SIS在催化裂化联锁控制中的改造应用

杨 闯



SIS在催化裂化联锁控制中的改造应用

杨 闯

（中国石油抚顺石化工程建设有限公司， 辽宁 抚顺 113004）

介绍了催化裂化装置联锁控制系统在实际运行中暴露出的问题和不足之处，提出了改造的必要性。论述了SIS（安全仪表系统）选型技术要求、项目实施原则及软件、硬件组态过程。对项目实施中遇到的问题，提出了处理方案。为此类改造提供借鉴。

SIS；SOE；冗余；时钟同步

催化裂化装置具有高温高压、易燃易爆的特点，一旦出现事故，后果不堪设想。据统计，在石化行业发生的死亡事故中，大约有70%~90%的事故源于误操作[1]。装置联锁控制系统作为安全保护的最后一道“屏障”，其重要性是不言而喻的。随着生产装置安全管理的提升和长周期运行的需求，对联锁控制系统提出了更高的要求。过程工业功能安全标准如IEC61508、IEC61511的发布，为安全控制系统的安全完整性等级评估提供了理论依据。而仪表系统的不断更新换代，提供的具有较高安全等级的自动化控制系统为这一需求提供了保证。

1 改造背景

我厂原有联锁保护功能是通过三菱PLC实现的。由于其软件、硬件功能限制，在运行过程中，出现了许多问题，直接影响了装置的正常生产。

（1）PLC供电系统为非冗余，仪表UPS出现故障报警切旁路时，无法对其进行在线更换。

（2）IO通道为非冗余，一个DI通道故障，导致三机组停机。

（3）无SOE（事件顺序记录）功能，影响对联锁动作原因的分析。

（4）无硬件诊断功能，查找硬件故障原因耗时费力。

（5）程序使用LAD编程方式，程序运行出现问题时，需特别熟练的专业工程师才能对问题进行分析，不利于日常维护作业。

由于事故的发生，给企业带来了较大的经济损失，给安全生产带来了隐患。为了彻底解决问题，对联锁控制系统进行了改造。

2 SIS选型技术要求

SIS必须具备高可靠性、可用性和可维护性，并且当系统本身出现故障时仍能提供安全保护功能[2]。SIS选型应满足IEC61511关于安全仪表系统的系统、硬件、软件等方面的要求[3]。根据我厂实际情况，确定SIS应满足以下基本技术要求。

（1）在国内外同行业有成功应用案例。

（2）系统具有完备的冗余容错技术，中央处理单元、供电系统、通讯系统、IO卡件等主要设备为冗余结构[4]。

（3）具有SOE功能。

（4）系统安全完整性等级达到SIL3。

（5）设备为主流产品，提供至少15年的备件供给。

（6）控制站CPU、通讯、电源负荷低于50%。

通过对国内外有成熟使用案例的多家控制系统的对比分析，结合生产实际情况，最终选定德国HIMA公司的H51q-HRS系统。

3 系统硬件配置和软件组态

H51q-HRS系统为CPU四重化结构（QMR），达到SIL3的安全级别。H51q-HRS系统最大的特点就是在确保安全性的基础上，为用户提供最大的可用性。IO模件、IO总线、系统通信、电源供应等均为1:1冗余。通过采集控制器的中的SOE数据，可提供65 000条事件记录[5]。

3.1 SIS配置

系统配备2台操作站，安装WIZCON软件，1台工程师站，安装ELOPⅡ软件。控制站2套，现场仪表室、管控中心各1套。辅操台2套，现场仪表室、管控中心各1套。系统配置如图1所示。

图1 系统配置图

3.2 系统硬件设计原则

为了保证系统的安全性、可靠性和独立性，在硬件设计和分配时，遵循以下原则：

（1）全部IO信号采用冗余结构。

（2）三取二、二取一等输入信号，分配到不同IO卡件。

（3）由电气来的DI信号进行继电器隔离。

（4）全部通讯硬件冗余，通讯电缆敷设采用一天一地形式，保证数据通讯的可靠性。

（5）控制系统供电由两台独立的UPS提供。

（6）系统控制多台工艺设备，在IO卡件分配时独立分配。

（7）系统供电与外部设备供电独立配置。

3.3 系统软件组态

HIMA系统的编程是通过ELOPⅡ软件实现的，该软件编程简单，较易掌握。首先对控制器进行选择，然后根据实际硬件安装位置添加相应卡件，如图2所示。

图2 硬件组态图

硬件添加结束后，根据通道分配对IO通道进行组态。该软件的通道冗余是通过编程实现的，所以在工位分配上要添加后缀，例如PSLL810在冗余通道中分别为PSLL810_R1和PSLL810_R2，在冗余数据模块处理后为PSLL810。

硬件组态结束后，进行用户文件的编制。由于原PLC程序为LAD编程，可读性较差，不利于专业人员进行程序分析。针对这一情况，最终决定选用FBD编程方式，如图3所示。

图3 FBD编程示意图

在项目实施过程中，在保证原有逻辑关系的基础上，此次改造对部分DI输入信号增设了旁路软开关，便于对现场仪表检测元件的日常维护处理。

由于HIMA的SOE显示功能不是内置在ELOPⅡ内部的，而是通过WIZCON实现的，所以还需对要记录的事件进行组态，在事件选取时，应在充分考虑因果关系的基础上，尽可能少的选取事件，以便于事故分析。

通过与HIMA系统进行数据交换，WIZCON软件可以实时显示程序运行状态。在项目实施阶段，专业人员结合ELOPⅡ用户程序在WIZCON人机界面上进行了一对一的映射，如图4所示。

采用该方法后，具有一般仪表或工艺常识的技术人员可随时监控程序运行状态，并对故障部位进行查找判断，极大地缩短了作业时间。

3.4 项目实施中的问题处理

考虑到工艺人员对系统的可操作性，HIMA系统作为从站通过集成的RS485接口与SIEMENS-PCS7系统CP341卡进行Modbus-RTU通讯，为工艺操作提供方便。

图4 操作画面

DCS与SIS时钟同步对于操作和事故分析至关重要，一般的做法有两种，一种是通过网络接收指令实现，另一种是通过DO/DI通道发送/接收信号实现，考虑到网络的安全性和系统间的独立性，项目采用第二种方式。

ELOPⅡ提供了仿真功能，在全部编程结束后，可以先对程序进行仿真试验。通过后，进行硬件连接、测试，可以节省大量的工程施工时间。

4 结束语

SIS投用后，使装置生产的可靠性和安全性得到极大的提高，通过合理设计，其可用性有了显著改善，消除了装置存在的隐患。系统运行至今，设备运行稳定，为装置的长、满、优运行奠定了坚实的基础。

［1］ 朱建新，王莉君，高增梁. IEC61511标准及在石化行业安全管理中的应用[J]. 中国安全科学学报，2007，17（2）：104-109．

［2］ 张建国. 安全仪表系统在过程工业中的应用[M] . 北京：中国电力出版社，2010：145-149．

［3］ IEC61511.Functional safety-Safety instrumented systems for the process industry sector[S]．

［4］ SH/T3018-2003 石油化工安全仪表系统设计规范[S].

［5］ HIMA可编程安全控制系统产品技术资[EB/OL]. www.hima.com．

SIS Revamp of Interlock Control System for Catalysis Cracking

YANG Chuang

（Fushun Petrochemical Engineering Construction Ltd, Liaoning Fushun 113004，China）

The existing problems and deficiencies of the interlock control system for catalysis cracking in operation were introduced, and the necessity for the revamp was proposed. The technical selection requirements for SIS (safety instrumentation system) were discussed as well as project execute principle, software configuration and hardware configuration. The solutions to the encountered problems were put forward.

SIS; SOE; Redundancy; Time synchronization

TP 273

B

1671-0460（2016）06-1191-03

2016-05-04

杨闯（1973-）,男,辽宁省抚顺市人,高级工程师,工程硕士,1996年毕业于抚顺石油学院自动化专业,从事仪表技术管理工作。E-mail:yangchuang0719@163.com.