【文章內容簡介】 平時的數(shù)據(jù)傳送量，從而降低輪詢周期。此外，工作站集成兩個RJ45的接口，兩個接口配置了不同的IP地址，使其連接在站控系統(tǒng)冗余的網(wǎng)絡中，如果其中一個網(wǎng)絡中斷不會影響系統(tǒng)的正常運行。在操作員工作站有2臺打印機，一臺報告打印機，一臺報警/事件打印機，報告打印機是運行人員日常用來打印報表的，來反映整個站的運行情況和一些變量的值；報警/事件打印機是用來打印報警事件的。 站控ESD系統(tǒng)ESD用于檢測工藝過程的壓力、溫度、可燃氣體濃度等信息，并對可控設備進行監(jiān)視和控制。它的優(yōu)先級在站控中是最高的，用于連鎖保護和緊急停車。當生產過程出現(xiàn)意外波動或緊急情況需要采取某些動作或停車時，該系統(tǒng)能精確監(jiān)測，并及時、準確地做出響應，使裝置停在一定的安全水平上，確保裝置和人身的安全。站控ESD系統(tǒng)是獨立設置的。當然一般安全聯(lián)鎖保護功能也可由DCS來實現(xiàn)。但是對于較大規(guī)模的緊急停車系統(tǒng)應按照安全獨立原則與DCS分開設置，這樣做主要有以下幾方面原因： （1）降低控制功能和安全功能同時失效的概率，當維護DCS部分故障時也不會危及安全保護系統(tǒng)。 （2）對于大型裝置或旋轉機械設備而言，緊急停車系統(tǒng)響應速度越快越好。這有利于保護設備，避免事故擴大；并有利于分辨事故原因記錄。而DCS處理大量過程監(jiān)測信息，因此其響應速度難以作得很快； （3）DCS系統(tǒng)是過程控制系統(tǒng)，是動態(tài)的，需要人工頻繁的干預，這有可能引起人為誤動作；而ESD是靜態(tài)的，不需要人為干預，這樣設置ESD可以避免人為誤動作。 遠程通訊接口RCIRCI(遠程通訊接口)作為站控SCS系統(tǒng)的通訊服務器，它承接著與PLC控制系統(tǒng)和第三方設備間的通訊，其中第三方設備包括：流量計算機、色譜分析儀、低壓配電盤電力參數(shù)采集、UPS、發(fā)電機、空壓機等。他們之間的通訊采用MODBUS RTU協(xié)議，連接方式RS232或RS485，同PLC之間的連接方式為以太網(wǎng)。RCI同樣是一塊網(wǎng)卡上集成兩個RJ45的接口，該兩個接口配置了相同的IP地址。 遠程終端裝置RTURTU遠程終端裝置應能夠采集現(xiàn)場壓力、溫度、均速管流量計的差壓、閥位開關狀態(tài)和火災的儀表信號等檢測信號通過硬線連接到ESD的I/O通道中，ESD實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，將數(shù)據(jù)通過通信鏈路上傳到調度控制中心。并可以實現(xiàn)本地的控制以及接受調度控制中心的控制指令；同時應能與自發(fā)電設備的智能裝置、火災檢測系統(tǒng)的智能裝置及其他控制設備進行數(shù)據(jù)通信。其主要功能為：數(shù)據(jù)采集和處理功能(可接受模擬和開關量信號)；輸出模擬量和開關量控制信號；數(shù)學運算功能；邏輯運算功能；自診斷功能；故障報警功能；執(zhí)行SCADA系統(tǒng)調度中心發(fā)送的指令，向調度控制中心發(fā)送帶時間標志的實時數(shù)據(jù)等。調度控制中心與RTU的數(shù)據(jù)通信主信道采用專用光纖信道，一點對多點分組輪詢通信方式，通信接口采用RJ45或RS232C，通信協(xié)議為TCP/[15,17]。 本章小結站控安全儀表系統(tǒng)SIS的ESD將完成當生產過程出現(xiàn)意外波動或緊急情況需要采取某些動作或停車時，該系統(tǒng)能精確監(jiān)測，并及時、準確地做出響應，使裝置停在一定的安全水平上，確保裝置和人身的安全。本章主要介紹了整個站控系統(tǒng)的組成和各部分的主要的控制功能，從而使讀者從整體上了解了壓氣站場的主要設備和功能，為以下集成設計安全儀表控制系統(tǒng)做了準備。第3章 系統(tǒng)的集成設計 站控系統(tǒng)流程整個站控系統(tǒng)的流程示意圖如圖31所示，來自上游的天然氣進入?yún)R管H1后，經(jīng)過濾分離器過濾分離后進入?yún)R管H2。過濾分離器工作方式為1用1備。經(jīng)匯管H2后至橇裝渦輪流量計計量系統(tǒng)，渦輪計量橇為2路計量管路，工作方式為1用1備。計量后通過匯管H3至2路電控自力式壓力監(jiān)控系統(tǒng)，工作方式為1用1備。天然氣經(jīng)壓力監(jiān)控系統(tǒng)調壓后出站，送往下游用戶地區(qū)。進、出站設置壓力、溫度檢測及報警。進、出站分別設置緊急切斷 和緊急放空，用于緊急情況下的全站關閉和放空。站內設置水套爐加熱裝置1套，用于加熱天然氣，防止壓力監(jiān)控的調壓器降壓時產生冰堵。站內設置自用氣橇1個，用于站內自用氣的調壓和計量。計量采用渦輪流量計，并配置流量計算機[13]。圖31 站控流程圖在進氣區(qū)有三個由ESD控制的閥門，其中一個為放空閥，一個氣液聯(lián)動閥，一個電動閥；在調壓區(qū)有一個ESD控制的調壓閥；在出站區(qū)有兩個ESD控制的閥門，分別是放空閥和出站電動閥；一個ESD控制的越站閥。 ESD的硬件配置 ESD的選型此工程采用的是HIMA公司的F30 ESD控制器和HIMatrix F3 DIO 20/8 01（數(shù)字量輸入輸出模塊），下面對這兩類硬件分別進行描述。1. HIMatrix F30. HIMatrix F30的外觀。從外觀上看，F(xiàn)30有4個10/100Base T以太網(wǎng)口，它們具備同樣的功能，接口方式為RJ45，支持安全以太網(wǎng)和OPCSERVER，通過該以太網(wǎng)口可以對F30進行編程和測試，3個FB口，為9針D型連接頭。 圖32 Himatrix F30 ESD外觀其中FB1口支持RS485通訊，可也作為ProfibusDPSlave以及Modbus Slave，西氣東輸東段所用的軟件暫時還不支持Modbus協(xié)議，在西段將開發(fā)使用。此外，F(xiàn)30包括8個數(shù)字量輸出和20個數(shù)字量輸入，用于數(shù)據(jù)采集和控制現(xiàn)場設備，它們的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理參見下圖：圖33 ESD數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理圖. 數(shù)字量輸入:F30控制器有20個數(shù)字量輸入，每個數(shù)字量輸入對應一個狀態(tài)顯示燈，支持有源信號和無源信號兩種接線方式，接線方式參見下圖，其中左圖為無源信號的接線方式，右圖為有源信號的接線方式。無源信號 有源信號圖34 無源、有源信號接線圖 數(shù)字量輸出:F30控制器有8個數(shù)字量輸出，每個數(shù)字量輸出對應一個狀態(tài)顯示燈，其中第4通道和第8通道能支持最大2A的負載，的負載，最好在每一個輸出通道增加一個二極管，如下圖的4通道。感應負載可以不接二極管。圖35 數(shù)字量輸出接線圖雖然每塊F30控制器有4個以太網(wǎng)口，但是它們只有一個IP地址，可以通過軟件對F30的IP地址和System ID(SRS)進行更改，每個F30的出廠默認設置為： Default value for IP address: Default value for SRS: HIMatrix F3 DIO 20/8 01 HIMatrix F3 DIO 20/8 01的外觀圖36 HIMatrix F3 DIO 20/8 01的外觀從外觀上看，F(xiàn)3有2個10/100Base T以太網(wǎng)口，它們具備同樣的功能，接口方式為RJ45，支持安全以太網(wǎng)，通過該以太網(wǎng)口可以對F3進行編程和測試。此外，F(xiàn)3包括8個數(shù)字量輸出和20個數(shù)字量輸入，用于數(shù)據(jù)采集和控制現(xiàn)場設備，它們的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理參見下圖：圖36 數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理圖. 數(shù)字量輸入:F3 DIO 20/8 01有20個數(shù)字量輸入，每個數(shù)字量輸入對應一個狀態(tài)顯示燈，支持有源信號和無源信號兩種接線方式，接線方式參見下圖，其中左圖為無源信號的接線方式，右圖為有源信號的接線方式。 無源信號 有源信號圖36 無源、有源信號接線圖 數(shù)字量輸出:F3 DIO 20/8 01有8個數(shù)字量輸出，每個數(shù)字量輸出對應一個狀態(tài)顯示燈，其中第4通道和第8通道能支持最大2A的負載，最好在每一個輸出通道增加一個二極管，如下圖的4通道。（注：感應負載可以不接二極管）圖36 數(shù)字量輸出接線圖雖然每塊F3 DIO 20/8 01有2個以太網(wǎng)口，但是它們只有一個IP地址，可以通過軟件對F3的IP地址和System ID(SRS)進行更改，每個F3的出廠默認設置為： Default value for IP address: Default value for SRS: 以上由參考文獻[14]可知。 容錯控制與安全系統(tǒng)從20世紀70年代開始，基于處理器的聯(lián)鎖系統(tǒng)由于比傳統(tǒng)的繼電器或固態(tài)邏輯聯(lián)鎖系統(tǒng)更易于聯(lián)鎖邏輯的修改及再組態(tài)而被廣泛用于工業(yè)控制領域。但由于處理器單元的出錯容易導致整個聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的失敗，從而使得基于處理器聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性相對于傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)來說較差些。傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)由于具有多種結構而使其擁有較大程度上的容錯性。某一部件的故障也僅僅只會導致控制的某部分失敗。但是對于任何一種聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，基于處理器或是傳統(tǒng)的系統(tǒng)結構，如引起部分或整個控制失敗的故障是不可接受的，它將直接導致生產產量的下降或更嚴重的后果，如人員的傷亡等。于是一種能允許系統(tǒng)部分故障，而又不影響正常生產的系統(tǒng)結構的要求擺到人們眼前。這種聯(lián)鎖系統(tǒng)必須達到100%可靠且始終嚴格按照指令運行。1．容錯控制容錯是指系統(tǒng)在一個或多個元件出現(xiàn)故障時能繼續(xù)運行的能力。真正的容錯還具有在不干擾系統(tǒng)運行的情況下，完全自動恢復的功能。它不同于一般的冗余：一般的冗余僅僅是模塊或總線上簡單的雙熱備，一旦輸入模塊出現(xiàn)故障，處理器模塊也會出現(xiàn)故障，這時系統(tǒng)可能會因此而癱瘓；但是具有容錯功能的系統(tǒng)，除了模塊、總線、通信上的冗余設計外，還具有自診斷功能。基于具有容錯能力的處理器的系統(tǒng)必須能準確識別各部件的故障(即全面診斷)，并對任何故障能進行補償，這可通過將故障部件的信號強制為指定狀態(tài)，并使用另一種不同的信號線(冗余)，這類似于傳統(tǒng)系統(tǒng)的結構，而那些不能被診斷出來的故障部件則被視為危險故障。ESD系統(tǒng)就是設計為高度容錯性，用來將工業(yè)過程置為已知的安全狀態(tài)。ESD系統(tǒng)必須具有高可靠性，故障自動保險，不能有導致不利于停車的誤動作。2．安全系統(tǒng)的標準在安全系統(tǒng)的設計中，安全度等級是設計的標準，應根據(jù)生產裝置的安全度等級選擇合適的安全系統(tǒng)技術和配置方式。安全度等級是系統(tǒng)在指定的狀態(tài)下，完全執(zhí)行要求的緊急功能的概念。安全度等級可用于簡化和理論化系統(tǒng)結構中各部分的安全要求，并使其定量化。IEC 61508定義了4個安全度等級及相應于每個等級的兩個定量安全要求，包括對系統(tǒng)連續(xù)操作的目標故障率要求和對系統(tǒng)按照要求切換到安全功能的目標故障率要求。隨著安全標準的推出以及對安全系統(tǒng)重視度的不斷升級，安全系統(tǒng)的認證也就變得越來越重要。根據(jù)德國電工協(xié)會DIN的標準，在過程工業(yè)中，典型工業(yè)過程的危險系數(shù)將安全要求級別定位在5級。因此，在德國的專門認證安全系統(tǒng)的機構T252。(Technischer 252。erwachungs Verein)將應用在過程工業(yè)的安全系數(shù)定義為安全要求級別5。在設置安全系統(tǒng)時，既要滿足工業(yè)過程安全度要求，又要保證可靠性。因此，必須先對具體的工業(yè)過程進行安全度的評價。但是，目前我國尚無