安全儀表系統(tǒng)SIS課件

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(hù)越來越被重視。安全保護(hù)在石化生產(chǎn)過程中的表現(xiàn)形式是逐級(jí)上升的，即生產(chǎn)中使控制參數(shù)在正常范圍內(nèi)時(shí)使用的儀表調(diào)節(jié)系統(tǒng)；當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)不及時(shí)或出現(xiàn)干擾等異常，控制參數(shù)超出正常范圍時(shí)使用報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)，此時(shí)需要采取手動(dòng)或自動(dòng)措施使生產(chǎn)恢復(fù)到正常狀態(tài)上去；當(dāng)情況進(jìn)一步惡化達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)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(dòng)設(shè)備停止運(yùn)行等等措施，通過局部或整體停車方式消除危險(xiǎn)；當(dāng)事故已經(jīng)出現(xiàn)，包括可燃?xì)怏w泄漏、火災(zāi)等形成時(shí)采用火氣消防系統(tǒng)來補(bǔ)救；對(duì)特殊場所，火氣消防系統(tǒng)不能徹底消除事故時(shí)，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(shí)采取最后一項(xiàng)措施時(shí)緊急疏散撤離。IEC61511對(duì)安全防護(hù)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(hào)。生產(chǎn)中當(dāng)這些參數(shù)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，說明生產(chǎn)過程處于正常狀態(tài)；超出這個(gè)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(gè)聲光表現(xiàn)形式稱為報(bào)警，根據(jù)預(yù)定程序的操作就是聯(lián)鎖；如果異常進(jìn)一步擴(kuò)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(dòng)安全保護(hù)系統(tǒng)，能對(duì)石油化工等生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的危險(xiǎn)（超出安全限定）及不采取措施而繼續(xù)惡化的狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)地響應(yīng)和保護(hù)，使其進(jìn)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(xiǎn)發(fā)生過程不同階段示意如圖2—4—1所示。安全儀表系統(tǒng)的基本功能結(jié)構(gòu)示意如圖2—4—2所示。3、ANSI/SIAS84.01-1996美國對(duì)工業(yè)過程的安全系統(tǒng)設(shè)立的標(biāo)準(zhǔn)，是IEC61508和DINV19250的結(jié)合，但去除了SIL4這個(gè)最高級(jí)別。4、DraftIEC61511第1～4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(jì)者、系統(tǒng)集成商和最終用戶）的國際化標(biāo)準(zhǔn)，是IEC61508的補(bǔ)充。5、EN54的第三部分適用于火災(zāi)檢測報(bào)警系統(tǒng)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，NFPA72則是美國“國家火災(zāi)報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)”等。二、聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置：根據(jù)《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dú)立安全聯(lián)鎖保護(hù)和停車系統(tǒng)獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)，以降低控制功能和安全功能同時(shí)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(dú)立完成自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖的安全功能。見圖2—4—3“獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)”。安全儀表系統(tǒng)(SafetyInstrumentedSystem-SIS)包括傳感器（Sensor）、邏輯運(yùn)算器（Logicsolver)和最終執(zhí)行元件(Finalelement)。1.1SIS傳感器選用：獨(dú)立設(shè)置原則：1級(jí)SIS傳感器可與DCS共用；

2級(jí)SIS傳感器宜與DCS分開；

3級(jí)SIS傳感器應(yīng)與DCS分開；冗余設(shè)置原則：1級(jí)SIS傳感器可采用單一的傳感器；

2級(jí)SIS傳感器宜采用冗余的傳感器；

3級(jí)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(shí)，采用“或”邏輯結(jié)構(gòu)；保證系統(tǒng)的可用性時(shí)，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(shí)，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。冗余設(shè)置原則：1級(jí)SIS可采用單一閥門；

2級(jí)宜采用冗余閥門；如采用單一閥門，電磁閥宜冗余配置；

3級(jí)宜采用冗余閥門；可采用一個(gè)控制閥和一個(gè)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(dú)立設(shè)置的目的1.4.1降低控制功能和安全功能同時(shí)失效概率，當(dāng)維護(hù)DCS部分故障時(shí)也不會(huì)危及安全保護(hù)系統(tǒng)；1.4.2對(duì)于大型裝置或旋轉(zhuǎn)機(jī)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(hù)設(shè)備，避免事故擴(kuò)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；1.4.3DCS系統(tǒng)是過程控制系統(tǒng)，是動(dòng)態(tài)的，需要人工頻繁的干預(yù)，這有可能引起人為誤動(dòng)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(dòng)作。2、冗余（用多個(gè)相同的模塊或部件實(shí)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(dú)立的N：1重元件，并且自動(dòng)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(dòng)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(shí)，使被控制過程轉(zhuǎn)入預(yù)定安全狀態(tài)）3.1報(bào)警、聯(lián)鎖的檢測元件接點(diǎn)采用正常時(shí)閉合，越限時(shí)斷開；3.2執(zhí)行元件在系統(tǒng)正常時(shí)應(yīng)是勵(lì)磁（帶電）狀態(tài)，非正常時(shí)應(yīng)是非勵(lì)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(gè)電磁閥并聯(lián)運(yùn)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(jī)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(hù)，可采用臺(tái)式PC機(jī)或便攜式PC機(jī)；輔助操作臺(tái)：在CCR輔助操作臺(tái)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(hào)報(bào)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(jī)柜室SIS控制器邏輯運(yùn)算。4.1手動(dòng)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(shí)，由操作人員有步驟地進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，重要的聯(lián)鎖系統(tǒng)和工藝變量一般采用手動(dòng)復(fù)位，避免自動(dòng)復(fù)位的缺陷；4.2手動(dòng)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(dòng)設(shè)備的啟動(dòng)創(chuàng)造條件；二是用于檢修事故開關(guān)；4.3延時(shí)電路：使用時(shí)間繼電器過濾脈沖干擾或瞬間突發(fā)事件引起的停機(jī)動(dòng)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(duì)軟件組態(tài)進(jìn)行100%功能測試。7、SIS與DCS區(qū)別7.1DCS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(yùn)行；SIS用于監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀況，對(duì)出現(xiàn)異常工況迅速進(jìn)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)；7.2DCS是“動(dòng)態(tài)”系統(tǒng)，它始終對(duì)過程變量連續(xù)進(jìn)行檢測、運(yùn)算和控制，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行動(dòng)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(shí)，它始終監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運(yùn)行，系統(tǒng)輸出不變，對(duì)生產(chǎn)過程不產(chǎn)生影響，非正常工況下時(shí)，它將按照預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車；7.3SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更嚴(yán)格，IEC61508、IEC61511、ISAS84.01、SH/T3018強(qiáng)烈推薦SIS與DCS硬件獨(dú)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(yùn)行的和熱備的硬件，當(dāng)CPU檢測到運(yùn)行卡件有故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到備用卡件上，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)周期性的切換運(yùn)行和熱備卡，以保證系統(tǒng)的安全。見圖2—4—6“雙重冗余ESD系統(tǒng)”1.2三重化硬件結(jié)構(gòu)組成每個(gè)I/O模件內(nèi)有3個(gè)獨(dú)立的分電路。輸入模件的每個(gè)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(gè)主處理器可利用其專有的高速三重化總線(TRIBus)進(jìn)行相互間的通信。每掃描一次，3個(gè)主處理器通過三重化總線與其相鄰兩個(gè)主處理器進(jìn)行通信，達(dá)到同步；同時(shí)三重化總線可對(duì)數(shù)字輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行表決，對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并將模擬輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制并送到每個(gè)處理器，主處理器執(zhí)行各種控制算法，并將運(yùn)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(duì)三總線表決與驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場的最終輸出間可能發(fā)生的任何錯(cuò)誤進(jìn)行檢測和補(bǔ)償。見圖2—4—7“三重冗余ESD系統(tǒng)”。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、ELOPⅡ、Trusted、TRICON等緊急停車安全儀表控制系統(tǒng)。一、FSC美國Honeywell公司的FAILSAFECONTROL（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(dú)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TheFSCSafetyManager(FSC-SM)，它與HPM一樣，在TPS系統(tǒng)中，是UCN（UniversalControlNetwork）上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可提供UCN節(jié)點(diǎn)的功能，也可以直接與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)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(rèn)證。FSC自應(yīng)用以來，利用了組態(tài)軟件強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)的能力，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(hù)容易等特點(diǎn)。表現(xiàn)出了它強(qiáng)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。TrustedESD系統(tǒng)可用在：

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安全關(guān)鍵控制

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機(jī)組控制

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火與氣

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閥門測試

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壓力容器保護(hù)系統(tǒng)Trusted部件都采用了完全三重化（TMR）的電路，達(dá)到最佳的TMR容錯(cuò)水平，硬件實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)(HIFT)技術(shù)，所有部件對(duì)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(yùn)行模式3-3-2-0容錯(cuò)技術(shù)，達(dá)到最高的可用性和可靠性，確保TrustedESD系統(tǒng)可達(dá)到100%的運(yùn)行時(shí)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(shí)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(hào)處理的全過程時(shí)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(gè)獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器，DI點(diǎn)采集的模擬化，使得安全、快速控制系統(tǒng)的利用率和容錯(cuò)能力達(dá)到最高。精確判斷故障點(diǎn)的類型，避免了開關(guān)量點(diǎn)本身的故障引起的虛假跳車帶來的經(jīng)濟(jì)損失；DO模塊每通道有6個(gè)FET，提高了模塊的電流負(fù)載能力，有全面的自診斷、自測試和過流保護(hù)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(gè)通道的線監(jiān)視功能。TrustedESD系統(tǒng)按照安全獨(dú)立原則要求，獨(dú)立于集散控制系統(tǒng)，安全級(jí)別高于DCS。響應(yīng)速度非?？?，有利于保護(hù)設(shè)備，避免事故擴(kuò)大；并有利于分辨事故原因記錄。TrustedESD系統(tǒng)非常先進(jìn)可靠，其組態(tài)編程工具IEC61131-3TOOLSET非常簡單易學(xué)，并提供安全保護(hù)專用的功能塊，實(shí)現(xiàn)安全、可靠、精確的安全控制。卓越的容錯(cuò)能力使得Trusted成為行業(yè)市場上性能最可靠、運(yùn)行最安全的系統(tǒng)。四、TRICONTriconex公司的Tricon采用三重化冗余容錯(cuò)（功能模塊在出現(xiàn)故障或錯(cuò)誤時(shí)，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(gè)相互獨(dú)立的通道，每個(gè)通道都相互獨(dú)立運(yùn)算，對(duì)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(jìn)行中值選擇，當(dāng)某一個(gè)通道出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，它被另外兩個(gè)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(bào)警系統(tǒng)（fire&gasdetectionalarmsystem）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(jìn)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(dòng)的啟動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)、救護(hù)裝置，通過遠(yuǎn)程報(bào)警得到及時(shí)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2—4—8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(dòng)報(bào)警信號(hào)，將報(bào)警信號(hào)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(shí)傳送到消防系統(tǒng)。FGS有自身的控制報(bào)警設(shè)備和自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，還將信號(hào)傳遞到ESD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緊急停車，傳遞到DCS系統(tǒng)用于過程控制的配合?；饸庀到y(tǒng)與ESD和DCS系統(tǒng)的組合圖見2—4—9。裝置常見火氣系統(tǒng)分布和總貌見圖2—4—10一、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(dòng)報(bào)警按鈕和各種氣體檢測器。2、邏輯控制器實(shí)現(xiàn)報(bào)警和自動(dòng)后續(xù)動(dòng)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(hào)進(jìn)行分析和運(yùn)算，同時(shí)對(duì)信號(hào)回路的線路狀態(tài)的好壞進(jìn)行判斷，然后根據(jù)不同類型和級(jí)別的報(bào)警，將運(yùn)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：MIMICPanel，畫有裝置區(qū)地圖的模擬盤嵌有表示不同類型報(bào)警的LED燈（發(fā)光二極管）和表示不同報(bào)警級(jí)別的不同聲音的報(bào)警音響，如揚(yáng)巴乙烯中盤上有紅、黃、藍(lán)三種顏色報(bào)警燈，分別代表火災(zāi)、毒性氣體和可燃?xì)怏w；有消防水泵的運(yùn)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(gè)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(bào)警喇叭（HORN）、閃燈（BEACON）、樓宇報(bào)警鈴、中央空調(diào)風(fēng)機(jī)、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。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2—4—116.2火災(zāi)檢測輸入信號(hào)見2—4—12二、火災(zāi)和氣體檢測1、火災(zāi)檢測2、氣體檢測分為可燃?xì)怏w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(hù)聯(lián)鎖3.1室外裝置設(shè)備保護(hù)：包括噴淋降溫保護(hù)（控制雨淋閥）、消防滅火保護(hù)（自動(dòng)啟動(dòng)高壓消防水）、泡沫覆蓋隔離（對(duì)易燃易爆物料覆蓋隔離）等；3.2電氣和控制設(shè)備保護(hù)：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(hù)：控制室周圍設(shè)置的可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測器，發(fā)現(xiàn)時(shí)FGS自動(dòng)?？照{(diào)的換氣風(fēng)機(jī)，并關(guān)閉風(fēng)道上的擋板，以阻止有害氣體進(jìn)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(cuò)技術(shù)的可編程邏輯和過程控制器，容錯(cuò)是指系統(tǒng)監(jiān)測到瞬間或穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)錯(cuò)誤時(shí)能采取適當(dāng)動(dòng)作進(jìn)行在線糾正，TRICON系統(tǒng)是通過采用三重冗余結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)功能的，即系統(tǒng)包含了三個(gè)相互獨(dú)立的通路，每個(gè)系統(tǒng)通道都與其它兩個(gè)通道平行的、獨(dú)立的進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)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(duì)于模擬量則進(jìn)行中值選擇。TRISTATION（多功能系統(tǒng)工作站）是個(gè)人計(jì)算機(jī)，它是TRICON系統(tǒng)開發(fā)和編譯系統(tǒng)中運(yùn)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(hù)時(shí)，強(qiáng)制某些必要的點(diǎn)的平臺(tái)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(gè)TRICON系統(tǒng)是由外部的接線端子板(externalterminalpanel)、安裝有各種卡件的機(jī)架(chassis)和連接它們的集束電纜(elcocable)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(hào)引入系統(tǒng)，并為輸出信號(hào)提供輸出電源（配有保護(hù)用保險(xiǎn)絲）。ELCO電纜用來連接ETP與I/O模件。系統(tǒng)由一個(gè)主機(jī)架和最多14個(gè)擴(kuò)展機(jī)架組成，每個(gè)機(jī)架都有其唯一的地址，各機(jī)架的地址在1～15之間，其中主機(jī)架地址為1。TRICON控制器主機(jī)架布置見圖2-4-14“TRICON主機(jī)架結(jié)構(gòu)”擴(kuò)展機(jī)架可根據(jù)現(xiàn)場的需要放置在不同的位置，主機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間通過三重化I/O擴(kuò)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(gè)分電路小于30米時(shí)，系統(tǒng)使用擴(kuò)展機(jī)架。在擴(kuò)展機(jī)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(gè)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(gè)三重化總線系統(tǒng)被蝕刻在主機(jī)架背面。COM-BUS通訊總線實(shí)現(xiàn)三個(gè)主處理器與通信模件之間的信息傳遞；I/O-BUS(I/O總線)實(shí)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(dú)立的串聯(lián)鏈路，連接三個(gè)主處理器模件，實(shí)現(xiàn)三個(gè)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)1.2.1RUN（運(yùn)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。1.2.2PROGRAM（程序）：用于程序下裝和檢查。允許TRISTATION對(duì)TRICON系統(tǒng)的控制，包括全部整體下裝（DownloadALL）和修改部分下裝（DownloadChange），也允許Modbus主機(jī)或外部上位機(jī)對(duì)程序變量的寫入。1.2.3STOP（停止）：停止讀入輸入值，強(qiáng)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(hù)其它設(shè)備時(shí)推薦位置。1.2.4REMOTE（遙控）：允許TRISTATION，Modbus主機(jī)和外部上位機(jī)對(duì)程序變量寫入。

2、系統(tǒng)模件在主機(jī)架上安裝了各種系統(tǒng)模件，它們分別對(duì)應(yīng)不同的功能。2.1電源模件：兩個(gè)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(bào)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(gè)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(shí)現(xiàn)REICON系統(tǒng)與modbus主機(jī)和從機(jī)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信上的其他TRICON、Honeywell和Foxboro等DCS進(jìn)行通信。同心模件一般安裝在主機(jī)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(qiáng)型智能通信模件(EICM)和網(wǎng)絡(luò)通信模件(NCM).2.2.1增強(qiáng)型智能通信模件EICM：支持RS-232,RS-485串行通信，4個(gè)串行口實(shí)現(xiàn)TRICON系統(tǒng)與Modbus主機(jī)、從機(jī)通信，一個(gè)并行口連接TRISTATION（工作站）或打印機(jī)。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(gè)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(gè)主處理器平等運(yùn)行，每個(gè)主處理器內(nèi)包含兩個(gè)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(duì)輸入模塊數(shù)據(jù)掃描存放在對(duì)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(gè)主處理器之間輸入傳遞數(shù)據(jù)并通過通訊方式實(shí)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(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送到輸出模件表決；2.3.3運(yùn)行程序：按照預(yù)先組態(tài)的控制程序運(yùn)行；2.3.4事件順序記錄（sequenceofevents，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(gè)事件時(shí)，主處理器就將變量的當(dāng)前狀態(tài)和時(shí)間標(biāo)簽存儲(chǔ)在緩沖區(qū)內(nèi)，這個(gè)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TRISTATION1131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(shí)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(duì)每個(gè)分電路進(jìn)行診斷，任何一個(gè)分電路診斷出故障，模件的故障（FAUIT）燈就點(diǎn)亮，隨即在機(jī)架上發(fā)出報(bào)警信號(hào)。FAULT燈亮表明僅僅指出某一個(gè)分電路有故障，而不是模件失效，模件可以使故障容錯(cuò)，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(shí)間窗里對(duì)電壓躍變進(jìn)行累加（速率測量），計(jì)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(gè)隔離的輸入分電路，每個(gè)分電路從每點(diǎn)接受不同的電壓信號(hào)并通過多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(gè)主處理器，每個(gè)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(jìn)行運(yùn)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(gè)隔離的輸入分電路，每個(gè)輸入分電路可以接受不同的電壓信號(hào)，進(jìn)行線性化和冷端補(bǔ)償（0～60℃），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(gè)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(gè)TMR數(shù)字輸入模件都有三個(gè)隔離的輸入分電路，能獨(dú)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(cuò)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(gè)分電路接受主處理器模件上輸出信號(hào)，每一分電路都有模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，每個(gè)數(shù)據(jù)組經(jīng)表決選出正確的分電路來驅(qū)動(dòng)8路4-20mA模擬輸出信號(hào)，模件精度：＜0.25%FSR。2.4.6數(shù)字輸出（DO）模件：每個(gè)數(shù)字輸出模件內(nèi)有三個(gè)相同的隔離分電路，每個(gè)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(hào)。內(nèi)設(shè)專用的“方型輸出表決器”輸出電路，該輸出電路對(duì)每組三個(gè)輸出信號(hào)在他們送至負(fù)載之前進(jìn)行表決。二、TRISTATION1131編程系統(tǒng)的使用1、系統(tǒng)編程人機(jī)界面組態(tài)，硬件和邏輯功能組態(tài)分別用兩種軟件實(shí)現(xiàn)，前者用WONDERWARE公司開發(fā)的INTOUCH軟件（Windows平臺(tái)），后者用TRICONEX公司的Tristation1131完成，Tristation1131工作平臺(tái)滿足IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)，它在windowsNT或windows2000操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)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2-4-17Triconex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(jìn)行系統(tǒng)硬件配置、定義輸入/輸出點(diǎn)，還可以通過調(diào)用各種功能模塊進(jìn)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(yùn)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(hù)以及控制程序的調(diào)試和模擬試驗(yàn)。當(dāng)使用TRISTATION開始為某一個(gè)生產(chǎn)過程建立一個(gè)安全系統(tǒng)時(shí)，第一步是建立一個(gè)項(xiàng)目(PROJECT)，一個(gè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)一個(gè)安全控制系統(tǒng)，包括運(yùn)行程序（是由程序語言元素組成的實(shí)體，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械、工藝過程的控制，可使用2000個(gè)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(gè)或多個(gè)輸出值的擁有獨(dú)立實(shí)體名稱的可執(zhí)行單元，按照周期變化，如時(shí)間脈沖功能塊）和功能（只產(chǎn)生一個(gè)可變結(jié)果的可執(zhí)行元素，結(jié)果在賦值時(shí)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ProgramInstance(程序?qū)嶓w)并Download(下載)到控制器中。1.2創(chuàng)建項(xiàng)目project在TRISTATION1131的平臺(tái)上配置一個(gè)系統(tǒng)，首先要建立一個(gè)“項(xiàng)目”，然后對(duì)這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行硬件的配置和控制軟件的編制。1.2.1在file下點(diǎn)擊“newproject”，出現(xiàn)“新項(xiàng)目”對(duì)話框；1.2.2在編寫工具選項(xiàng)中選擇“TRICON”，點(diǎn)擊“OK”；1.2.3在新項(xiàng)目命名對(duì)話框中鍵入名稱，如SAMPLE，確認(rèn)后該項(xiàng)目被存儲(chǔ)到指定的文件夾中，默認(rèn)的存儲(chǔ)路徑為c:\program\TS1131\project；1.2.4點(diǎn)擊“SAVE”，標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)（standardlibrary）、TRICONEXlibrary和TRICONlibrary等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入到新建項(xiàng)目中；1.2.5新項(xiàng)目創(chuàng)建成功，出現(xiàn)“projectdirectory”對(duì)話框，見圖2-4-18此時(shí)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(diǎn)擊“userdefined”按鈕，在對(duì)話框中選擇“new”，出現(xiàn)創(chuàng)建一個(gè)新“可執(zhí)行元素”的對(duì)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(shí)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(diǎn)擊OK，創(chuàng)建完成，此時(shí)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(gè)輸入?yún)?shù)的值賦于另外一個(gè)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(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，就放置了一個(gè)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(jī)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(duì)接連接，按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)所需要連接的參數(shù)或功能塊，對(duì)準(zhǔn)要連接的參數(shù)端線后松開，參數(shù)就自動(dòng)連接上了。也可以用工具欄中的筆用畫線的方法將兩個(gè)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(hào)，I/O卡件型號(hào)和安裝位置，各個(gè)I/O卡件的地址分配和變量定義等內(nèi)容（使每個(gè)過程點(diǎn)對(duì)應(yīng)到卡件的通道上并定義變量位號(hào)，以便在邏輯中軟引用這個(gè)位號(hào)）。1.5.1在TRICON的下拉菜單中選擇configuration，彈出TRICONconfiguration畫面，包括programinstancedeclarations（程序?qū)嶓w申報(bào)）、TRICONpointconnections（點(diǎn)的連接）、TRICONsystemconfiguration（系統(tǒng)組態(tài),包括存儲(chǔ)器分布和系統(tǒng)硬件定位兩個(gè)方面）和TRICONSOEconfiguration(SOE組態(tài))；1.5.2在左側(cè)窗口激活TRICONsystemconfiguration目錄下的HardwareAllocation（硬件定位），彈出的對(duì)話框中右邊是機(jī)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(jī)架組態(tài)圖”1.5.3先定義三個(gè)CPU主處理器卡型號(hào)，默認(rèn)為3006，如果實(shí)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(diǎn)擊REMOVE移去原MP，再點(diǎn)擊INSERT插入新的CPU；1.5.4在Chassis1:HD_MAIN中選擇機(jī)架類型（可選的機(jī)架包括有8110主機(jī)架—CPU和通信卡必須安裝在主機(jī)架上；8111擴(kuò)展機(jī)架—通過TriBUS電纜與主機(jī)架相連；8112遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架）并通過點(diǎn)擊各個(gè)卡槽SLOT在機(jī)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(diǎn)擊主目錄TRICONsystemconfiguration，在窗口中，設(shè)定系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)號(hào)（networknode）和掃描周期（scanrate），設(shè)定組態(tài)口令（passwordrequiredforconnection）。另外可選擇是否在機(jī)架上用鑰匙停系統(tǒng)，是否允許遠(yuǎn)程設(shè)備改寫相應(yīng)的存儲(chǔ)器，是否允許在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)強(qiáng)制相關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。如果用到TRICON系統(tǒng)間通信，還可設(shè)定PEERTOPEER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（memoryallocation），設(shè)定各類的點(diǎn)占用寄存器規(guī)模。1.7TRICON點(diǎn)的建立點(diǎn)擊TRICONpointconnections子菜單，看到三個(gè)下拉菜單：內(nèi)存點(diǎn)（memorypoints）、輸入點(diǎn)（inputpoints）和輸出點(diǎn)（outputpoints），再下一級(jí)包含了可選擇的各種類型的數(shù)據(jù)點(diǎn)。一旦I/O卡件確定后，輸入輸出點(diǎn)（未命名）就會(huì)被排在相應(yīng)的目錄中，用戶可以將I/O點(diǎn)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(diǎn)等需要連接到內(nèi)存點(diǎn)上去，要設(shè)置相應(yīng)的內(nèi)存點(diǎn)。1.8程序?qū)嶓w申報(bào)完成上述編程工作后，需要對(duì)程序進(jìn)行程序?qū)嶓w申報(bào)，使它成為可執(zhí)行的實(shí)體。雙擊programinstancedeclaration目錄，彈出增刪instance屬性框，根據(jù)提示將program申報(bào)建立成可執(zhí)行的實(shí)體，完成后將可執(zhí)行文件的各參數(shù)與輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)或內(nèi)存點(diǎn)進(jìn)行連接，從而使得程序的運(yùn)算從現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù)，運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。連接可以選擇自動(dòng)或手動(dòng)完成,如果程序中使用的位號(hào)和對(duì)應(yīng)的輸入/輸出內(nèi)存點(diǎn)的位號(hào)完全一樣，使用自動(dòng)連接就可以非常迅速地完成。1.9SOE組態(tài)SOE是TRICON系統(tǒng)的一個(gè)事件順序記錄，其分辨率與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新速率（polltime）有關(guān)。一般1000個(gè)左右輸入輸出點(diǎn)的系統(tǒng)大約20ms。點(diǎn)擊TRICON菜單下的editconfiguration打開窗口，選擇SOEpointconfiguration，可以建立最多16個(gè)SOEBlock,雙擊SOEBlock子目錄，在屬性對(duì)話框中定義該block的名稱以及該block允許存放的最多的SOE點(diǎn)數(shù)。點(diǎn)擊SOEpointsconfiguration目錄，右邊窗口中自動(dòng)列出所有能夠被SOE收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將其進(jìn)行分組，雙擊某參數(shù)點(diǎn)，在該點(diǎn)的屬性框中選擇需要該點(diǎn)記錄的相關(guān)SOEblock上打鉤。SOE的啟動(dòng)、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(diǎn)采用手動(dòng)輸入或系統(tǒng)參數(shù)firstscan（第一次掃描）作輸入控制，可以使用SOESTP和SOESTAT兩個(gè)功能塊，編制SOE塊的停止控制和SOE塊的狀態(tài)讀取程序，這樣下載完程序后第一次啟動(dòng)程序時(shí)SOEBlock就被自動(dòng)啟動(dòng)了。SOE程序完成后，進(jìn)行編譯下載，TRICON就可以執(zhí)行SOE的收集工作了。1.10項(xiàng)目組態(tài)的保存和編譯用戶完成一個(gè)功能、功能塊和系統(tǒng)組態(tài)后必須保存并編譯，方法是選擇工具欄中的按鈕（分為整體編譯和個(gè)體編譯兩個(gè)）或者在TRICON的