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    工業(yè)化的推進(jìn)在為人類生活提供豐富物質(zhì)的同時(shí)，也逐漸成為威脅人身安全的“殺手锏”，生產(chǎn)事故的頻發(fā)使得安全生產(chǎn)這一話題越來越受到關(guān)注。為確保工廠生產(chǎn)過程的安全，安全儀表系統(tǒng)（SIS）在保障過程工業(yè)安全方面已經(jīng)成為主力軍。

    隨著SIS系統(tǒng)使用場(chǎng)合的擴(kuò)大，工廠控制系統(tǒng)DCS與SIS的集成屢屢被提及。在以前，DCS與SIS往往分別設(shè)計(jì)、分別建設(shè)，主要原因是控制系統(tǒng)的可靠性不足以保證安全系統(tǒng)的可靠性。近年來，DCS技術(shù)不斷發(fā)展，其可靠性也大幅度提高，成本降低，系統(tǒng)的健壯性也達(dá)到與SIS系統(tǒng)相當(dāng)?shù)乃健?duì)DCS在承擔(dān)安全功能任務(wù)的擔(dān)心減少了，這使得DCS與SIS的無縫集成問題成為了設(shè)計(jì)者、生產(chǎn)制造商、終端用戶共同關(guān)注的話題，并且已經(jīng)提到了議事日程上來。

    SIS與DCS采用何種方式集成？

    盡管在IEC 61508中，沒有強(qiáng)烈要求SIS系統(tǒng)必須獨(dú)立設(shè)計(jì)，但它強(qiáng)烈建議DCS與SIS兩種系統(tǒng)分離，它們之間的分離可使用同種分離或異種分離。中國(guó)石化集團(tuán)北京燕山石油化工有限公司高級(jí)工程師王立奉介紹，從目前的情況看，同種分離意味著DCS與SIS系統(tǒng)使用同一制造商的相同技術(shù)，譬如使用同一個(gè)DCS制造商生產(chǎn)的SIS；而異種分離則意味著DCS和SIS使用同一制造商或不同制造商的不同技術(shù)。同種分離有助于降低隨機(jī)失效，在設(shè)計(jì)與維護(hù)上有一些優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@降低了維護(hù)錯(cuò)誤的可能性；異種分離有利于降低系統(tǒng)失效率和減小共因失效。

    這種功能上的分離與物理上的集成并不矛盾，在功能上減小失效的機(jī)率，在物理上應(yīng)用于同一過程，從客戶的角度看，其信息實(shí)現(xiàn)了整合。王立奉介紹說：“非安全功能的失效不會(huì)引起安全功能的危險(xiǎn)失效，即可考慮DCS與SIS系統(tǒng)的集成使用。”

    目前，在石化企業(yè)的生產(chǎn)裝置中，DCS與SIS之間多采用控制器間硬連線通信方式（Modbus通信等）集成，從而將SIS數(shù)據(jù)傳送到DCS系統(tǒng)中。采用此集成方式主要是由于DCS和SIS是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，需要單獨(dú)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和單獨(dú)的物理設(shè)備組態(tài)軟件、算法邏輯組態(tài)軟件、人機(jī)界面組態(tài)軟件，采用不同的維護(hù)方式。連接兩套系統(tǒng)的額外工作又帶來了很多不便，因此無縫集成的問題就被提出了。

    此外，面向過程控制的OLE，即OPC技術(shù)已經(jīng)成為系統(tǒng)和設(shè)備之間通訊的實(shí)質(zhì)性的標(biāo)準(zhǔn)。王立奉舉例說：“EMERSON DeltaV SIS通過OPC將SIS與DCS連接起來。OPC數(shù)據(jù)存取實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)集成，通過OPC Mirror，DeltaV SIS中的數(shù)據(jù)可以方便地配置到已裝在DCS中的OPC服務(wù)器中。集成化還包括OPC報(bào)警和事件，它向特定的工廠事件記錄器提供SIS預(yù)報(bào)和事件信息。

    DCS與SIS集成的解決方案

    DCS與SIS的集成一般分為三種情況，王立奉也向記者詳細(xì)地介紹了這三種情況：

    第一種情況是：DCS與SIS采用不同的硬件結(jié)構(gòu)（控制器）、控制網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)界面，也就是之前說的異種分離。將這樣不同的系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)相互連接，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。兩個(gè)系統(tǒng)使用不同的工程組態(tài)工具，這種方式可稱為不同控制器、不同網(wǎng)絡(luò)的集成；

    第二種情況是：DCS與SIS采用不同的硬件結(jié)構(gòu)，但采用統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)，使用共同的工程組態(tài)工具，工程上一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可加快項(xiàng)目的執(zhí)行速度；

    第三種情況是：DCS與SIS采用共同的硬件結(jié)構(gòu)，同一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)界面，即DCS與SIS在物理上集成，在邏輯上分開的無縫集成。標(biāo)準(zhǔn)DCS程序和安全SIS程序平行執(zhí)行，相互獨(dú)立。

    如何實(shí)現(xiàn)DCS與SIS的無縫集成？

    由于共同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了非常容易的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，DCS與SIS不必設(shè)計(jì)成分離的方案和通信，兩者之間流暢的數(shù)據(jù)交換不需要任何網(wǎng)關(guān)/接口單元；同時(shí)，一套共同的通信網(wǎng)絡(luò)可加快項(xiàng)目的執(zhí)行，既可實(shí)現(xiàn)SIS安全控制器之間的數(shù)據(jù)交換，DCS也可以通過位號(hào)讀取SIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)；另外，共同的操作與監(jiān)控平臺(tái)有利于實(shí)施有效的操作。

    王立奉認(rèn)為這種無縫集成的解決方案為操作人員提供了極大的便利。在緊急情況發(fā)生時(shí)，操作人員可以在第一時(shí)間獲得所需信息，迅速、準(zhǔn)確地作出判斷，并立即采取行動(dòng)；SIS的SOE功能為事故的原因分析提供了有力的手段，控制系統(tǒng)與安全儀表系統(tǒng)在統(tǒng)一的人機(jī)界面下進(jìn)行維護(hù)作業(yè)，有助于防止誤操作。DCS與SIS集成解決方案的比較見表1所示。

    近十年來，DCS與SIS系統(tǒng)集成的成功案例已有很多。王立奉舉例說：“德國(guó)PROFIBUS協(xié)會(huì)在1999年初，在PROFIBUS的基礎(chǔ)上，提出了PROFI safe安全應(yīng)用接口標(biāo)準(zhǔn)，使安全系統(tǒng)與控制系統(tǒng)通信和集成成為可能。目前，已有包括石油化工在內(nèi)的3000多套系統(tǒng)應(yīng)用。”

    同時(shí)，他指出，兩者集成的優(yōu)勢(shì)顯而易見。首先，PROFI safe和PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)功能的系統(tǒng)可以共存、連接和通信；同時(shí)，大幅度降低了電纜成本與設(shè)備成本，設(shè)備的診斷和狀態(tài)監(jiān)視也變得簡(jiǎn)單，大大減輕了維護(hù)人員和設(shè)計(jì)人員的技術(shù)負(fù)擔(dān)；備品備件也大幅減少，由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也通過了SIL認(rèn)證，所以安全系統(tǒng)也可以和現(xiàn)場(chǎng)總線安全儀表產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)總線（HART、Foundation field bus）、DCS產(chǎn)品、工廠儀表設(shè)備資產(chǎn)資源管理系統(tǒng)（PRM）集成，使用統(tǒng)一的人機(jī)界面與工作站，功能大大增強(qiáng)。

    工作/方案 DCS與SIS的無縫集成 DCS與SIS集成現(xiàn)狀比較

    系統(tǒng)設(shè)計(jì) 統(tǒng)一系統(tǒng)設(shè)計(jì)及機(jī)柜設(shè)計(jì)，一套無縫集成的方案。 DCS和SIS分離的設(shè)計(jì)方案 無縫集成將更節(jié)省時(shí)間和人力，系統(tǒng)的總體性能更優(yōu)。

    人機(jī)界面 集成的人機(jī)界面可以同時(shí)顯示來自DCS與SIS的信息。 DCS和SIS分離的人機(jī)界面 無縫集成可以加快系統(tǒng)的實(shí)施并節(jié)省人力。在裝置開車和日后的運(yùn)行過程中提高操作人員的操作效率，減少誤操作的發(fā)生。集成的報(bào)警和事件記錄便于故障分析。

    系統(tǒng)通訊連接 一套控制網(wǎng)絡(luò) 不同的控制網(wǎng)絡(luò)，只能通過Modbus通訊等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的通訊。 集成現(xiàn)狀方案要額外增加連接兩套系統(tǒng)的工作量，也不便于日后的維護(hù)，而且只能在DCS上看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，無法看到SIS的系統(tǒng)診斷信息、報(bào)警信息、SOE信息，DCS和SIS之間無法時(shí)鐘同步。無縫集成方案可以解決以上問題，不需要花費(fèi)額外的人力和時(shí)間。

    系統(tǒng)維護(hù) 統(tǒng)一的維護(hù)規(guī)程 DCS和SIS兩套不同的維護(hù)規(guī)程 無縫集成方案將更加節(jié)省維護(hù)成本，并提高維護(hù)效率。