Honeywell DCS 系統(tǒng)與第三方SIS 系統(tǒng)的通信

王 冰

（中國石油遼陽石化分公司動(dòng)力廠，遼寧遼陽 111003）

0 引言

遼陽石化公司（以下簡稱“遼陽石化”）空分二車間萬立空分裝置始建于2007 年，氧氣產(chǎn)量10 000 Nm3/h、氮?dú)猱a(chǎn)量20 000 Nm3/h，主體設(shè)備包括空分設(shè)備、氧壓機(jī)、透平氮壓機(jī)、透平膨脹機(jī)等，其控制系統(tǒng)采用Honeywell PKS DCS 系統(tǒng)（DCS 即分散型過程控制系統(tǒng)）來完成工藝流程監(jiān)控、遠(yuǎn)程操作以及聯(lián)鎖自動(dòng)控制。

按照《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》以及中國石油集團(tuán)公司的要求，加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)的管理，符合遼陽石化安全儀表功能SIL 定級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，2019年遼陽石化動(dòng)力廠對(duì)SIL（Safety Integrity Level，安全完整性等級(jí)）評(píng)估定級(jí)為SIL3 的萬立空分裝置的氧壓機(jī)自控系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，增加了一套SIS（Safety Instrumented System，安全儀表系統(tǒng)），對(duì)其進(jìn)行安全聯(lián)鎖控制。

1 SIS 系統(tǒng)

不同于DCS 系統(tǒng)，SIS 系統(tǒng)具有安全認(rèn)證，風(fēng)險(xiǎn)降低因子可達(dá)0.001 以上，安全等級(jí)要高得多。

SIS 系統(tǒng)不僅可用于監(jiān)視生產(chǎn)裝置或獨(dú)立單元的過程數(shù)據(jù)，還是能實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)安全功能的系統(tǒng)。當(dāng)溫度、壓力、流量、液位等過程變量超限報(bào)警時(shí)，或者機(jī)械設(shè)備故障、系統(tǒng)本身故障、能源中斷時(shí)，SIS 系統(tǒng)能自動(dòng)按照預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作或程序進(jìn)行安全控制，使工藝裝置處于安全狀態(tài)，防止事故發(fā)生。

遼陽石化動(dòng)力廠新增的安全儀表系統(tǒng)采用HOLLiAS SIS系統(tǒng)，將空分二車間萬立空分裝置的PKS DCS 系統(tǒng)中的氧壓機(jī)聯(lián)鎖信號(hào)引入到新增的SIS 系統(tǒng)進(jìn)行三重化冗余聯(lián)鎖控制，從而提高聯(lián)鎖系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

SIS 系統(tǒng)操作站和機(jī)柜均安裝在萬立空分控制室和機(jī)柜室，萬立空分裝置氧壓機(jī)的全部聯(lián)鎖信號(hào)引入SIS 系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)鎖控制和顯示。為方便操作人員監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，不用同時(shí)監(jiān)控多臺(tái)操作站，將SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)時(shí)返回到Honeywell PKS DCS 系統(tǒng)操作站顯示。Honeywell PKS DCS 系統(tǒng)只需完成氧壓機(jī)的數(shù)據(jù)監(jiān)控及控制功能，聯(lián)鎖功能則由HOLLiAS SIS 系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。由于PKS DCS 系統(tǒng)和SIS 系統(tǒng)是兩個(gè)分別獨(dú)立的控制系統(tǒng)且為不同廠家，因此需要通過通信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。

圖1 SIS 系統(tǒng)安全等級(jí)示意

2 PKS DCS 系統(tǒng)

Honeywell PKS DCS 系統(tǒng)全稱Experion Process Knowledge Solution System，是霍尼韋爾公司推出的DCS 系統(tǒng)，支持多種類型的控制器通信，它可以將操作人員與過程控制系統(tǒng)融合在一起，實(shí)現(xiàn)液位、流量、壓力、閥門開度等的遠(yuǎn)程控制。

PKS DCS 系統(tǒng)的控制器為CS300，它具備強(qiáng)大的集成連續(xù)和離散控制功能，可連接支持Modbus 協(xié)議、HART 協(xié)議的設(shè)備?？刂破鞑捎秒p冗余設(shè)置，當(dāng)主控制器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)無擾動(dòng)自動(dòng)切換到備用控制器工作，該控制器的雙冗余設(shè)計(jì)，沒有真正意義上的“主”“備”，誰工作誰就是主控制器。

3 PKS DCS 系統(tǒng)與SIS 系統(tǒng)的通信

如何將萬立空分裝置的Honeywell PKS DCS 系統(tǒng)與第三方HOLLiAS SIS 系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通呢？有多種方法，下文采用的是利用Modbus 協(xié)議，通過硬件通信和軟件通信兩部分相結(jié)合的方法，將萬立氧壓機(jī)參與聯(lián)鎖的AI、AO、DI、DO點(diǎn)引入到SIS 系統(tǒng)，進(jìn)行聯(lián)鎖、停車控制，并同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送回到DCS 操作站顯示，方便操作人員監(jiān)測數(shù)據(jù)，這里SIS 系統(tǒng)只做聯(lián)鎖控制，PKS 操作站做數(shù)據(jù)監(jiān)測功能。

3.1 容錯(cuò)以太網(wǎng)

霍尼韋爾PKS 的控制網(wǎng)絡(luò)叫做容錯(cuò)以太網(wǎng)，全稱Fault Tolerant Ethernet，簡稱FTE。FTE 控制網(wǎng)絡(luò)利用以太網(wǎng)進(jìn)行容錯(cuò)，不僅允許單點(diǎn)故障，而且還可以容錯(cuò)部分多點(diǎn)故障，對(duì)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的電纜故障、儀表故障等具有多重故障容錯(cuò)功能。

PKS DCS 系統(tǒng)具有開放的容錯(cuò)以太網(wǎng)，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用的是雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別連接到不同的網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)地連接到冗余的網(wǎng)絡(luò)上，確保生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行。而FTE 采用多路徑選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雙網(wǎng)冗余模式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一，切換速度快，切換服務(wù)器時(shí)不需要和操作站重新連接網(wǎng)絡(luò)。通過控制防火墻過濾信息，確保與控制器無關(guān)的信息不能進(jìn)入控制器，以保證控制網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

3.2 硬件配置

利用PKS 系統(tǒng)和SIS 系統(tǒng)支持Modbus 協(xié)議通信的特點(diǎn)，以“終端服務(wù)”的方式，通過容錯(cuò)以太網(wǎng)與第三方HOLLiAS SIS系統(tǒng)進(jìn)行通信。這里的“終端服務(wù)”是指第三方系統(tǒng)控制器可以通過多種連接接口，比如RS-232、RS-422、RS-485 等接口，連接到PKS 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)上，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)交換。它的特點(diǎn)是可以允許連接多個(gè)控制器，來實(shí)現(xiàn)PKS系統(tǒng)與第三方SIS 系統(tǒng)的通信。

本文講述的萬立空分裝置PKS DCS 系統(tǒng)與HOLLiAS SIS系統(tǒng)的硬件采用通過RS-485 的接口，利用MODBUS 協(xié)議進(jìn)行串行通信。

PKS 系統(tǒng)的串行接口模塊，是安裝在標(biāo)準(zhǔn)卡槽上的雙寬度I/O 模塊，它能實(shí)現(xiàn)連接串行接口模件的第三方系統(tǒng)和PKS 控制器之間建立通信，使PKS 控制器與第三方SIS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。數(shù)據(jù)通信路徑如圖2 所示。

圖2 通信示意

PKS DCS 系統(tǒng)每個(gè)SIM 卡上有32 個(gè)軟通道，其 中，0#—15#通道是與連接在FTA（A）上的第三方系統(tǒng)進(jìn)行通信，16#—32#通道是與連接在FTA（B）上的第三方系統(tǒng)進(jìn)行通信，采用的是將SIS系統(tǒng)的控制器連接在FTA（A）上。硬件配置如圖3 所示。

圖3 硬件配置

3.3 軟件配置

PKS DCS 系統(tǒng)與HOLLiAS SIS 系統(tǒng)在硬件通信配置后，還需要進(jìn)行軟件上的組態(tài)配置才能進(jìn)行完整的通信。

PKS DCS 系統(tǒng)與HOLLiAS SIS 系統(tǒng)之間的軟件通信是采用通過Modbus 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換互通，把PKS 設(shè)為主站（Master），把SIS 設(shè)為從站（Slave），設(shè)置設(shè)備地址、存儲(chǔ)寄存器地址、波特率、位、奇偶校驗(yàn)等，信號(hào)類型分為字節(jié)、字、長整型、浮點(diǎn)等。

首先，在PKS DCS 組態(tài)軟件中添加并設(shè)置Modbus channel通道，然后創(chuàng)建Modbus 控制器連接第三方SIS 系統(tǒng)地址，最后設(shè)置并調(diào)用需要通信的SIS 系統(tǒng)的AI、AO、DI、DO 點(diǎn)，從而完成PKS DCS 系統(tǒng)與SIS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通。

4 結(jié)語

本套PKS 系統(tǒng)與第三方SIS 系統(tǒng)的通信方法已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)在萬立空分裝置上，并已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行一年多。

PKS 系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)通信有多種方法，對(duì)于點(diǎn)數(shù)較少的通信可采用硬線直接連接的方式進(jìn)行通信，而對(duì)于點(diǎn)數(shù)較多的兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的通信，建議采用以上方式。