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     活動(dòng)鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專題---設(shè)備安全與信息安全攜手2012  

    （中石化集團(tuán)北京燕山分公司,北京102500） 李政

    摘要：本文通過HONEYWELL公司SM(safty manager)安全管理系統(tǒng)在橡膠裝置中的應(yīng)用實(shí)例，重點(diǎn)介紹了該系統(tǒng)的硬件組成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組態(tài)方法。另外對(duì)系統(tǒng)投用過程中遇到的實(shí)際問題及解決方法進(jìn)行了闡述。

    關(guān)鍵詞：SM系統(tǒng)；安全；橡膠

    Abstract:This article discusses the application of Honeywell’s SM Safety Management System in the rubber plant. It focuses on introducing the hardware components of the system, the structure of network and the methods of configuration. Meanwhile, it describes the practical problems and solutions during using this system.

    Key Words：SM System, Safety, Rubber

    1 前言

    燕山石化橡膠裝置生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為3萬(wàn)噸，是目前國(guó)內(nèi)唯一的一套裝置。生產(chǎn)過程中如控制不好容易有副反應(yīng)發(fā)生，并且物料中有溴、焦亞硫酸氫鈉等有毒有害物質(zhì)，為保證生產(chǎn)安全，除了采用DCS控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控外，還必須有一套獨(dú)立于DCS系統(tǒng)之外的緊急停車系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本裝置采用了Honeywell公司的推出的SM（Safety Manager）安全管理系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過程及生產(chǎn)設(shè)備起到了良好的監(jiān)控和保護(hù)作用。

    2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    2．1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    ①HONEYWELL SM系統(tǒng)能夠擴(kuò)展4個(gè)系統(tǒng)機(jī)柜，35個(gè)I/O子機(jī)架，每個(gè)I/O子機(jī)架可容納18個(gè)I/O模塊，最大可以處理630個(gè)I/O模塊

    ②SM采用FLD功能邏輯圖進(jìn)行編程。采用符號(hào)庫(kù)生成有關(guān)邏輯，簡(jiǎn)單方便，避免了編程可能導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

    ③通過PC工作站可存取所有的系統(tǒng)變量。輸入輸出的強(qiáng)制（force）功能，可改變輸入輸出的狀態(tài)，輸入輸出的變化過程及強(qiáng)制狀態(tài)都被記錄下來。

    ④系統(tǒng)高度的自診斷功能，確保能隨時(shí)檢測(cè)出系統(tǒng)硬件、軟件及操作所發(fā)生的故障，報(bào)警并記錄下來，提醒維護(hù)工程師及時(shí)處理；所有新更換的硬件被系統(tǒng)CPU測(cè)試通過后才被接收，測(cè)試出的錯(cuò)誤信息及過程變量可通過SOE功能存檔；輸入輸出強(qiáng)制功能方便及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種故障；FLD及回路狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)科方便及時(shí)了解過程狀態(tài)信息。

    ⑤SM系統(tǒng)的輸入輸出電路都有短路保護(hù)功能，任何外部的短路都可被系統(tǒng)診斷出來，并且外部短路不會(huì)導(dǎo)致I/O卡件損壞。

    ⑦SOE時(shí)間記錄功能，能完整記錄系統(tǒng)本身及生產(chǎn)過程出現(xiàn)的工藝參數(shù)狀態(tài)改變，可通過打印機(jī)在線打印或者存儲(chǔ)在PC機(jī)硬盤供日后事故分析。

    2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    SM系統(tǒng)在溴化丁基裝置中由1個(gè)系統(tǒng)機(jī)柜，1個(gè)輔助機(jī)柜，1臺(tái)工程師站以及其他輔助配件構(gòu)成。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：
            
                     

                                             圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)             

             
    SM系統(tǒng)的硬件由冗余控制器，I/O輸入卡組成。

    3 Safety Manager系統(tǒng)組態(tài)

    S M（Safety Manager）應(yīng)用Safety Builder進(jìn)行組態(tài)，組態(tài)分為off-line離線組態(tài)和on-line在線監(jiān)測(cè)兩種模式，在Configuration中組完態(tài)，Application Compiler無誤下裝后，可以在On-line 中Application Viewer在線監(jiān)測(cè)邏輯功能的實(shí)現(xiàn)與否，如有邏輯修改則回到Configuration更改，再進(jìn)行下裝程序。可以根據(jù)不同的情況選擇在線下裝或離線下裝。在On-Line狀態(tài)下，可以對(duì)對(duì)相應(yīng)邏輯進(jìn)行強(qiáng)制等。系統(tǒng)組態(tài)包括網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、硬件組態(tài)、I/O點(diǎn)組態(tài)和邏輯組態(tài)，

    下面對(duì)幾種組態(tài)進(jìn)行介紹

    3.1 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

    Network Configurator 可提供物理視窗（physical view）和邏輯視窗（logical view）兩種顯示模式,其中physical view用來創(chuàng)建SM控制器和其它組件之間的物理連接，logic view 用來創(chuàng)建SM控制器和其他組件的邏輯連接。通過Network Configurator可以對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行備份和恢復(fù)功能。

      如圖2所示為物理視窗，其中yanshan相當(dāng)于整個(gè)工程，在工程中包括PKS服務(wù)器（Experion Server）和Safety Builder兩部分，其中PKS服務(wù)器同SM控制器(SM Controller)通過FTE網(wǎng)進(jìn)行通訊。  

               
                                    圖2 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

    3.2 硬件組態(tài)

    通過硬件組態(tài)可實(shí)現(xiàn)定義SM系統(tǒng)需要的系統(tǒng)機(jī)柜、分配控制器、分配冗余和非冗余的I/O通道、分配I/O卡等功能。組態(tài)需注意以下幾點(diǎn)

    ①系統(tǒng)機(jī)柜最少一個(gè)最多四個(gè)，通過組態(tài)可以對(duì)其進(jìn)行命名。

    ②每個(gè)非冗余或者一對(duì)冗余控制器最多可以有四個(gè)IO BUS，每個(gè)IO BUS最多可以連接10個(gè)IO Chassis。

    ③通常第一個(gè)添加的Classis一定是控制器Chassis，添加冗余的IO Chassis需要冗余的IO BUS,添加非冗余的IO Chassis需要非冗余的IO BUS。

    系統(tǒng)主要硬件：控制器（QPP）、通訊卡件（USI）、電源卡件（PSU）設(shè)計(jì)為雙重化。

    ④添加Controller Chassis后，控制器等卡件就被自動(dòng)添加。每個(gè)IO Chassis從左到右18個(gè)槽位可用于安裝I/O卡件，每個(gè)槽位可以安裝不同類型的IO。

    3.3 I/O點(diǎn)組態(tài)

    在左瀏覽工具條中的圖標(biāo)打開Point Configurator窗口，進(jìn)入點(diǎn)組態(tài)畫面。進(jìn)而進(jìn)行組態(tài)，下面以PT-16530B為例對(duì)點(diǎn)組態(tài)內(nèi)容進(jìn)行介紹，

                                   表1 點(diǎn)組態(tài)描述  

                      

    建立好點(diǎn)后可以通過導(dǎo)入和導(dǎo)出功能，實(shí)現(xiàn)SM數(shù)據(jù)庫(kù)和Excel數(shù)據(jù)庫(kù)的點(diǎn)導(dǎo)入和導(dǎo)出實(shí)現(xiàn)批量修改
  
                 
                                          圖3 Excel數(shù)據(jù)庫(kù)  

    若需要?jiǎng)h除點(diǎn)則需要輸入DELETE，存盤后重新導(dǎo)入即可。

    SM系統(tǒng)可以采用通訊的方式實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，溴化丁基裝置使用HONEYWELL的EPKS DCS系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)共用FTE網(wǎng)絡(luò)，在系統(tǒng)通訊點(diǎn)數(shù)允許的情況下，可以互相進(jìn)行無縫通訊連接。在SM組態(tài)當(dāng)中，若進(jìn)行與DCS通訊組態(tài)Communication allocation時(shí)，需要在建點(diǎn)時(shí)為該點(diǎn)分配通訊地址，其他組態(tài)與普通I/O點(diǎn)組態(tài)相同，同時(shí)在DCS QUICK BUILDER中建立相應(yīng)的點(diǎn)，通訊地址與SM系統(tǒng)中該點(diǎn)的通訊地址保持一致，即可在DCS中調(diào)用該點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

    3.4 邏輯組態(tài)

    聯(lián)鎖邏輯圖在SM Application Editor中對(duì)故障安全控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序通過功能邏輯圖來實(shí)現(xiàn)，功能邏輯圖簡(jiǎn)稱FLD，系統(tǒng)提供大量的邏輯、算術(shù)、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、PID等運(yùn)算模塊，可根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選擇相應(yīng)的I/O符號(hào)，直接使用與、或、非的邏輯圖的方式實(shí)現(xiàn)用戶的邏輯功能，此外，還可以用Function Block模塊定義需要的功能塊，以子程序形式在其他程序中調(diào)用，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的邏輯控制。

    以膠粒水沉降聯(lián)鎖控制方案為例，工藝要求，當(dāng)沉降罐SA-1606液位LDT-16122低于報(bào)警設(shè)定值3.37%時(shí)，需關(guān)閉泄放調(diào)節(jié)閥LV-16125。

    由于該閥門是氣開閥，為實(shí)現(xiàn)該功能，可通過控制電磁閥LSY-16125帶電（失電），進(jìn)而控制氣源開閉從而控制閥門。具體邏輯關(guān)系為， LDT-16122檢測(cè)值與報(bào)警設(shè)定值（3.37%）進(jìn)行比較，當(dāng)大于報(bào)警設(shè)定值時(shí)，處于正常狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥電磁閥LSY-16125帶電，可以在DCS進(jìn)行正常操作。當(dāng)?shù)陀趫?bào)警設(shè)定值時(shí)，聯(lián)鎖發(fā)生，電磁閥失電，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，同時(shí)產(chǎn)生液位低低報(bào)警到SOE進(jìn)行記錄，工藝人員無法對(duì)該閥門進(jìn)行操作。當(dāng)液位恢復(fù)到正常值后，需通過復(fù)位按鈕RS-16009手動(dòng)對(duì)該聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行復(fù)位，電磁閥帶電，調(diào)節(jié)閥可重新投入使用。

    此外為了實(shí)現(xiàn)旁路功能，添加旁路按鈕，旁路按鈕輸出與比較塊輸出進(jìn)行”或”邏輯運(yùn)算，如工藝條件需要可以通過BYPASS1613進(jìn)行旁路。

    膠粒水沉降連鎖FLD如圖4所示。
          
                   
                                     圖4 膠粒水沉降FLD

    4 強(qiáng)制操作

    SM系統(tǒng)可針對(duì)系統(tǒng)中的某一點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)制，強(qiáng)制方法為右鍵點(diǎn)擊需要強(qiáng)制的點(diǎn)，數(shù)字量選項(xiàng)分別為”LOW”、“HIGH“、“CLEAR”,分別對(duì)應(yīng)“0“、“1”和解除強(qiáng)制；模擬量點(diǎn)在強(qiáng)制時(shí)可直接輸入設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制功能，強(qiáng)制后，點(diǎn)輸出端顯示當(dāng)前實(shí)際值，邏輯塊輸入端顯示當(dāng)前強(qiáng)制值。

    在線狀態(tài)下可以通過選擇view all force查看所有強(qiáng)制點(diǎn)，并對(duì)系統(tǒng)所有強(qiáng)制點(diǎn)進(jìn)行整體解除強(qiáng)制。此外通過復(fù)位開關(guān)到OFF可以清除所有強(qiáng)制，并且不能任何強(qiáng)制。
   
                   
                                        圖5 系統(tǒng)強(qiáng)制

    5 遇到問題及解決方法

    (1) 打印邏輯圖時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)BUG，最后一幅圖隨機(jī)覆蓋前面一幅圖。解決方法，目前需要重新導(dǎo)入備份的工程文件，進(jìn)行在線下裝，即可恢復(fù)。

    (2) 程序修改無法進(jìn)行在線下裝，經(jīng)查報(bào)警信息，發(fā)現(xiàn)一卡件通道故障，經(jīng)更換后解決。

    (3) 當(dāng)修改內(nèi)容較多時(shí)，在下裝時(shí)系統(tǒng)會(huì)提示無法進(jìn)行再線下裝，必須進(jìn)行離線下裝。遇到此種情況，如無法進(jìn)行離線下裝，可點(diǎn)擊“restore”按鈕，對(duì)CPU內(nèi)容進(jìn)行恢復(fù)，并投入正常使用。

    6 結(jié)語(yǔ)

    本裝置的SM系統(tǒng)目前已完成軟件組態(tài)、設(shè)備調(diào)試階段，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是操作比較簡(jiǎn)單、組態(tài)較為方便、系統(tǒng)可靠性高。它將為溴化丁基裝置的安全、可靠運(yùn)行提供重要的保障。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 霍尼韋爾自動(dòng)化學(xué)院．Safety Manager中文參考手冊(cè) [M]．Honeywell．

    2] EP-SM.MAN-6404-EU. Safety Manager Implementation Training Reference[M]. Release131, 3 July 2008.

    [3] 王接煥．SIS系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 [J]. 海峽科學(xué)2009.．7(45-46)．

    作者簡(jiǎn)介：李政（1987-），男，助理工程師，畢業(yè)于北京化工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于中石化集團(tuán)北京燕山分公司。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第三期