SIS與DCS集成的化工裝置安全控制系統應用

水生洲(內蒙古東景生物環保科技有限公司，內蒙古 烏海 016000)

0 引言

近些年我國化工行業發展速度不斷提高，化工企業生產產品也呈現出多樣化特征，在日常生產過程中也開始利用各種生產技術工藝，提高了我國化工企業生產過程的連續化和自動化。在化工企業日常生產過程中需要利用各種化學物質，需要根據特定比例開展化學物質合成制備工作，同時需要在高溫和高壓環境中完成相關工作，因此增加了生產工作的危險性。文章綜合分析了SIS與DCS集成的化工裝置安全控制系統，提高化工生產過程的安全性，實現化工行業健康發展。

1 概述SIS技術系統和DCS技術系統

1.1 SIS技術系統

SIS安全儀表技術系統主要包括邏輯控制器和現場傳感器以及執行器等，在實際生產過程中，SIS技術系統還可以發揮火災報警技術系統和緊急停車技術系統等功能，化工企業可利用SIS技術系統發出信息預警生產設備產生的故障，并且根據設定程序開展控制干預，避免化工企業生產安全隱患的進一步擴大，降低經濟損失度，保障化工企業生產技術設備系統和生產人員的安全性[1]。

在現代化化工企業生產過程中，可以利用SIS技術實現安全生產應急處置工作，在化工企業組織中利用安全控制技術系統，可以安全有序的開展化工企業日常生活和經營活動。在運行過程中，SIS技術系統和DCS過程控制技術系統處于相互分離的狀態，相互聯系和相互配合二者的技術應用功能，有利于提供現代化企業生產經營活動的有序性和安全性。

1.2 DCS技術系統

在化工行業化工裝置自動化控制過程中，DCS技術系統和SIS技術系統發揮著重要的作用，DCS系統通過連接通信網絡，可以集成多級計算機系統，有效監視和管控化工生產工藝過程，有利于提高化工裝置控制水平，可以提高化工生產過程的環保性和智能化。通過利用DCS系統，實現人機交互，工作人員可以遠程操作系統管控閥門，減少整體操作時間，同時可以提高操作過程的規范，避免操作風險影響到化工生產。

2 SIS與DCS集成技術原理

在超聲波液位檢測工程中，可以利用共振法、回波法以及頻差法等，其中脈沖回波法利用率比較高，其在管壁內環繞和反射超聲波，介質氣泡和壓力等因素不會產生負面影響。外貼式超聲波液位開關和探頭可以產生高頻超聲波脈沖，可以穿越容器壁，在容器壁和液體中傳播脈沖之后可以被反射，通過檢查和計算這種反射特性，可以確定監測點部位容器中是否存在液體，同時可以檢測報警液位。向DCS系統中傳輸液位開關輸出繼電器信號，可以連鎖控制液位。化工企業在灌區生產過程中利用DCS系統開展控制工作，綜合儲罐壓力和液位等設置申報報警和連鎖系統。因為灌區涉及危險化學品，因此需要辨識和計算灌區危險化學品的重大危險源。為了提高灌區生產的安全性，避免發生安全事故，需要安裝安全儀表系統，在正常生產狀態中，SIS系統處于靜止狀態中，如果發生安全事故系統能夠發出瞬間準確動作，落實緊急切斷和連鎖控制，停止生產運行，同時可以自動導入到預定的安全狀態當中，保障工業生產的安全性[2]。SIS系統中包括現場儀表和執行器等，可以納入到故障安全性設計系統中。SIS系統和DCS系統之間屬于獨立的關系，PLC系統經過SIL認證之后可以開展聯鎖控制工作，可以和DCS實施通訊，但是DCS系統無法向SIS系統中輸入數據。為了避免二者信號接線發生問題，可以獨立配置SIS系統的控制機柜和工程師站以及操作員站以及通信網絡等，針對SIS系統中利用的軟件和硬件等必須要利用正式版本，同時要具備國家強制認證，避免使用試驗產品。

3 SIS與DCS集成的現狀

3.1 MODBUS通信協議

MODBUS基層是SIS與DCS集成，通過控制器實現硬鏈接，實現SIS與DCS系統的通信集成，以鏈接為基礎，可以快速向DCS系統中上傳SIS數據。為了實現這集成目標需要利用MODBUS協議，電子控制器的通用語言就是MODBUS協議，利用這一協議的規定，可以滿足控制器的通訊需求。MODBUS協議明確定義了控制器，在通信過程中這一控制器可以自動化的識別通信信息結構，并且提出的要求比較低。在通信過程中，利用MODBUS協議可以設置認證機制，利用控制器可以控制指令接收和發送過程，不僅可以識別異常數據，還可以保障通信的正常性。此外，MODBUS協議中規定信息域格局和通信格式，在人機界面中維持通信的正常性。因為集成通信比較特殊，因此在系統運行中通常是從SIS向DCS中傳遞數據流，而硬件性能直接影響到數據傳輸效率和安全性。在SIS與DCS集成狀態下，需要實時監控兩個控制網絡[3]。

3.2 OPC通信

DCS工業控制系統包括多種控制設備和子系統等，不同設備利用不同的驅動程序，升級硬件之后還需要更新程序。不同控制設備在不同的運行環境中工作，即使在同一個系統中，不同軟件也會產生工作沖突，因此需要設計統一的通信標準，否則不利于發揮出DCS控制系統的功能。

OPC屬于工業標準，自動化控制系統和儀器儀表以及過程控制系統等都可以使用OPC標準。OPC具有標準集合，可以在設備過程控制系統和工業自動化系統中利用。OPC標準可以提供標準接口，方便各個控制器在平臺上交流和傳遞信息。

在SIS與DCS集成中利用OPC通信，可以有效規避上述問題，利用基于過程控制的OPC技術，保障系統和設備通信的暢通性，促使SIS系統及時向DCS系統傳遞數據。但是這種集成方式對硬件性能有嚴格的要求，需要同時配置高等級的服務器，高水平服務器依賴于進口，因此增加了工作成本，增加了企業經濟壓力，因此影響到推廣應用。

3.3 SIS與DCS的無縫集成

在信息時代不斷發展的計算機技術和信息技術等技術，可逐漸發展應用到集成SIS與DCS功能的電路板上，在化工企業生產運行中可以提高硬件匹配度，維持通信的正常性。對比一般集成方式，利用無縫集成方式可以高度集成SIS與DCS，如圖1所示。但是二者保持獨立的邏輯，同時利用獨立的控制系統和安全程序，降低了彼此的干擾。為了優化SIS與DCS集成效果，需要利用相同的控制網絡和組態工具，無需利用額外的接口和驅動裝置即可優化集成效果。配置相同的監測設備和操作平臺，可以共享SIS與DCS的信息，無需利用額外組態即可實現工作目標。對比其他集成方式，無縫集成方式可以降低整體工作成本，同時可以保障工作的便利性和安全性[4]。

圖1 SIS與DCS無縫集成應用圖

4 SIS與DCS集成控制的工程設計

4.1 設計檢測輸入

輸入過程的檢測內容包括AI和DI等信號，在二級安全系統中需要安裝獨立的檢測器，檢測器和過程系統之間可以實現獨立運行。因為設別和投資等方面的限制，一些生產項目需要共同檢測器，需要在機柜中分配不同系統的信號，需要利用以下方式。

4.1.1 信號轉接和輸出平臺為SIS

某氣化爐項目運行中，需要在SIS與DCS系統中融入氣化爐進料和加熱爐的檢測系統，根據SIS系統設計標準可以在系統中接入檢測信號，因為SIS系統中具有較多的IO卡件，這些卡件利用硬接線，在撥通的接入卡中計入不同的信號，同時需要利用中間繼電器隔離處理SIS和電氣設備以及電磁閥的信號，避免不同的信號之間的相互干擾[5]。

4.1.2 分配一入二出信號

分配一入二出信號，需要在現場機柜室中安裝安全柵和隔離器以及報警器等設備，分配原來一路現場信息為兩路，并且分別向SIS與DCS系統中分別輸送兩路信號。根據設計規范，在二級安全等級背景下不適合利用一入二出的信號分配方法，對比SIS轉接，一入二出信號分配方案更加便利。為了優化SIS與DCS集成效果，利用一入二出信號分配方式，需要根據現場信號類型合理選擇信號分配器，并且在SIS機柜中安裝信號分配器，實現系統供電需求。

4.2 設計系統輸出

執行器機構包括不同的工作方式，需要根據實際發展情況設計系統輸出。在初期主要是利用繼電器共同操作SIS與DCS，后來發展出DCS操作工藝閥門和SIS控制閥門氣源電磁閥方案等，當前利用SIS操作平臺可以操作DCSDN所有的閥門。

4.3 SIS與DCS的集成通信

在化工企業生產過程中，利用DCS技術系統可以開展運行過程中的控制工作，在實際使用過程中，可以保障DCS技術系統的可靠性，同時可以提高信息響應速度，但是當前還無法全面滿足化工企業的應用需求。針對硬件設備系統運行的可靠性，如果DPU技術組件數據信息處理和運算存儲技術能力產生缺陷，將會影響到技術設備運行的可靠性，因為I/O端口和線路比較差，或者在緊急布置狀態中，自身因素和外來因素都會產生干擾作用，因此影響到整體系統運行的可靠性。因為化工企業樣要求安全生產控制工作，為了順利開展安全管控工作，需要做好SIS技術系統和DCS技術系統的設計建設和運行使用，但是在分別運行狀態中，無法實現化工企業安全管理目標，還會增加工業企業生產成本。因此化工企業為了保障生產設備系統安全管理效果，需要實現SIS與DCS技術系統通信集成工作，通過研究相關工作，促進化工企業可持續發展。

5 SIS與DCS集成的化工裝置安全控制系統應用

當前很多化工企業在氨區存儲灌區利用SIS與DCS集成控制系統，在存儲氨產品的過程中主要是利用球罐體，這類控制系統具有復雜的結構，因此很難控制生產過程，可能會發生安全事故。球罐體控制系統運行過程中，需要加強控制球罐體壓力，如果壓力值不符合設計值，DCS系統將會向SIS系統中傳輸采集的信息。SIS系統可以根據設定程序自動控制聯鎖裝置，有效控制罐體中的液氨，避免引發安全事故。因此實現SIS與DCS集成有利于提高系統安全性，有序開展生產作業。液氨水產品通常是存儲于罐體中，在上方實施氮氣密封，避免在儲罐中溢出氨氣。在生產作業中，將氨氣注入到罐體中，有利于保持罐體壓力，利用SIS與DCS集成可以實現自動化控制工作。如果壓力超過設定值，將會立即打開液氨水儲槽頂部的呼吸閥，即使沒有及時放散呼吸閥，持續性的增長罐體壓力在達到第二規定值后同樣也會觸發氨封閥，實現泄壓的目標。

6 實現SIS系統功能

為了實現SIS系統的功能，選擇的儀表測量設備應該具備較低的故障發生率，同時要具危險診斷功能。在液氨球罐和濃氨水儲罐中安裝安全儀表系統，冗余配置液位測量和壓力測量，可以發揮出多選一的作用。發揮出緊急切斷功能，利用電磁閥作為切斷閥，并且利用常開點串聯冗余配置電磁切斷閥，并且通過恩利控制過程控制系統，即使發生故障也可以保障系統運行的可靠性。此外在SIS運行階段軟件持續性運行，程序控制測點可以不斷交換數據，準確的檢測和干預連鎖數據，在安全生產過程中，提高SIS系統運行的安全性和時效性。

7 結語

在化工企業生產過程中利用SIS與DCS集成化工裝置安全控制系統，有利于自動化控制化工生產安全，提高安全控制工作的便利性和高效性，實現化工企業生產的安全性，降低安全事故發生率，在最大程度上滿足化工產品需求。