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                         關鍵詞:Prosafe-RS；CENTUM CS3000；緊急停車系統ESD；安全等級SIL

    王素云（1974—）
（橫河電機(西安)有限公司， 陜西   西安   710075） 女，陜西咸陽人，本科，工程師，畢業于西安理工大學，主要從事生產過程自動化、橫河DCS軟件編制、調試及應用工作。

1 概述

    為適應市場發展的需求，近年來，橫河公司研發出了自己的安全儀表系統Prosafe-RS，該系統主要應用于緊急停車系統（ESD）、過程停車系統（PSD）、火氣系統(F&G)和燃燒管理系統(BMS)等領域。它是世界上首套能與DCS真正無縫集成的安全系統，首套符合IEC 61511國際標準且達到SIL3安全等級的安全儀表系統。是橫河公司融合了經現場驗證的成熟的CENTUM CS3000 技術以及多年來在工業安全系統方面的經驗開發出來的產品，是增強過程工業整體的安全環境并提供集成解決方案。傳統的DCS 和SIS 是兩個獨立的系統，而橫河的Prosafe-RS系統和CS3000系統用一套網絡、一套人機界面真正實現了無縫集成，簡單的結構可實現很高的安全性和可用性。這給用戶帶來了很大的效益，也給橫河贏得了更大的市場。

2 系統構成及說明

    ProSafe-RS系統由安全控制器SCS、安全工程師站SENG和實時控制網構成，系統構成圖如下圖1示：

圖1  系統構成

    其中，安全控制站SCS（safety control station）站由冗余容錯CPU、冗余電源卡件和I/O卡件等構成。控制總線和I/O總線均是雙重化結構。安全工程師站SENG（safety Engineering PC）可進行工程組態、在線監視及維護。

    2.1 ProSafe-RS和 CENTUM CS3000的 Vnet/IP 直接集成

    ProSafe-RS系統與DCS CS3000系統之間在同一個控制網絡間進行數據交換，不再需要網關或其他網絡接口。數據在Vnet/IP網絡中可以安全通訊。此項安全協議已通過TUV認證。它確保 DCS和SIS之間在物理上集成，邏輯上分離。

    2.2 緊急停車后的故障原因分析環境

    ProSafe-RS的SOE功能為事故的原因分析，提供了有力的手段。 ProSafe-RS的SOE功能的時間分辨率為1毫秒。例如，設備停車時，一般是過程控制器先檢測到過程報警，然后安全控制器記錄SOE，ProSafe-RS可以將這兩種過程合并在一起，將安全系統的報警和過程控制器的報警合并顯示將有助于事故原因的分析。ProSafe-RS系統與 CS3000可通過Vnet/IP的標準功能實現時鐘同步。

    2.3 ProSafe-RS系統在子系統通訊方面的靈活性

    它既可作Master站通過RS-232C（ALR111）、RS-422/RS-485通訊卡（ALR121）與下位通訊，又可作Slave站實現通訊。

    2.4  I/O卡件配置的靈活性

    雙重化冗余卡件的方案可以提高系統的可用性和故障容錯能力，對SIL3 沒有影響。 冗余的方式可以在卡件級選擇，如冗余的處理器卡加非冗余的輸入卡和輸出卡，或者非冗余的輸入卡和冗余的輸出卡。

    每塊非冗余卡件（處理器、輸入或輸出）都達到SIL3級，并且是雙重化的內部結構。超過99%的部件具有深度自診斷功能，可以確保快速的故障檢測。卡件冗余是針對可用性的，不是針對安全性。即使一側的設備全部故障，系統仍然保持 SIL3的安全等級。

    2.5 ProSafe-RS和 CENTUM CS3000統一的人機界面

    通過CS3000的操作站HIS可以訪問到ProSafe-RS的數據，兩者的報警顯示在同一個窗口。系統報警、過程報警畫面如圖2所示，非常容易區分安全報警和FCS報警。

    當緊急情況發生時，操作人員可以很快得到所需要的信息，迅速而準確地作出判斷，并立即采取行動。控制系統和安全儀表系統在統一的人機界面下進行維護作業有助于防止誤操作。例如，對將要維護的設備切換到旁路，然后進行維護有助于防止誤操作，ProSafe-RS的維護信息也可以在CS3000的操作員站上顯示。

圖2  過程報警/系統報警

    2.6 ProSafe-RS在SIS尺寸上的突破

    與傳統的安全PLC相比，在SIS的體積和機柜尺寸方面取得了突破。Yokogawa先進的設計使SIS的尺寸很小。特別適用于空間緊張和要求重量輕的應用場合，如：海上平臺或遠程設備站。

    2.7 ProSafe-RS在軟件組態方面的優點

    如圖3示，使用IEC 61131-3功能塊圖和梯形圖，可運行PC上的仿真軟件進行虛擬測試，能自動生成文檔。現場調試時，可強制變量（輸入、輸出、邏輯變量）,并能在線修改軟件。
　

3 應用舉例

    （1）遼陽石化分公司烯烴廠裂解裝置儀表聯鎖系統隱患治理：該項目采用了橫河安全儀表系統，本套SIS系統是烯烴廠裂解裝置的安全聯鎖保護和過程控制系統。具體配置如圖4所示：

    本套SIS設置一個工程師站，用于系統組態、編程、故障診斷、狀態檢測、在線方案調整、程序開發、系統診斷、編輯及修改。同時可以離線和在線組態、修改、設置參數及系統維護。通過冗余的通訊方式接在控制器的通訊接口上。用于PES系統軟件的離線和在線組態，并且可離線模擬調試。工程師站采用臺式電腦。

    本套SIS設置2臺21彩色高分辨率CRT操作站及操作站相應的操作員鍵盤和操作臺等，每臺CRT都可以通過2個鍵盤中任意一個來尋址和操作，操作站互為冗余。操作站用于過程控制系統和安全聯鎖保護系統的操作、監視等。
本套SIS系統配有SOE站一個與操作站共用，用于提供自動的安全有關事件記錄（例如停車、預停車、程序修改、故障診斷等）。

    本套SIS系統設置2個控制站，控制站配有主控制器、冗余電源、I/O機架、各類I/O卡件和端子板等，控制柜具體規格：寬800×高2100×深800（mm）。

    目前，該項目已順利通過現場靜態調試，預計2007年10月底將一次性順利開車。

    （ 2） 中石油阿克糾賓油氣股份有限公司哈薩克斯坦讓納若爾油氣處理三廠：該項目由橫河公司的CENTUM-CS3000(DCS)控制系統、PIMS、和PROSAFE-RS（ESD）緊急停車系統來實現生產上的控制，它能夠根據控制對象即裝置規模，靈活的構建從小規模到大規模的系統。第三油氣處理廠項目建成后，年處理天然氣60 億立方米，凝析油150 萬噸。工程將分三期建設，其中Ⅰ期工程年處理伴生氣20 億立方米，Ⅱ期工程年處理天然氣20 億立方米（伴生氣10 億立方米、氣頂氣10 億立方米）和凝析油50萬噸，Ⅲ期工程年處理氣頂氣20 億立方米和凝析油100 萬噸。配置如圖5所示：
 

    其中DCS系統部分共有操作站和工程師站13臺，ESD部分共有操作站和工程師站9臺，PRM站3臺，OPC服務器3臺，PIMS部分包括服務器和客戶端共計7臺，DCS控制站9個，ESD控制站9個。按工藝過程分成6個控制室。其中FCS01、FCS02、FCS03、FCS04、SCS11、SCS12、SCS13用于中央控制室，FCS05、SCS14、SCS15用于液化氣控制室，FCS06、SCS16用于鍋爐控制室，FCS07、SCS17用于中間油品控制室，FCS08、SCS18用于硫磺成型控制室，SCS19用于綜合樓。現在，鍋爐ESD系統正在緊張調試中，其他各套也將陸續投產開車。

4 結束語

    綜上可知，橫河安全儀表系統ProSafe-RS通過它本身簡單的設計提供清晰明了的結構，它提供完美的 SIL3級安全方案來解決多數安全應用的要求。以與DCS相同設計思想為基礎的 SIS 可以顯著地減少選擇和實施 SIS 方案的時間和成本。

    目前，正廣泛地應用于石油化工、化工、煉油、油氣勘探、油氣運輸、電力等領域。僅我們國內就有燕山石化、錦州石化、洛陽石化、勝利油田、南堡油田等十多套項目已成功應用該系統，為更多的用戶創造了更大的效益。 

參考文獻：

    [1]Yokogawa Electric corporation  General  Specification  

    [2]Yokogawa Electric corporation ProSafe-Rs Document Map

    [3]Yokogawa Electric corporation  Technical Information