引言

    煉油化工裝置具有高溫、高壓、易燃、易爆、工藝復(fù)雜而連續(xù)性強(qiáng)、安全要求高等特點(diǎn)，為了最大限度地降低裝置惡性事故發(fā)生的概率，減少計(jì)劃外停車，避免重大人身傷害、重大設(shè)備損壞及重大經(jīng)濟(jì)損失的事故發(fā)生，設(shè)計(jì)一套安全可靠、動(dòng)作及時(shí)的安全保護(hù)系統(tǒng)是非常重要的。

    安全儀表系統(tǒng)SIS（Safety Instrumented System）是一種獨(dú)立于生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的用于大型裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。在正常情況下，通過(guò)安全保護(hù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置的安全，當(dāng)裝置出現(xiàn)緊急情況時(shí)直接發(fā)出保護(hù)聯(lián)鎖信號(hào)對(duì)工藝流程實(shí)行聯(lián)鎖保護(hù)或緊急停車，以避免危險(xiǎn)擴(kuò)散造成巨大損失。

    廣州石化乙烯裝置原來(lái)的聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)是用Honeywell公司的LM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。該套系統(tǒng)自1996年乙烯裝置開工時(shí)運(yùn)行至今，存在版本老化、技術(shù)支持力量不足、主輔控制器不能自動(dòng)切換、機(jī)械故障率高、故障排除困難、維護(hù)難度大、沒(méi)有事件序列SOE（Sequence of Event）功能、沒(méi)有人機(jī)界面等缺點(diǎn)，已遠(yuǎn)不能滿足安全生產(chǎn)的需要。經(jīng)過(guò)多方論證，廣州石化乙烯裝置采用美國(guó)TRICONEX公司開發(fā)的TRICON系統(tǒng)對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行了更新改造。經(jīng)過(guò)4個(gè)多月的奮戰(zhàn)，完成了聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、組態(tài)、安裝、調(diào)試，并于2007年2月17日投入使用，為乙烯裝置一次開車成功發(fā)揮了重要作用。到目前為止，該系統(tǒng)運(yùn)行非常可靠，確保了裝置安全運(yùn)行。

    1、TRICON系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    TRICON系統(tǒng)是基于三重模塊冗余TMR（three moduleredund）結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)控制器。它將三路（每路稱為一個(gè)分電路）相互隔離、并行的和具有廣泛的自診斷功能的控制系統(tǒng)集成為一個(gè)系統(tǒng)，用三取二表決電路來(lái)提供高度完善、無(wú)差錯(cuò)、不間斷的過(guò)程操作，不會(huì)因?yàn)閱吸c(diǎn)的故障而導(dǎo)致系統(tǒng)失效。該系統(tǒng)的硬件、軟件均通過(guò)德國(guó)技術(shù)監(jiān)督局TaV AK6 級(jí)認(rèn)證。

    TRICON控制器有3個(gè)主處理器。傳感器信號(hào)至輸入模塊被分成隔離的3路，通過(guò)3個(gè)獨(dú)立的通道分別被送到3個(gè)主處理器中。處理器之間的總線按多數(shù)原則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行表決，并糾正任何輸入數(shù)據(jù)的偏差。主處理器的輸出沿著3個(gè)通道送到輸出模塊，并在輸出模塊中再次進(jìn)行表決/選擇，如圖1所示。在表決電路中包含有總的“反饋”電路，用于對(duì)輸出狀態(tài)做最好的校驗(yàn)，診斷潛在的故障。

    TRICON系統(tǒng)對(duì)每個(gè)獨(dú)立的分電路、每個(gè)模塊組件和每個(gè)功能電路都進(jìn)行廣泛的自診斷，對(duì)操作錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)告。所有診斷信息均儲(chǔ)存在系統(tǒng)變量里，或由LED和報(bào)警觸點(diǎn)指示，或直接進(jìn)行維護(hù)。且所有的故障元件都可以進(jìn)行在線更換。

    TRICON系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將人機(jī)界面組態(tài)和硬件、邏輯實(shí)現(xiàn)等組態(tài)分別由兩種軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。硬件組態(tài)、邏輯實(shí)現(xiàn)、SOE功能實(shí)現(xiàn)等由TRICONEX公司的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括Tristation 

    1131、SOE和DDE等3 種軟件。人機(jī)界面組態(tài)用WONDERWARE公司開發(fā)的INTOUCH來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩種軟件都具有功能強(qiáng)大、使用簡(jiǎn)捷方便的特點(diǎn)。

    2 乙烯裝置SIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    2 .1 系統(tǒng)配置

    乙烯裝置聯(lián)鎖控制系統(tǒng)原來(lái)使用的是三套HONEYWELL的LM系統(tǒng)，改造設(shè)計(jì)為使用三套TRICONEX公司的Tricon V10 TMR系統(tǒng)。三套系統(tǒng)分別為：裂解急冷（A1區(qū)）緊急停車聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)、壓縮分離（A2區(qū)）緊急停車聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)、汽油加氫丁二烯（A3區(qū)）緊急停車聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)配置如圖2所示（以A1區(qū)為例），硬件設(shè)備分別包括一個(gè)由1個(gè)主機(jī)架和7個(gè)擴(kuò)展機(jī)架組成的控制站、一個(gè)操作站OPS，一個(gè)工程師站EWS、三個(gè)輔助操作臺(tái)（利舊）和兩個(gè)硬旁路輔助操作柜等單元。

    控制站是該系統(tǒng)的核心單元，通過(guò)Tristation 

    1131所做的各項(xiàng)組態(tài)工作都下載到該控制站運(yùn)行。該控制站實(shí)現(xiàn)主處理器（MP）的三重化冗余。主處理器通過(guò)三重化冗余的通信電纜和I / O卡件通信，I/O卡件電源是雙重化冗余的。控制站通過(guò)系統(tǒng)自己的通訊卡（TCM卡）連接到兩個(gè)互為冗余的交換機(jī)（HUB）上，通過(guò)HUB與操作站、工程師站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。工程師站完成所有軟件組態(tài)及其下載，操作站是完整的人機(jī)界面，輔助操作臺(tái)上安裝各個(gè)聯(lián)鎖部分的報(bào)警指示燈和停車、復(fù)位按鈕。兩個(gè)硬旁路輔助操作柜上安裝硬旁路開關(guān)。

    TRICON控制器采用TCM通訊模件與操作站、SOE站、工程師站及其它系統(tǒng)進(jìn)行通訊。TCM通訊模件提供冗余的10M/100M 
TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，用于與操作員站、工程師站、SOE站等上位機(jī)的通訊；另外，每塊TCM通訊提供4個(gè)RS232/RS485通訊接口，用于與色譜分析系統(tǒng)（僅A3區(qū)）和TDC-3000系統(tǒng)的通訊。

    2 .2 SIS系統(tǒng)硬件組態(tài)

    SIS系統(tǒng)內(nèi)部組態(tài)用TRICON開發(fā)的軟件Tristation1131完成。硬件組態(tài)是控制系統(tǒng)最基礎(chǔ)的部分，它確定了CPU卡件的型號(hào)、I/O卡件的分布和選型、I/O地址的分配、變量地址定義等等。

    1）卡件組態(tài)：完成該項(xiàng)目使用到的所有卡件的型號(hào)選擇和位置分配。1#主機(jī)架配有兩塊電源卡（型號(hào)8312），三塊MP卡（型號(hào)3008），五塊64點(diǎn)DI卡（型號(hào)3564），兩塊TCM卡（型號(hào)4351A）；2#、3#、4#擴(kuò)展機(jī)架配有兩塊電源卡（型號(hào)8312），四塊32點(diǎn)DI卡（型號(hào)3503E），三塊DO卡（型號(hào)3604E）；5#擴(kuò)展機(jī)架配有兩塊8312電源卡，兩塊32點(diǎn)3503EDI卡，五塊3604EDO卡；6#、7#擴(kuò)展機(jī)架配有兩塊電源卡（型號(hào)8312），七塊DO卡（型號(hào)3604E）；8#擴(kuò)展機(jī)架配有兩塊8312電源卡，三塊32點(diǎn)3503EDI卡，三塊3604E DO卡。

    2） I / O 點(diǎn)組態(tài)：本項(xiàng)目采用的I /O卡件有32點(diǎn)的，還有64點(diǎn)的（主要用于聯(lián)鎖硬旁路的輸入）。對(duì)SIS系統(tǒng)中需要的所有I/O點(diǎn)進(jìn)行地址分配，使每個(gè)過(guò)程點(diǎn)必須對(duì)應(yīng)到具體哪個(gè)卡籠的哪塊卡的哪個(gè)通道。給每個(gè)過(guò)程點(diǎn)定義硬地址后，系統(tǒng)自動(dòng)給每個(gè)過(guò)程點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)軟地址。這個(gè)軟地址在項(xiàng)目下載時(shí)送到控制站，INTOUCH通過(guò)DDE通訊協(xié)議與控制站通訊，可以直接使用該地址。給每個(gè)I/O點(diǎn)定義一個(gè)唯一的位號(hào)（TAG NAME），在邏輯程序中引用這些位號(hào)作為全局變量使用。

    2 .3 邏輯編程設(shè)計(jì)及SOE 的實(shí)現(xiàn)

    TRICON系統(tǒng)提供功能方框圖（FBD）、梯形圖（LD）以及結(jié)構(gòu)文本語(yǔ)言（ST）等3種編程語(yǔ)言。本裝置3套聯(lián)鎖系統(tǒng)均采用功能塊語(yǔ)言（FBD）編寫。這種語(yǔ)言用線連接功能塊形成回路，功能塊之間通過(guò)連接線傳遞二進(jìn)制和其他類型的數(shù)據(jù),這種圖形化的編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是直接明了,通俗易懂。邏輯編程是SIS系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，關(guān)系到系統(tǒng)的邏輯程序是否能完全滿足工藝的控制要求，全部邏輯程序在投用前都需經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試確認(rèn)。

    目前應(yīng)用的SIS系統(tǒng)都具備SOE功能，并且需要在邏輯中編寫程序來(lái)啟動(dòng)SOE。當(dāng)然僅僅啟動(dòng)SOE程序還不能實(shí)現(xiàn)SOE功能，還要在系統(tǒng)中定義SIS系統(tǒng)中的變量哪些需要進(jìn)入SOE。TRICON系統(tǒng)的SOE定義在Tristation 

    1131中進(jìn)行。需要指出的是，在TRICON系統(tǒng)中輸出變量（如cXV1108A）不能直接被SOE定義，所以系統(tǒng)涉及的輸出點(diǎn)在SOE中記錄都是采用記錄中間變量（如mXV1108A_SOE）的方式進(jìn)行的。

    2 .4 主體程序設(shè)計(jì)

    主體程序的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)邏輯控制的核心部分。主體程序分多個(gè)部分。每一部分都是乙烯裝置相對(duì)獨(dú)立或功能相對(duì)獨(dú)立的部分，根據(jù)生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備的特別要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

    由于篇幅原因，在此只舉裂解爐A爐SD1緊急停車的程序控制為例進(jìn)行說(shuō)明，其余類似。

    根據(jù)工藝和設(shè)備的要求，裂解爐SD1緊急停車的程序控制條件：①汽包液位低低報(bào)（LSLL1111A）；

    ②石腦油進(jìn)料流量低低報(bào)（FSLL1121A、FSLL1123A）；

    ③裂解爐拱頂溫度高高報(bào)（TSHH1171A）；

    ④裂解爐溫度高高報(bào)（TSHH1101A）；

    ⑤SD1手動(dòng)停車按鈕(HS1101A)；

    ⑥裂解爐SD2緊急停車動(dòng)作(SD2 ACTIVE)； 

    上述條件任何一個(gè)存在，裂解爐A爐的SD1緊急停車動(dòng)作，以保護(hù)裂解爐的安全；上述條件都不存在，XV1100A、XV1102A、XV1108A截止閥打開，則裂解爐B1110A具備投爐條件。另外，為了便于日常維護(hù)，每個(gè)聯(lián)鎖條件都增加了一個(gè)旁路開關(guān)，兩者為或的關(guān)系。根據(jù)上述條件，設(shè)計(jì)邏輯程序如圖4所示。

    2.5 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

    人機(jī)界面組態(tài)設(shè)計(jì)采用目前非常流行的Intouch軟件。Intouch 

    軟件是Wonderware公司基于Windows環(huán)境下工作的工程設(shè)計(jì)軟件。該軟件編制容易、靈活、功能強(qiáng)。Intouch包括兩個(gè)環(huán)境：WindowsMaker和Windowsviewer。WindowsMaker是編程環(huán)境，Windowsviewer是運(yùn)行應(yīng)用程序環(huán)境，即操作員界面。

    在本系統(tǒng)中，HMI畫面采用WindowMaker開發(fā)，用WindowViewer顯示和監(jiān)控，包括報(bào)警總貌畫面、聯(lián)鎖總貌畫面、邏輯圖畫面、軟旁路畫面以及用戶管理窗口等。通過(guò)報(bào)警總貌畫面，可以了解裝置的聯(lián)鎖報(bào)警情況；通過(guò)聯(lián)鎖總貌畫面，可以看到整個(gè)工段的聯(lián)鎖邏輯號(hào)；通過(guò)邏輯圖畫面，可以了解整個(gè)工段的聯(lián)鎖運(yùn)行情況；通過(guò)軟旁路畫面，可以進(jìn)行聯(lián)鎖軟旁路選擇操作。通過(guò)用戶管理窗口，可以進(jìn)行配置用戶、更改密碼、用戶登錄、退出系統(tǒng)和退出登錄等操作。如圖6是裂解爐A爐SD1緊急停車系統(tǒng)主體部分的人機(jī)界面設(shè)計(jì)畫面。

    3 系統(tǒng)調(diào)試

    系統(tǒng)調(diào)試是SIS系統(tǒng)組態(tài)最后的關(guān)鍵階段。在調(diào)試過(guò)程中檢驗(yàn)邏輯程序、SOE、報(bào)警提示、操作方便性等，是對(duì)系統(tǒng)的綜合測(cè)試。測(cè)試總體分兩個(gè)階段：先離線模擬測(cè)試，再在線測(cè)試。

    離線模擬測(cè)試是邏輯程序運(yùn)行在Tristation1131模擬情況下通過(guò)給強(qiáng)制信號(hào)的方式來(lái)檢驗(yàn)邏輯是否正確、人機(jī)界面動(dòng)態(tài)連接是否正確、SOE功能及報(bào)警功能是否完善等。

    在線測(cè)試除了要完成離線測(cè)試的各項(xiàng)工作外，重點(diǎn)是檢查邏輯程序的輸入和輸出能否滿足現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的需要。尤其是到電氣去的無(wú)源觸點(diǎn)是常開還是常閉觸點(diǎn)信號(hào)，電氣來(lái)的信號(hào)是常開還是常閉觸點(diǎn)信號(hào)，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)不盡相同。該項(xiàng)目中現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)來(lái)的信號(hào)以及輸出到現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)全部采用故障安全型進(jìn)行接線。

    4 實(shí)際應(yīng)用與效果

    乙烯裝置三套TRICON系統(tǒng)在2007年2月正式投入運(yùn)行至今，未發(fā)生過(guò)因系統(tǒng)故障引起的裝置停車，系統(tǒng)完全滿足控制要求，全面克服了舊系統(tǒng)中存在的各種缺點(diǎn)。但在一年多的使用中，我們也發(fā)現(xiàn)了該系統(tǒng)本身及設(shè)計(jì)中尚存在的一些問(wèn)題。

    ①、由于乙烯裝置的三套TRICON系統(tǒng)共用一個(gè)工程師站，而工程師站的通訊電纜的接口只有兩個(gè)，分別要接A1、A2、A3三套SIS系統(tǒng)，所以每次在工程師站進(jìn)行操作時(shí)，首先要根據(jù)進(jìn)行操作的點(diǎn)所在的區(qū)（或系統(tǒng)），選定網(wǎng)絡(luò)連接電纜（主要是切換A1區(qū)和A3區(qū)的電纜，IP地址同為192.168.1.1；A2區(qū)一直保持為插入狀態(tài)，IP地址為192.168.2.1）。

    ②、系統(tǒng)運(yùn)行至今有幾次A2、A3區(qū)SIS操作站通訊故障，故障狀態(tài)下上位的數(shù)據(jù)能夠?qū)懴氯ィ挛坏臄?shù)據(jù)卻讀不上來(lái)。A3區(qū)的SIS操作站經(jīng)過(guò)系統(tǒng)重裝后解決了該問(wèn)題，但A2區(qū)的SIS操作站系統(tǒng)重裝多次都無(wú)法解決。至今不能確定通訊故障的原因是因?yàn)檐浖收线€是硬件故障。

    ③、由于SIS系統(tǒng)是緊急時(shí)候使用，在平時(shí)操作人員不可能一直在ESD操作站前監(jiān)視各操作界面，所以操作界面的設(shè)計(jì)要做到方便、快捷、直接。當(dāng)裝置發(fā)生聯(lián)鎖時(shí)，讓操作人員能在最短的時(shí)間里判斷出是哪里出了問(wèn)題、出現(xiàn)問(wèn)題的原因是什么、應(yīng)該如何處理等。在現(xiàn)有的報(bào)警總貌提示功能的基礎(chǔ)上，應(yīng)考慮增加當(dāng)有報(bào)警或聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)自動(dòng)跳出相關(guān)畫面的設(shè)計(jì)，由于當(dāng)SIS系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，操作人員不可能去翻各個(gè)畫面檢查到底是哪里來(lái)了報(bào)警，當(dāng)然到報(bào)警畫面里查看報(bào)警記錄也可以查出，而且由于設(shè)計(jì)中有DCS與SIS通訊功能，當(dāng)報(bào)警或聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)，在DCS系統(tǒng)中相應(yīng)的單元報(bào)警畫面中也有顯示，但畢竟不是很方便，所以如果在INTOUCH中通過(guò)在程序腳本中編寫一段程序來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)功能,當(dāng)系統(tǒng)過(guò)程點(diǎn)報(bào)警或者聯(lián)鎖時(shí)自動(dòng)跳出相關(guān)畫面，讓操作人員在最短時(shí)間內(nèi)判斷出裝置的哪里出現(xiàn)了報(bào)警。

    總的來(lái)說(shuō)，乙烯裝置這三套TRICON系統(tǒng)雖然尚有有待進(jìn)一步完善的地方，但從系統(tǒng)的可靠性、安全性、可維護(hù)性以及操作的方便快捷等方面都基本上令人滿意。目前加乙烯裝置是廣州石化的重要效益點(diǎn)，也是高溫高壓、易燃易爆裝置之一，通過(guò)此次投用SIS系統(tǒng)，在確保裝置安全生產(chǎn)方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

    5 結(jié)束語(yǔ)

    在石油化工企業(yè)的大量應(yīng)用表明，SIS系統(tǒng)的投用使裝置安全生產(chǎn)的可靠性和安全性得到極大的提高，同時(shí)在避免工業(yè)災(zāi)難、減少工業(yè)事故損失方面起到了積極和重要的作用，為工業(yè)過(guò)程中要求最大安全與連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵控制提供了一種最佳選擇。我們應(yīng)在SIS系統(tǒng)的應(yīng)用方面繼續(xù)深入地探索并在實(shí)踐中不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以提高SIS系統(tǒng)的應(yīng)用水平。

    參考文獻(xiàn)

    1 TRICONEX公司，TRICON設(shè)計(jì)與安裝手冊(cè)；

    2 Wonderware，Wonderware InTouch 9.5使用手冊(cè)；