HIMA介绍与控制方案

上海黑马安全自动化系统有限公司HIMA（Shanghai）SafetySystemCo.,Ltd.

HIMA公司德国总部HIMA的里程碑1908由JohannesHildebrandt创建，HIMA代表HidebrandtMannheim1970全球第一套经TÜV认证的故障安全型固态逻辑控制系统PlanarP1986

世界上第一套经TÜV认证的故障安全型可编程电子控制系统H501991

世界上第一个经TÜV认证的具备反向编译功能的ESD编程软件1997

世界上第一套以四重化冗余容错技术为核心的ESD系统H41q/51q，并通过TÜVAK6/SIL3的测试和认证1997

世界上第一个经TÜV认证的安全相关的通讯网络--安全以太网2002世界上最快的经TÜV认证的安全自动化系统HIMatrix进入市场2002

作为世界上第一套安全相关系统的制造商被TÜV授予“功能安全管理”的IEC61508的安全认证

概况我们有明确的目标：37年以来，HIMA一直从事安全相关的自动化任务的解决方案的研发；全世界18，000套系统的应用经验为用户解决方案的提供奠定了基础

；HIMA的解决方案影响了几代的安全控制系统技术；我们的目标就是能够在安全相关的过程自动化领域中保持领先，并致力于在工厂自动化领域中形成新的标准。应用领域炼油、化工、石油化工、海上油气开采以及钢铁、电力行业的：紧急停车系统(ESD)；火气保护系统(F&G)；高压保护系统(HIPPS)；燃烧炉控制系统(BMS)；油/气长输管线监测(SCADA)；

具有北京、沈阳、深圳三个办事处和上海黑马安全自动化系统有限公司四处机构，近百名员工。其中70%以上的工程师都具有五年以上的石化、化工等行业的现场工作经验；负责HIMA公司在中国大陆的产品销售，工程设计，技术培训，系统集成，维修服务以及备品备件等全套业务；拥有6000平方米的办公区和厂房，可以同时进行200台以上机柜的系统集成工作；自2002年成立来，已经成功地完成了上海赛科90万吨/年乙烯联合装置ESD等百余个工程项目。

HIMACHINA

HIMAINCHINA

项目名称最终用户系统规模投运时间乙烯联合装置ESD和FGS系统上海赛科石油化工有限公司37套，13,000点2004年12月异氰酸酯联合装置ESD系统巴斯夫（中国）聚氨酯有限公司9套，1,600点2005年6月拜耳漕泾一体化基地ESD系统拜耳（上海）聚合物有限公司14套，1,300点2005年6月聚乙烯装置ESD系统中石化扬子石化公司3套，1,000点2002年9月高压聚乙烯装置ESD系统中石油大庆石化公司2套，900点2004年6月PTA装置ESD系统浙江三鑫石化公司1套，750点2004年9月聚丙烯装置ESD系统中石化燕山石化公司1套，900点2005年2月海上采油平台ESD和FGS系统中海油春晓油气田3套，2,100点2005年8月乙烯联合装置ESD中石油兰州石化公司7套，3,600点2006年10月乙烯装置ESD中石化茂名石化公司9套，3,000点2006年9月上海HIMA近年来在国内的主要业绩IEC61508安全控制理念功能安全的标准IEC61508,IEC61511,ISAS84.01,GB/T21438…IEC61511和IEC61508标准过程工业的安全仪表系统规范安全仪表系统的设计院、集成商、用户IEC61511设备的生产厂或供应商IEC61508如何选择使用IEC61511与IEC61508？安全仪表系统(SIS)IEC61511definition“instrumentedsystemusedtoimplementoneormoresafetyinstrumentedfunctions.AnSISiscomposedofanycombinationofsensor(s),logicsolver(s)andfinalelement(s)”

IEC61511定义“SIS指用于实现一个或多个安全仪表功能的仪表系统。SIS的组成包括：传感器，逻辑运算器（PES）及最终的执行元件”基本定义功能安全WhenisaSISfunctionallysafe?ASISisfunctionallysafeifrandom,commoncauseandsystematicfailuresoftheSISitselfdonotleadtothemalfunctionofthesafetyfunctionscarriedoutwiththatSISanddonotInjureorkillpeopleCausespillstotheenvironmentDestroyequipment什么样的SIS系统才可称之为功能安全的

？当SIS内部出现随机的、公共的故障，或者系统自身出现故障时，该系统不会出现安全功能的丧失或误动作，也不会引发：

人员伤亡；物料泄漏以致污染环境；

损坏设备；这样的“故障安全”系统才可称之为功能安全的Functionalsafety故障类型安全的故障（Safefailures）

安全可测的故障（SafeDetected）安全不可测的故障（SafeUndetected）危险的故障（Dangerousfailures）危险可测的故障（DangerousDetected）危险不可测的故障（DangerousUndetected）

SIS的生命周期初步工艺过程设计

进行过程危险分析和风险评估用非SIS层次预防确认的危险或减少风险开始

定义SIL等级制定安全需要的规范进行SIS

初步设计并确认符合要求进行SIS的详细设计SIS安装/调试/预投运/测试建立操作和维护步骤预投运安全回顾需要SIS？NOYESSIS投运/运行/维护/定期测试SIS改造或放弃？SIS放弃改造放弃

HIMA公司IEC61508的安全控制理念HIMA安全控制系统典型安全控制方案SIS生命周期中的故障分配#根据IEC对34起故障原因的调查44.1%制定安全需要的规范14.7%初步和详细设计5.9%安装和调试14.7%运行和维护20.6%开车后的修改SafetyIntegrityLevels(SIL)故障分配35% 传感器15% 逻辑器件50% 最终执行元件SAFETYINTEGRITYLEVELLowdemandmodeofoperationaverage(ProbabilityofFailuretoperformitsdesignfunctiononDemand)Highdemandorcontinuousmodeofoperation(ProbabilityofdangerousFailureperHour)4≥10-4to<10-6≥10-9to<10-83≥10-3to<10-4≥10-8to<10-72≥10-2to<10-3≥10-7to<10-61≥10-1to<10-2≥10-6to<10-5IEC/EN61508

DINV19250风险分析图表事故的损害度轻微的伤害避免危险的可能性人员出现在现场的时间未采用SIS的条件下发生事故的概率非常低相对高低死亡1人偶尔频繁地周期性地损害环境长期地损害环境灾难性事件发生偶尔频繁地可能不可能可能不可能安全等级RC(AK)（DINV19250）安全等级

SIL

(IEC61508)对环境无影响死亡几人风险

TÜV

TÜV标志

TÜV证书

+TÜV报告=TÜV“Ifyouthinksafetyisexpensive,tryhavinganaccident”HIMA安全控制系统一个好的ESD系统所应具备的特点

安全性(Safety)TUV认证的SIL等级

可用性(Availability)

通过硬件的冗余来提高

自诊断（Self-diagnosis)高覆盖率的系统自诊断

低密度(Low-Density)I/O卡件使卡件故障的风险充分地分散PES：H41q/H51q在安全控制领域中居于引导地位

在安全控制领域中居于引导地位世界上第一套具有2004D结构的系统世界上第一套取得SIL3认证的2004/QMR系统世界上第一套用于单通道配置的安全等级为SIL3/AK6的系统在满足最高安全性的基础上，通过对可靠性的灵活配置实现根据成本的需要优化解决方案PES：H41q/H51q在中央单元（CU）上设置了双CPU一个中央单元即可满足安全等级

AK6/SIL3CU之间的通讯由高速双口RAM(DPR)来完成2oo4/QMR结构(QuadrupleModularRedundant)最大的实用性和冗余容错能力MS-系统:AK6\SIL3&较高的可用性PES：H41q/H51q

HS-系统:AK6/SIL3&高可用性PES：H41q/H51q

HRS-系统:AK6/SIL3&最高的可用性PES：H41q/H51qH41q/H51q技术紧凑型H41q系统：最多208个I/O点

模块化H51q系统：可带16个I/O机架；每个机架装16个I/O模块;

最多4096个I/O点H41q和H51q使用相同的I/O模块和通讯模块

H41q/H51q优点冗余配置的可选性使得系统设计具有极大的灵活性，以满足不同需求。物理上完全分离的冗余结构，消除了公共部分故障可能带来的致命风险。并列运行的冗余方式避免了卡件切换时可能引起的扰动，实现了真正意义的“热插拔”。低密度的I/O模件使得卡件故障的风险进一步分散。直观的编程和多种集成和通讯方式选择。1997年开始在全球使用，并且在技术上不断创新。至今“四重化”的结构模式几乎被所有新开发的ESD系统所沿用。输入模件–故障的测试/反应监测测试值functiontest

crosstalk

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1,Z2 1,Z2EN12##functiontest

crosstalk数字量输入带线路监测的数字量输入模拟量输入信号测试信号测试模拟量测试输出模件–故障的测试/反应控制反馈控制反馈监测数字输出带线路监测的数字输出ELOPII基于PC机的系统软件HIMAPaulHildebrandtGmbH+CoKG提供工程、设计、逻辑和离线(off-line)测试所必须的完备的功能；ELOPII工程软件包满足HIMAPES硬件工程设计和编程的所有要求；操作软件包集成了HIMAPES安全操作和平稳维护的所有功能；ELOPII软件包是符合IEC61131-3标准的工业化软件包。完整的功能逻辑的输入由拖/放(Drag&Drop)功能实现无须连接PES，对控制逻辑进行离线(off-line)仿真自动连线编程语言:FBD,SFC变量的导入/导出功能(CSV)位号名可达256个字符(KKS标准)用户访问级别限制直接在ELOPII中进行挡案管理工程组态变量列表

FBD-编辑器

FBD图页图拖&放双击,打开FBD编辑器控制盘

Offline测试图

Offline测试区Drag&Drop机柜子机架主机架卡件列表当对系统的应用程序进行修改时，可以在线下装。根据IEC61508的要求，当应用程序被修改并且编译下装之后，为确保重新编译后的应用软件的可靠性，必须对整个系统进行100%的回路测试。利用ELOPII的反向编译功能，可以确保编译过程100%的正确。因此，经过TUV认证，H51q/H41q系列的应用软件经过修改后，不需要对全部逻辑功能重新测试，仅仅测试修改部分即可。此功能对于加快大型生产装置的试车进度具有重要意义。反向编译功能－为了更大的效率系统集成（1）系统集成EthernetSwitchH51qH41qH41q冗余safeethernet系统间安全以太网通讯HIMA的安全以太网解决了安全控制系统用以太网连接的问题，具有：安全性可靠性确保性HIMA提供经TÜV认证的安全以太网，等级为AK6/SIL3；HIMA提供了一个完全可靠的理念–冗余以太网；HIMA确保时间响应–确定性以太网；能够在混合模式下工作

(安全的/非安全的)；能够识别并处理误传。HIMA是世界上第一家把这种安全技术商业化的公司，这使得安全控制系统的分布式控制成为事实.培训教室工程部FAT通讯协议DCS开放的通讯!CommunicationbyHIMA.

HIMA拥有Modbus，Profibus，OPC等不同通讯方式，使HIMA系统成为完全开放式的自动化系统，实现了与Emerson,Yokogawa,Foxboro,Honeywell,ABB,Siemens,和利时等DCS系统之间的成功连接（我们在国内与上述系统均有成功通讯的经验）。系统的开放性MODBUS.概述全球认可的基于主从模式的开放的通讯标准MODBUS协议包括：MODBUSRTU

MODBUSTCPMODBUSRTU.特性HIMA系统(H41q/H51q,HIMatrix)可以在主从两种模式下工作能够将H41q/H51q的时间标记传出数据传输数率可达57,600Bit/s可以采用冗余的配置RS485接口MODBUSTCP.特性H41q/51q可以slave模式下工作借由以太网传输被验证的MODBUS协议数据传输速率为100Mbit/s可以通过任何以太网的标准传输媒介传输数据概述，特性及功能HIMA系统借助HIMAOPCserver与SCADA系统可以进行双向的数据交换HIMA的时间标记传输服务器是基于Microsoft®

技术建立的，并需要WindowsNT,2000orXP操作系统的支持OPC.OPC.概述，特性及功能OPC基金会标准由OPC基金会提供兼容的测试工具HIMA支持OPCDataAccessandOPCAlarm&Event规范OPC是基于Microsoft®COM/DCOM技术开发的自动化领域中的协议OPC数据访问HIMAOPC服务器功能数据传输数率为100Mbit/s;与safeethernet并列运行支持冗余配置双向的工程单位转换功能连接状态传输给客户端与OPCDataAccess2.05兼容支持服务器和位号浏览OPCAlarm&Event.HIMAOPCA&E服务器功能从HIMA系统接收带有时间标记的信号在服务器上进行报警资源的统一分配：报警信号的命名与优先权的设置HIMA系统与Alarm&Event服务器之间以PC时间为基准完成时间同步ProfibusDP.概述基于主从模式开放的现场总线系统由ProfibusUserOrganisation(PNO)统一颁布的标准与认证HIMA系统与其他ProfibusDP的客户端连接方式是相同的ProfibusDP.特点HIQuad系统（F8628,F8628X）为客户端HIMatrix系统具有服务器与客户的功能数据的传送速率最大为12Mbit/s

(用DIL开关设定)在主端安装GSD文件用于参数的分配HIQuad系统可以冗余配置典型安全控制方案

37套ESD系统,

I/O点数超过13,000点；安全以太网将整个联合装置的ESD系统连成网络，实现了装置间的数据共享；Modbus，OPC通讯使得ESD与DCS系统间实现数据无障碍交换；国际标准化项目管理；整个联合装置的火气(F&G)监测系统同样采用了HIMA的H51q系统；SECCO项目ToCCRAMSStationToCCROPCA&EStationToCCRELOPStationToCCRHARTcomHARTcomH51q-HRS6SetsSISI/O:2800HIPRO-S(safeethernet100BaseTredundant)DeltaVStationDeltaVStationOUTSTATIONOPCA/EBUS(RS485single)AMSBUS(RS485single)ELOPIIBUS(RS485single)DCS-BUS(RS485MODBUSREDUNDANT)HIPRO-S(safeethernet100BaseTredundant)LegendH51q-HRSAN1SetsSISI/O:300H51q-HRSPS4SetsSISI/O:1100H51q-HRSET6SetsSISI/O:2800H51q-HRSOSBL6SetsSISI/O:2000H51q-HRSSAR1SetsSISI/O:300H51q-HRSMMA1SetsSISI/O:300H51q-HRSAR8SetsSISI/O:40H51q-HRSEBSM1SetsSISI/O:300H51q-HRSPP1SetsSISI/O:500H51q-HRSPE8SetsSISI/O:2000HARTcommHARTcommEthernetSwitchEthernetSwitch

Switch

Switch

Switch

SwitchAMS10AMS1ESDPBCONSOLE/LAMPCentralRoomELOPIIEWSPC1ELOPIIEWSPC2OPCA&ESEVER10Multi-dropELOPBusOPCA&ESEVER1OutStationH51q-HRSCCR1-9SetsSISI/O:LegendOPCA/EBUS(RS485single)AMSBUS(RS485single)ELOPIIBUS(RS485single)HIPRO-S(safeethernet100BaseTredundant)Project---SISConfigurationxx项目---SIS系统配置图FRR-01Designedby:SJDate:27.08.2007Rev04HARTPortforAMSGasification煤气化Unit1100/2000/2500COShift+Rectiscl+SRU合成气净化单元Unit3500+4000+4500/3900Methanol甲醇合成Unit5000MTP甲醇合成丙烯Unit6000PP聚丙烯合成Unit7000ASU/AC空分Unit1200/9600CW+WasterWater+