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    理解標準并在確保安全的前提下降低成本和提高可靠性

    過程工業領域的公司面臨著極具挑戰性的業務環境，在提高安全性、降低成本并提高運營效率方面承受著越來越大的壓力。為了實現自己的目標，成功的企業會對其運營風險進行規劃和管理。他們以更低的成本實現更大的收益；避免違規罰款、生產停車、設備損壞和人員受傷。

    鍋爐管理系統（BMS）致力于確保熔爐、鍋爐、煉焦爐和其他燃燒設備的安全操作。燃燒設備在過程工業中十分常見，但是鍋爐燃燒相關的順序控制以及聯鎖、各狀態之間的切換使得鍋爐管理系統顯得較為復雜。由于鍋爐和其他類型的火焰加熱器是過程操作的關鍵，因此對于控制工程團隊而言，BMS的可靠性和可用性非常重要。

    現代化的鍋爐管理系統必須考慮：

    在存在危險狀況時禁止啟動；

    在危險工作狀態下提供保護；

    實現點火順序的自動化，在危險操作狀態下提供保護，

    并控制進入熔爐的燃料量；

    為操作員提供狀態信息；

    啟動安全運行狀態或在存在危險狀況時聯鎖停車；

    可靠地運行并消除假跳車。

    隨著時間的推移，BMS標準已發展成為幫助企業實施更安全的操作的標準；然而，這些標準影響投資成本，并且需要足夠的資源來確保合規。

    除了通用的安全標準，人們還專為BMS應用編制了許多指導文件。許多最終用戶擔心這些指導信息會加大合規難度，并使政府機構或其他當地管轄部門對于BMS要求更嚴格。確定要遵循的標準和/或指南是一項艱巨任務。定義BMS時的其他關鍵挑戰包括正確實施：

    啟動/停止順序；

    基于狀態的聯鎖；

    連接設置點控制功能。

    BMS必須能夠決定何時從一種狀態進入另一種狀態、判斷每種狀態下的閥門位置以及每種狀態下處于激活狀態的聯鎖。BMS邏輯要求的順序以及基于條件的安全聯鎖通常由工程師以各種格式指定。傳統的方法是在因果圖中指出啟動、運行狀態和跳車條件。另一方法是使用敘述性報告。兩種方法都可能遺漏某些關鍵項，并留下不確定的因素。這導致規格的解釋變得復雜，使得傳統PLC中組態梯形邏輯變得困難且耗時。

    在許多行業及應用中，對BMS進行風險分析是為了確定是否需要額外的措施降低風險，以避免財產損失、環境影響和人員傷害。如果確定需通過特定聯鎖或功能實現安全完整性等級1（SIL1）或更高的安全完整性等級（SIL），則部分BMS功能將需要安全儀表系統（SIS）。

    目前已制定出多個BMS標準、操作規程建議和指南（例如API 556和ISA-TR 84.00.05），這些文檔強烈建議BMS必須包含安全儀表功能（SIF）。SIF必須正確地定義風險并進行排序，執行安全完整性計算和等級選擇。應對BMS進行功能測試，并且用戶必須確保按照適用的標準和指南進行系統設計、維護、檢查和測試。

    在安全邏輯解算器中實施BMS的效益包括：提高安全完整性，簡化合規流程，可能降低保險成本，使之符合許多工業指南。如果某些BMS功能由SIS執行，平衡安全性和可用性非常重要。有時會側重于安全要求而不考慮對可用性的影響。如果過程設計合理，SIS系統很少啟動。邏輯解算器連續運行，而無任何處理需求。這種情況下，SIS提供了可用性，以確保工廠能正常運行并產生利潤。

    DeltaV SISTM解決方案

    DeltaV SIS可用于BMS應用，是控制和監測鍋爐單元的安全解決方案。DeltaV SIS完全遵循IEC 61511標準，有效提高安全邏輯的實施和管理。

    模塊化架構

    無論是小型獨立鍋爐，還是包含多個鍋爐和/或多種燃料的大型燃料鍋爐應用——DeltaV SIS規模可變以適應BMS要求。每個模塊化的冗余邏輯解算器都有96個可組態I/O通道。可以按需要添加邏輯解算器——最多達30,000個I/O。模塊化架構特別適合多鍋爐設備，允許每個鍋爐在獨立的邏輯解算器運行，以加強故障隔離并易于維護。

    DeltaV SIS邏輯解算器獲得TüV認證，滿足SIL3應用需求。

    不僅提供在線保護以防止隨機硬件故障導致的誤跳車，冗余還支持在線更換、驗證試驗和在線固件升級。

    DeltaV SIS系統可作為獨立的安全儀表系統，通過ModbusTCP連接到現有的過程控制系統（BPCS），或與DeltaV系統集成，從而形成一體化的集成式控制和安全儀表系統（ICSS）。

    輕松訪問BMS安全信息

    由于某些BMS系統每次運行數月并且一年只啟動一次或兩次，操作員可能不熟悉BMS邏輯。因此，必須將BMS信息清晰地傳達給操作員——顯示邏輯所在步驟、必須滿足何種條件才能繼續下一步驟以及哪些聯鎖處于活動狀態等。操作員可以輕松地通過DeltaV操作站訪問DeltaV SIS系統中的BMS相關信息，或者訪問其他BPCS操作員界面。在DeltaV操作站，以圖形形式清晰地顯示了聯鎖狀態和順序所在步驟；標準操作員面板可自動提供詳細的安全信息，無需組態。

    DeltaV SIS功能塊提供聯鎖的首出信息，并顯示給操作員。進行所需操作必須經過正確的授權和確認。歷史數據收集功能保存所有首出信息、授權和其他必需的文檔。

    如果將DeltaV SIS安全儀表系統配合DeltaV作為ICSS實施，則鍋爐順序可與調節設備的過程控制回路共同顯示在同一操作員屏幕上。

    減少工程量

    經IEC 61508認證的DeltaV SIS功能塊專為鍋爐管理系統的順序控制而設計。為了用簡單的矩陣形式以說明不同的鍋爐狀態和需要的條件，艾默生開發了一種獨特的方法。一個頁面顯示狀態、激活的跳車條件、閥門位置以及如何從一種狀態轉換到另一種狀態。這種格式可以輕松地轉換為DeltaV SIS功能塊所需的參數；簡化組態，無需進行復雜或定制的編程。

    在定義BMS應用時，以下功能塊是關鍵組成部分

    （1）LSSTD狀態遷移圖

    LSSTD功能塊在邏輯解算器中執行一個用戶定義的狀態機制。狀態機制會描述可能的狀態以及系統中可能出現的在這些狀態之間的轉換。例如，“吹掃”、“點火”、“運行”都可以是定義的狀態，通過特定的操作員輸入（例如“啟動”）或設備輸入（例如累積的空氣流量）指示狀態變化。

    （2）LSSEQ定序器

    基于從狀態轉換功能塊獲得的當前鍋爐狀態，驅動一系列離散輸出。

    （3）LSCEM因果矩陣

    執行聯鎖和許可邏輯，多達16個輸入（因）、16個輸出（果）關聯起來，用于控制一個或多個最終元件。功能塊包括基于狀態的原因(CAUSE)掩碼，并允許每個定義的鍋爐狀態有不同的跳車條件。首出功能可快速識別任何跳車條件的根本原因，盡可能減少停車時間。

    綜合變更管理

    DeltaV SIS系統的變更管理支持法規要求并簡化IEC 61511的合規流程。可以記錄DeltaV SIS系統邏輯中所有變更的變更內容、變更執行者和變更時間。

    除了識別變更執行者，DeltaV SIS系統還記錄SIS邏輯的變更內容。變更的精確描述可以用圖形和文本的形式呈現——變更、添加和刪除都帶有色碼。根據標準的要求，只能由具有恰當資質的人員執行編輯和確認。為確保由恰當的人員進行審核，在項目開始時就要確定人員分組、授權。

    交付成果

    有了正確的順序和聯鎖，DeltaV SIS系統中的BMS應用可以可靠地幫助鍋爐單元安全度過所有相關狀態，從啟動、運行直至停車（如有必要）。

    靈活地滿足BMS需求——規模可變；

    提高了過程可見性——可從同一應用程序/屏幕/顯示器查看BMS順序和控制；

    降低了工程量和功能塊的復雜性——簡化了設計、組態和測試，最終節約了時間。

    摘自《自動化博覽》11月刊