HIMA安全控制系统在4万吨年硫磺回收装置中的应用.doc

HIMA安全控制系统在4万吨年硫磺回收装置中的应用 关键词:SIS 四重化结构 安庆石化4万吨年硫磺回收装置由洛阳设计院和安庆实华设计院共同设计,将富液再生(催化裂解、电精制、三硫磺)、污水汽提以及化肥产生的酸性气混合后作为原料生产硫磺，设计能力年产万吨硫磺。装置安全控制系统采用德国HIMA公司生产的安全可编程逻辑控制器H51q系统；具有完善的故障检测功能、更高的安全性、可靠性和可用性。 一、HIMA安全控制系统、系统特点HIMA的H141/51q-HRS系统为CPU四重化结构（QMR），即系统的中央控制单元共有四个微处理器，每二个微处理器集成在一块CU模件上，再由2块同样的CU模件构成冗余的中央控制单元。HIMA的1oo2D结构产品就已获得AK6/SIL3的安全认证。采用双1oo2D结构，即2oo4D结构的目的是为用户提供最大的实用性（可利用性），其容错功能使得系统中任何一个部件发生故障，均不影响系统的正常运行。与传统的三重化结构相比，它的容错功能更加完善。自97年进入市场以来，受到国际上众多用户的追捧。目前，四重化结构的SIS已经成为各专业制造厂商研制开发新系统的主流趋势。H51q系统为模块化的结构，中央机架部分包括中央单元、通讯模块和电源模件组成。每个H51q系统能够扩展到16个I/O子机架，每个I/O子机架又容纳16个I/O模块。HIMA系统的全部模件均按照相关国际标准制造，所有的模件都经过包括高、低温老化实验的各种机械性能测试。所有SIS卡件满足G3 (ANSI/ISA-S71.04-1985标准)的工作环境要求，可以抗硫化氢，硫化物，氯气，氮氧化合物的恶劣环境下的腐蚀，因此完全满足本次净化厂的强腐蚀环境要求。HIMA SIS系统控制站及IO卡件的抗干扰能力都经过EMC IEC/EN61131-2,IEC/EN 61000-6-2及IEC/EN 61000-6-4的环境标准测试系统SOE事故记录分辨率为1ms级。系统的SOE功能可对系统本身的故障或导致联锁停车的各种事件进行记录。、系统的安全性和可用性 HIMA 的SIS系统，既可达到AK6的安全等级要求（DIN V19250），又能满足非常高的可用性的需要。根据安全性和可用性的需要，HIMA 的SIS不仅在中央设备而且在I/O级上，均可提供单的或冗余的设备配置。冗余配置增加了系统可用性，当其中一个模件发生故障时将被自动切除，它所对应的另一个冗余模件将保持工作，对工艺过程无任何扰动。、系统的诊断功能HIMA的自诊断技术可在一个扫描期内对系统的全部硬件和软件运行进行诊断，诊断率DC达99.99%。CPU和I/O卡件的故障信息均可以4位字符显示显示在CU的信息窗以及系统的工作站上。故障模件的位置可被显示出来，例如，机柜号、I/O卡件的机架号、I/O槽路号等。事实是每一块故障卡都被诊断出来，以便维护人员得知故障所在，并替换相应的I/O卡件。所有模件均可带电热插拨，而不干扰PES系统的运行。下述重要的功能，在HIMA的自动化系统中采用：l 增强的自检功能l 运行中I/O模件测试功能l 冗余中央模件的数据传输和数据比较功能在故障的情况下，系统的输出可通过一个独立的高优先级别的检测看门狗（watchdog）的硬电路系统，发出停机命令而使生产装置安全停车。、一体化安全停车功能在HIMA安全系统中，一体化安全停车被分为三个级別：l 整体安全停车：即CPU连续出现两次故障，QMR系统的两级容错功能已不能满足系统的正常运行，操作系统会通过DO通道独立的第三方元件使系统达到一个安全释放的状态。这三个半导体元器件被集成在可自测试的输出模件中，它意味着安全停车所需要的第二个独立的部件已被集成到输出模件中，如果输出模件在运行中自检到发生故障，它将被整体安全停车功能自动切除。l 部分功能切除：即一对CPU、一条BUS总线、一块I/O卡或一条WD信号出现故障，系统仅仅切除有故障的部分，其余部分不会受影响；l 安全组切除：即类似于控制系统中的“控制域”的概念，不相关装置的信号被分在不同的安全组中，一个安全组的硬件故障仅仅造成相关安全组被切除，不会使问题扩大化。、 系统软件ELOP II可使用个人计算机对HIMA系统进行组态、监视、操作和文档管理、用户程序输入，且把它编译成机器码，这些工作可以在个人计算机上完成，而不需要连结SIS系统。ELOP II软件包是符合IEC61131-3标准的工业化软件包，提供标准功能块语言进行编程，可执行逻辑运算、PID、顺序控制等各种控制程序。ELOP II-WINDOWS XP软件包的反向编译功能允许在线修改，下装程序而勿须进行下装后的100%的逐点测试（此功能经TV认证）。完全可以满足炼油、石化、天然气等行业的，各类危险型装置和各种设备的安全控制要求。为了装载、测试和监视SIS，个人计算机可通过串行接口或以太网与SIS系统连接在一起。二、安全控制系统在安庆石化4万吨年硫磺回收装置上的应用安庆石化4万吨年硫磺回收装置安全保护系统（SIS）由尾气焚烧炉F2502自保联锁、尾气加热炉F2503自保联锁、减温减压器自保联锁、尾气加热炉点火程序、酸性气气燃烧炉F2501自保联锁、SIS系统状态监视、阀门状态、C2501A/B鼓风机联锁和C2502/C2503/泵P2506联锁，8个方面内容。、HIMA系统在本项目的应用配置HIMA系统采用了双系列并列运行的冗余方式。在其运行状态下，随时可以拔取并且更换故障的卡件（包括CU、电源、通讯、I/O卡等）。由于没有通常系统中更换卡件时的切换以及数据导入过程，因此也就避免了切换过程可能带来的扰动，是真正意义上的“热插拔”系统。11工程师站兼SOE站根据规格书的要求共设置1台工程师站兼SOE站。 工程师站的组态软件为ELOP-II。这是一个经过TUV认证，满足SIL3应用要求的HIMA工业化软件包。它基于WINDOWS XP操作平台，符合IEC61131-3标准，并且有着极其友好的组态界面。在工程师站上可以进行SIS系统的在线监测和离线仿真， 监视整个过程变量的数值和变化情况。也可以通过逻辑图画面，形象地观测到逻辑处理的动态过程。SIS的组态、维护也都通过ELOP II完成。SOE的组态软件为Wizcon-logline，用于在线记录系统的各类报警及动作事件，并进行存储，可供查询、追溯、打印，分辨率为1毫秒，可以记录的数据量大于65,000条。 12 操作站在中央控制室内配备1台DELL操作站，通过冗余通讯方式接在中央控制室的以太网交换机上，与HIMA系统进行数据通讯，同时每台操作站与1台打印机相连，供操作人员打印数据和报警用。操作站的HMI软件为WIZCON，2000点运行版。WIZCON是一个先进的SCADA应用开发工具。运用它可以建立各种工业领域的高级应用。WIZCON有十分便捷的图形用户接口，出众的人机界面，具备流程显示、操作台模拟操作、实时报警管理等功能。1.。3 打印机本项目共配置1台独立打印机 1.4 与DCS通讯HIMA SIS系统采用冗余的RS-232串行网络与DCS系统进行Modbus RTU通讯。 在H51q系统的控制器上备有两对冗余的RS-485接口，我们通过MOXA的有源的RS485转RS232的接口转换器，实现与DCS的通讯。本项目共配备2对RS232接口转换器.通讯速率 ：9600-57600 bps通讯协议：MODBUS RTU。1.5 系统网络的构成整个系统的网络由冗余的工业以太网连接构成。 HIMA是全球首家将以太网技术引入安全系统的厂家。与传统的RS-485串行通讯相比，HIMA系统的以太网有着下列明显的优势： 通讯速率快。传统的RS-485串行通讯速率限于每秒几十KB，而我们的以太网通讯速率为每秒100MB，其速度较之快了数千倍! SIS系统间通讯采用了经TV认证的HIPRO-S协议，构成了满足SIL3等级的安全以太网。而经TV认证的安全通讯网络是安全系统间传输信号的必备条件。 以太网技术成熟、可靠，而且扩展灵活。用户可以随时添加新的网络设备，并把它加入到原来的网络之中。 通过Modbus-TCP协议 或OPC技术，HIMA系统可以方便地与第三方设备相互通讯，传输数据。 在我们的系统网络中采用了工业以太网交换机设备（Hirschmann），它可以承受工业环境中的高温、潮湿、振动以及电磁干扰等恶劣环境条件。加之采用了全冗余的网络设备和光缆，系统的可靠性相当高。 安全相关与非安全相关的信息传输可以共享同一物理网络。这一技术的开发使得工程师站、SOE站的数据传输也都达到了100MB 的高速通讯，大大提高了系统通讯的整体性能。HIMA保证在本项目中所采用的安全以太网稳定可靠，并达到TUV认证的SIL3安全等级。安庆石化硫磺回收项目SIS系统配置图现场机柜间工程师站/SOE站操作站A3黑白激光打印机 Modbus-RTU 通讯 去 DCS辅助操作台 冗余网络交换机冗余网络交换机 RS485控制室系统机柜过渡端子柜安全栅柜继电器柜2、硫磺装置SIS部分逻辑控制图结束语HIMA的安全控制系统系统是根据相应安全标准研制开发的专门用于安全保护系统的控制设备，具有完善的测试手段，当检测到系统故障尤其是危险故障时能使系统回到安全状态，从而最大限度地