安全儀表系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱SIS系統(tǒng))是專門用于過程自動(dòng)化行業(yè)，用于保障安全生產(chǎn)的一套系統(tǒng)。主要為工廠控制系統(tǒng)中報(bào)警和聯(lián)鎖部分，對(duì)控制系統(tǒng)中檢測(cè)的結(jié)果實(shí)施報(bào)警動(dòng)作或調(diào)節(jié)或停機(jī)控制，是工廠企業(yè)自動(dòng)控制中的重要組成部分。其安全等級(jí)高于DCS的自動(dòng)化系統(tǒng)，當(dāng)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，SIS會(huì)進(jìn)行干預(yù)，降低事故發(fā)生的可能性。
在機(jī)械行業(yè)中，安全相關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需遵循ISO 13849系列標(biāo)準(zhǔn)。而在過程自動(dòng)化領(lǐng)域，SIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需遵循IEC 61508或者IEC 61511系列標(biāo)準(zhǔn)。SIS的安全等級(jí)通過安全完整性等級(jí)(SIL)來描述。SIL等級(jí)與系統(tǒng)每小時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)失效的概率(PFHd)的關(guān)系如表1所示：
表 1 SIL與PFHd的對(duì)應(yīng)關(guān)系
其中，SIL 4適用于鐵路等特殊行業(yè)。對(duì)于SIS系統(tǒng)來說，其最高安全等級(jí)通常為SIL 3。SIS系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：
· ? 覆蓋面廣、安全性高、有自診斷功能，能夠檢測(cè)并預(yù)防潛在的危險(xiǎn)。
· ? 容錯(cuò)性的多重冗余系統(tǒng)，SIS一般采用多重冗余結(jié)構(gòu)以提高系統(tǒng)的硬件故障裕度，單一故障不會(huì)導(dǎo)致SIS安全功能喪失。
· ? 應(yīng)用程序容易修改，可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)軟件進(jìn)行修改。
· ? 自診斷覆蓋率大，工人維修時(shí)需要檢查的點(diǎn)數(shù)比較少。
· ? 響應(yīng)速度快，從輸入變化到輸出變化的響應(yīng)時(shí)間一般在10—50ms左右，一些小型SIS的響應(yīng)時(shí)間更短。
· ? 可實(shí)現(xiàn)從傳感器到執(zhí)行元件所組成的整個(gè)回路的安全性設(shè)計(jì)，具有I/O短路、斷線等監(jiān)測(cè)功能。
在SIS系統(tǒng)中，經(jīng)常需要監(jiān)控的信號(hào)包括壓力、溫度、液位、流量等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要為電機(jī)及閥門。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，一般要求各個(gè)安全功能需要達(dá)到SIL 2及以上。
上海神眾電氣有限公司專注于工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，為客戶提供系統(tǒng)集成、產(chǎn)品及方案設(shè)計(jì)、編程調(diào)試及專業(yè)的工程和技術(shù)服務(wù)，涉及食品飲料、精細(xì)化工、汽車、環(huán)保、新能源等眾多行業(yè)。在上海神眾為森田新能源材料(張家港)有限公司提供的SIS系統(tǒng)改造項(xiàng)目中，采用了皮爾磁PSS 4000自動(dòng)化系統(tǒng)以及PASvisu可視化界面。在保障SIS安全要求的同時(shí)，提供了方便、高效的操作環(huán)境。
圖 1 PSS 4000系統(tǒng)概覽
皮爾磁的PSS 4000自動(dòng)化控制系統(tǒng)為互聯(lián)復(fù)雜設(shè)備提供了最為適合的解決方案。整個(gè)系統(tǒng)可以獨(dú)立使用或組成分布式結(jié)構(gòu)。在安全性上可達(dá)到IEC 61511 SIL 3安全等級(jí)，可以很好的實(shí)現(xiàn)SIS系統(tǒng)所需的安全要求。傳感器將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)后，可接入到PSS 4000系統(tǒng)的安全模擬量輸入模塊中。PSS 4000的安全模擬量模塊包括電壓與電流兩種型號(hào)，每個(gè)模塊可達(dá)到最高SIL 2安全要求。若采用兩個(gè)模塊采集雙通道信號(hào)，則可實(shí)現(xiàn)SIL 3安全要求。安全電壓監(jiān)控模塊可接收-10~+10V信號(hào)，步長2.5mV，安全電流監(jiān)控模塊可接收0~25mA信號(hào)，步長6.25μA，因此絕大多數(shù)傳感器都可適用。
除了安全模擬量硬件本身之外，PSS 4000在軟件方面也提供了安全模擬量信號(hào)處理的功能塊FS_AnalogueInputSingle及FS_AnalogueInputDual。通過這兩個(gè)功能塊，用戶可配置實(shí)際所需的監(jiān)控范圍、量程比例、故障響應(yīng)等參數(shù)。在硬件故障情況下，如傳感器斷線、短路等情況發(fā)生時(shí)，除了系統(tǒng)本身產(chǎn)生報(bào)警以外，功能塊使能也會(huì)切斷，并給出相應(yīng)故障診斷位。這兩個(gè)功能塊本身也滿足SIL 2及SIL 3要求。在森田SIS項(xiàng)目中，神眾的工程師采用了安全模擬量電流模塊監(jiān)控多個(gè)罐體的溫度及液位信號(hào)，通過PSS 4000安全PLC及安全數(shù)字量輸出模塊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的閥狀態(tài)進(jìn)行控制，最終達(dá)到了SIL 2安全要求。
圖 2 安全模擬量處理功能塊
此次森田新能源材料有限公司的SIS系統(tǒng)共包含三個(gè)區(qū)，其中第三個(gè)區(qū)與前兩個(gè)區(qū)之間距離將近500米，對(duì)此上海神眾靈活地采用了PSS 4000分布式系統(tǒng)地特性。PSS 4000采用SafetyNET p安全以太網(wǎng)作為分布式通訊媒介，可靈活地實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并通過交換機(jī)上的光纖接口實(shí)現(xiàn)長距離信號(hào)傳輸。根據(jù)需要還可在交換機(jī)上配置環(huán)形冗余，保障數(shù)據(jù)通訊時(shí)的可靠性。
圖 3 森田PSS 4000系統(tǒng)拓?fù)鋱D
為了給現(xiàn)場(chǎng)操作及維護(hù)員提供一個(gè)清晰直觀、易于操作的界面。上海神眾此次還為森田新能源材料有限公司的SIS系統(tǒng)配備了皮爾磁的PASvisu可視化軟件。PASvisu是皮爾磁專門為其控制系統(tǒng)提供的上位機(jī)軟件。在這款上位機(jī)軟件中集成了當(dāng)前最新的網(wǎng)頁技術(shù)，包括HTML 5、CSS3及JavaScript 6等，可視化界面元素相比傳統(tǒng)軟件更加現(xiàn)代化。
圖 4 PASvisu項(xiàng)目編輯界面
PASvisu的最大特點(diǎn)在于，可視化項(xiàng)目可以實(shí)時(shí)與控制項(xiàng)目同步。在設(shè)計(jì)上位機(jī)界面時(shí)，可以將一個(gè)PASvisu項(xiàng)目與一個(gè)PSS 4000項(xiàng)目關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)后所有PSS 4000項(xiàng)目中的變量均可傳遞至PASvisu。在PSS 4000中所建立的安全功能也可在PASvisu中一次性調(diào)用，避免了在傳統(tǒng)上位機(jī)軟件中重新建立變量及通訊點(diǎn)而可能產(chǎn)生的人為錯(cuò)誤。此外，控制器部分的所有故障信息都可通過專門的貼塊直接插入到上位機(jī)界面中，設(shè)計(jì)人員無需重新編寫硬件相關(guān)的故障信息，最終加快了項(xiàng)目設(shè)計(jì)及調(diào)試的時(shí)間。
圖 5 森田SIS系統(tǒng)PASvisu上位機(jī)界面
通過皮爾磁PSS 4000安全控制系統(tǒng)及PASvisu可視化軟件，上海神眾出色地完成了新能源材料有限公司的SIS系統(tǒng)改造，并獲得了客戶的認(rèn)可。隨著我國工業(yè)制造2025進(jìn)程的推進(jìn)，今后越來越多的工廠及企業(yè)將變得更加智能、更加安全、更加現(xiàn)代化。流程行業(yè)的用戶也會(huì)對(duì)SIS系統(tǒng)提出更高的要求。相信皮爾磁的產(chǎn)品及專業(yè)知識(shí)能為流程行業(yè)的用戶帶來完善的安全解決方案，始終保障設(shè)備及工廠的安全。
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