計算機，它是TRICON系統(tǒng)開發(fā)和編譯系統(tǒng)中運行的應(yīng)用程序，診斷系統(tǒng)的各種狀態(tài)，在回路測試、現(xiàn)場儀表維護時，強制某些必要的點的平臺和界面。,一、TRICON系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1.1 物理結(jié)構(gòu) 一個TRICON系統(tǒng)是由外部的接線端子板(external terminal panel)、安裝有各種卡件的機架(chassis)和連接它們的集束電纜(elco cable)組成。 其中外部接線端子(ETP)是一塊安裝有接線端子的印刷電路板，將現(xiàn)場信號引入系統(tǒng)，并為輸出信號提供輸出電源（配有保護用保險絲）。ELCO電纜用來連接ETP與I/O模件。 系統(tǒng)由一個主機架和最多14個擴展機架組成，每個機架都有其唯一的地址，各機架的地址在115之間，其中主機架地址為1。 TRICON控制器主機架布置見圖2-4-14“TRICON主機架結(jié)構(gòu)”,擴展機架可根據(jù)現(xiàn)場的需要放置在不同的位置，主機架與擴展機架之間通過三重化I/O擴展總線電纜連接，當(dāng)總的系統(tǒng)I/O總線電纜長度在每個分電路小于30米時，系統(tǒng)使用擴展機架。在擴展機架中，除了最左邊的槽位放上下冗余電源模件外，其余有8個邏輯槽位可放置I/O模件。 TRICON系統(tǒng)的總線包括TRI-BUS(TRI總線)、I/O-BUS(I/O總線)和COMM-BUS(通訊總線),這三個三重化總線系統(tǒng)被蝕刻在主機架背面。 COM-BUS通訊總線實現(xiàn)三個主處理器與通信模件之間的信息傳遞； I/O-BUS(I/O總線)實現(xiàn)I/O模件與主處理器模件之間的信息傳遞； TRI-BUS包括三條獨立的串聯(lián)鏈路，連接三個主處理器模件，實現(xiàn)三個主處理器之間的信息傳遞和數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的傳遞和表決。 1.2 系統(tǒng)控制模式：4檔位置開關(guān) 1.2.1 RUN（運行）：只讀操作方式，主處理器執(zhí)行已經(jīng)下裝的應(yīng)用程序。 1.2.2 PROGRAM（程序）：用于程序下裝和檢查。允許TRISTATION對TRICON系統(tǒng)的控制，包 括全部整體下裝（Download ALL）和修改部分下裝（Download Change），也允許Modbus主機或外部上位機對程序變量的寫入。 1.2.3 STOP（停止）：停止讀入輸入值，強制非保持型數(shù)字和模擬輸出回零，中斷控制程序（保持型輸出將保持在鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)到該位置前的最后值），該位置也是安裝和維護其它設(shè)備時推薦位置。,1.2.4 REMOTE（遙控）：允許TRISTATION，Modbus主機和外部上位機對程序變量寫入。 2、系統(tǒng)模件 在主機架上安裝了各種系統(tǒng)模件，它們分別對應(yīng)不同的功能。 2.1 電源模件：兩個電源模件以冗余的方式工作，支持在線更換。電源模件上的報警燈分別表示： 2.1.1 硬件結(jié)構(gòu)與控制程序的邏輯組態(tài)不一致； 2.1.2 模件故障； 2.1.3 模件在系統(tǒng)中丟失； 2.1.4 主處理器檢測出一個系統(tǒng)故障； 2.1.5 電源模件輸入供電線路故障； 2.1.6 電源處于“后備電池電壓低”或“超溫”警告。 2.2 通信模件 實現(xiàn)REICON系統(tǒng)與modbus主機和從機、點對點網(wǎng)絡(luò)通信上的其他TRICON、Honeywell和Foxboro等DCS進行通信。同心模件一般安裝在主機架上。在上面的結(jié)構(gòu)框圖中，列出了兩種通信模件，即增強型智能通信模件(EICM)和網(wǎng)絡(luò)通信模件(NCM). 2.2.1 增強型智能通信模件EICM：支持RS-232,RS-485串行通信，4個串行口實現(xiàn)TRICON系統(tǒng)與Modbus主機、從機通信，一個并行口連接TRISTATION（工作站）或打印機。見圖2-4-15EICM通信接口與PC連接。,2.2.2 網(wǎng)絡(luò)通信模件(NCM)：通過這個模件，TRICON系統(tǒng)可與802.3網(wǎng)絡(luò)上的其他TRICON設(shè)備通信。 2.3 主處理器模件 三個主處理器平等運行，每個主處理器內(nèi)包含兩個微處理器，分別用于執(zhí)行控制程序和管理I/O通信。 2.3.1 數(shù)據(jù)采集：主處理器完成對輸入模塊數(shù)據(jù)掃描存放在對應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)表中； 2.3.2 比較&表決：三重總線在三個主處理器之間輸入傳遞數(shù)據(jù)并通過通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)比較，修正后的數(shù)據(jù)分別參與控制程序運算，運算結(jié)果送到輸出模件表決； 2.3.3 運行程序：按照預(yù)先組態(tài)的控制程序運行；,2.3.4 事件順序記錄（sequence of events，SOE）：列出導(dǎo)致生產(chǎn)過程不安全狀態(tài)或停車的事件序列。在每次掃描期間，主處理器檢查所制定的被稱為事件的離散變量狀態(tài)是否改變，當(dāng)發(fā)生一個事件時，主處理器就將變量的當(dāng)前狀態(tài)和時間標(biāo)簽存儲在緩沖區(qū)內(nèi)，這個緩沖區(qū)是SOE塊的一部分，SOE塊是主處理器為記錄某些事件所保留的內(nèi)存的容量，SOE塊內(nèi)容使用TRISTATION 1131組態(tài)完成； 2.3.5 自診斷功能：主處理器檢查所有的內(nèi)存和接口，故障類型通過硬件表決電路識別，永久故障支持在線更換。 2.4 輸入模件：所有的TMR數(shù)字輸入模件都能完全地不間斷地對每個分電路進行診斷，任何一個分電路診斷出故障，模件的故障（FAUIT）燈就點亮，隨即在機架上發(fā)出報警信號。FAULT燈亮表明僅僅指出某一個分電路有故障，而不是模件失效，模件可以使故障容錯，帶著某種故障指示燈繼續(xù)正常工作。 2.4.1 脈沖輸入PI模件：提供8路非常靈敏的高頻輸入，尤其適用裝在旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的磁電式速度傳感器。模件感受來自磁電傳感器輸入設(shè)備的電壓躍變，并在所選的時間窗里對電壓躍變進行累加（速率測量），計數(shù)結(jié)果產(chǎn)生一頻率或RPM，傳到主處理器。 2.4.2 模擬輸入（AI）模件：0-5VDC、0-10VDC在模擬輸入模件中，包括三個隔離的輸入分電路，每個分電路從每點接受不同的電壓信號并通過多路轉(zhuǎn)換器進行數(shù)模轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，按照命令將此數(shù)值送到三個主處理器，每個主處理器為了確保每次掃描的正確數(shù)據(jù)，采用中間值進行運算，模件精度0.15%FSR。,2.4.3 熱電偶模件：3706A型熱電偶模件支持J、K、T熱電偶，3708E型熱電偶模件支持J、K、T、E熱電偶。熱電偶輸入模件有三個隔離的輸入分電路，每個輸入分電路可以接受不同的電壓信號，進行線性化和冷端補償（060），并將其轉(zhuǎn)換為攝式度或華式度 模件精度：3706A：J型2.8；K型3.4；T型2.8 3708E：J型3.1；K型3.9；T型2.5；E型2.8 2.4.4 數(shù)字輸入模件（DI）：數(shù)字輸入模件每個分電路內(nèi)均采用光電隔離措施，使得TRICON控制器與現(xiàn)場得到隔離。每個TMR數(shù)字輸入模件都有三個隔離的輸入分電路，能獨立處理輸入到模件的全部數(shù)據(jù)。TMR數(shù)字輸入模件具有熱備功能，可以在線更換有差錯的模件或連續(xù)工作的模件作后備。 2.4.5 模擬輸出（AO）模件：模擬輸出模件上的三個分電路接受主處理器模件上輸出信號，每一分電路都有模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，每個數(shù)據(jù)組經(jīng)表決選出正確的分電路來驅(qū)動8路4-20mA模擬輸出信號，模件精度：0.25%FSR。 2.4.6 數(shù)字輸出（DO）模件：每個數(shù)字輸出模件內(nèi)有三個相同的隔離分電路，每個分電路均有IOP微處理器，它接受從相應(yīng)的主處理器的IOP處理器來的輸出信號。內(nèi)設(shè)專用的“方型輸出表決器”輸出電路，該輸出電路對每組三個輸出信號在他們送至負載之前進行表決。,二、TRISTATION1131編程系統(tǒng)的使用 1、系統(tǒng)編程 人機界面組態(tài)，硬件和邏輯功能組態(tài)分別用兩種軟件實現(xiàn)，前者用WONDERWARE公司開發(fā)的INTOUCH軟件（Windows平臺），后者用TRICONEX公司的Tristation1131完成，Tristation 1131工作平臺滿足IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)，它在windowsNT 或windows2000操作系統(tǒng)環(huán)境下運行，支持三種編程語言，即功能塊圖、梯形圖和結(jié)構(gòu)文本。 LD梯形圖結(jié)構(gòu)形式見圖2-4-16,功能塊畫面見圖2-4-17,Triconex公司為每套ESD系統(tǒng)都提供了基于Windows的系統(tǒng)組態(tài)軟件TriStation1131（Tri 是“三”的意思，“Station”是工作站），該軟件裝在工程師站中，用戶可以利用它進行系統(tǒng)硬件配置、定義輸入/輸出點，還可以通過調(diào)用各種功能模塊進行控制程序組態(tài)。用戶的組態(tài)程序經(jīng)過編譯后再下裝到TRICON控制器的主處理器中執(zhí)行。該軟件還具有硬件運行狀態(tài)監(jiān)視和仿真功能，可以用來做系統(tǒng)硬件的故障診斷、在線維護以及控制程序的調(diào)試和模擬試驗。 當(dāng)使用TRISTATION開始為某一個生產(chǎn)過程建立一個安全系統(tǒng)時，第一步是建立一個項目(PROJECT)，一個項目對應(yīng)一個安全控制系統(tǒng)，包括運行程序（是由程序語言元素組成的實體，實現(xiàn)對機械、工藝過程的控制，可使用2000個參數(shù)，包括輸入/輸出和本地變量，調(diào)用功能塊和功能）、功能塊（能產(chǎn)生一個或多個輸出值的擁有獨立實體名稱的可執(zhí)行單元，按照周期變化，如時間脈沖功能塊）和功能（只產(chǎn)生一個可變結(jié)果的可執(zhí)行元素，結(jié)果在賦值時立即得到，如AND邏輯）。 應(yīng)用程序本身不能直接執(zhí)行，它是比較容易讀懂的程序語言，要執(zhí)行程序還必須把它編譯成可執(zhí)行的Program Instance(程序?qū)嶓w)并Download(下載)到控制器中。,1.2 創(chuàng)建項目project 在TRISTATION1131的平臺上配置一個系統(tǒng)，首先要建立一個“項目”，然后對這個項目進行硬件的配置和控制軟件的編制。 1.2.1 在file下點擊“new project”，出現(xiàn)“新項目”對話框； 1.2.2 在編寫工具選項中選擇“TRICON”，點擊“OK”； 1.2.3 在新項目命名對話框中鍵入名稱，如SAMPLE，確認后該項目被存儲到指定的文件夾中，默認的存儲路徑為c:program filetriconexTS1131project； 1.2.4 點擊“SAVE”，標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)（standard library）、TRICONEX library和TRICON library等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入到新建項目中； 1.2.5 新項目創(chuàng)建成功，出現(xiàn)“project directory”對話框，見圖2-4-18 此時用戶可以開始編制控制程序和系統(tǒng)配置。,1.3 創(chuàng)建新元素 1.3.1 點擊“user defined”按鈕，在對話框中選擇“new”，出現(xiàn)創(chuàng)建一個新“可執(zhí)行元素”的對話框； 1.3.2 鍵入新元素的名稱，選擇描述的編程語言（功能塊圖、梯形圖、結(jié)構(gòu)文本等）和元素的類型（程序、功能塊、功能）；選擇應(yīng)用類型（用于控制還是安全），安全模式時標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)中的控制功能塊將被限制使用； 1.3.3 點擊OK，創(chuàng)建完成，此時出現(xiàn)用戶所建的新元素的第一頁SHEET。 1.4 在SHEET上安排參數(shù)，建立邏輯結(jié)構(gòu) （舉例：將一個輸入?yún)?shù)的值賦于另外一個輸出參數(shù)） 1.4.1 在工具欄中選擇輸入?yún)?shù)按鈕； 1.4.2 將光標(biāo)移至SHEET中合適的位置，點擊鼠標(biāo)左鍵，就放置了一個輸入?yún)?shù)； 1.4.3 在標(biāo)準(zhǔn)庫中選擇“MOVE”功能，在SHEET上合適位置電機數(shù)表左鍵放置； 1.4.4 在工具欄中激活并選擇輸出參數(shù)，同樣放置在合適位置； 1.4.5 使用對接連接，按住鼠標(biāo)左鍵拖動所需要連接的參數(shù)或功能塊，對準(zhǔn)要連接的參數(shù)端線后松開，參數(shù)就自動連接上了。也可以用工具欄中的筆用畫線的方法將兩個參數(shù)或功能塊參數(shù)端畫上連接線。,1.5 硬件組態(tài) 選定包括CPU卡件型號，I/O卡件型號和安裝位置，各個I/O卡件的地址分配和變量定義等內(nèi)容（使每個過程點對應(yīng)到卡件的通道上并定義變量位號，以便在邏輯中軟引用這個位號）。 1.5.1 在TRICON的下拉菜單中選擇configuration，彈出TRICON configuration畫面，包括program instance declarations（程序?qū)嶓w申報）、TRICON point connections（點的連接）、TRICON system configuration（系統(tǒng)組態(tài),包括存儲器分布和系統(tǒng)硬件定位兩個方面）和TRICON SOE configuration (SOE組態(tài))； 1.5.2 在左側(cè)窗口激活TRICON system configuration 目錄下的Hardware Allocation（硬件定位），彈出的對話框中右邊是機架布置圖，左邊是各SLOT基本模件的配置（大部分為empty，需要定義）； 見圖2-4-19“機架組態(tài)圖”,1.5.3 先定義三個CPU主處理器卡型號，默認為3006，如果實際不符的話通過雙擊需要修改的卡件，在上面的窗口中雙擊MP，彈出屬性窗口，在屬性窗口中點擊REMOVE移去原MP，再點擊INSERT插入新的CPU； 1.5.4 在Chassis 1:HD_MAIN中選擇機架類型（可選的機架包括有8110主機架CPU和通信卡必須安裝在主機架上；8111擴展機架通過TriBUS電纜與主機架相連；8112遠程擴展機架）并通過點擊各個卡槽SLOT在機架中任意插入所需的輸入卡、輸出卡和通信卡。 1.6 應(yīng)用設(shè)置 點擊主目錄TRICON system configuration，在窗口中，設(shè)定系統(tǒng)的節(jié)點號（network node）和掃描周期（scan rate），設(shè)定組態(tài)口令（password required for connection）。另外可選擇是否在機架上用鑰匙停系統(tǒng)，是否允許遠程設(shè)備改寫相應(yīng)的存儲器，是否允許在系統(tǒng)運行時強制相關(guān)的數(shù)據(jù)點。如果用到TRICON系統(tǒng)間通信，還可設(shè)定PEER TO PEER的通信量（發(fā)送和接收）。 見圖2-4-20“系統(tǒng)組態(tài)”。,系統(tǒng)設(shè)置中包括了內(nèi)存分配（memory allocation），設(shè)定各類的點占用寄存器規(guī)模。 1.7 TRICON點的建立 點擊TRICON point connections子菜單，看到三個下拉菜單：內(nèi)存點（memory points）、輸入點（input points）和輸出點（output points），再下一級包含了可選擇的各種類型的數(shù)據(jù)點。 一旦I/O卡件確定后，輸入輸出點（未命名）就會被排在相應(yīng)的目錄中，用戶可以將I/O點一一放置到相應(yīng)的通道上。程序中一些中間變量，用于通信的軟點等需要連接到內(nèi)存點上去，要設(shè)置相應(yīng)的內(nèi)存點。 1.8 程序?qū)嶓w申報 完成上述編程工作后，需要對程序進行程序?qū)嶓w申報，使它成為可執(zhí)行的實體。 雙擊program instance declaration目錄，彈出增刪instance屬性框，根據(jù)提示將program申報建立成可執(zhí)行的實體，完成后將可執(zhí)行文件的各參數(shù)與輸入點、輸出點或內(nèi)存點進行連接，從而使得程序的運算從現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù)，運算結(jié)果驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。連接可以選擇自動或手動完成,如果程序中使用的位號和對應(yīng)的輸入/輸出內(nèi)存點的位號完全一樣，使用自動連接就可以非常迅速地完成。 1.9 SOE組態(tài) SOE是TRICON系統(tǒng)的一個事件順序記錄，其分辨率與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新速率（poll time）有關(guān)。一般1000個左右輸入輸出點的系統(tǒng)大約20ms。,點擊TRICON菜單下的edit configuration打開窗口，選擇SOE point configuration，可以建立最多16個SOE Block,雙擊SOE Block子目錄，在屬性對話框中定義該block的名稱以及該block允許存放的最多的SOE點數(shù)。 點擊SOE points configuration目錄，右邊窗口中自動列出所有能夠被SOE收集的數(shù)據(jù)點，將其進行分組，雙擊某參數(shù)點，在該點的屬性框中選擇需要該點記錄的相關(guān)SOE block上打鉤。 SOE的啟動、停止和清除需要程序控制，可以使用相應(yīng)的功能塊完成，輸入點采用手動輸入或系統(tǒng)參數(shù)first scan（第一次掃描）作輸入控制，可以使用SOESTP和SOESTAT兩個功能塊，編制SOE塊的停止控制和SOE塊