潞安集团煤化工企业ESD(SIS)系统现状分析

【摘 要】潞安集团在加强煤矿企业井下安全的同时，也非常重视煤化工企业生产安全，ESD（SIS）系统作为安全控制系统，要应用好、管理好，引起高度重视。

【关键词】ESD（SIS）系统；本质安全；HIMA

前 言

国家安监总局［2009］116号文件精神，明确要求涉及15种危险工艺的关键危险岗位，必须安装自动控制系统和紧急停车系统。ESD（Emergency Shutdown Device）紧急停车系统，有的企业也叫SIS(safety instrumented system)安全仪表系统。当然，SIS系统应该比ESD系统范围更广，从其命名，首先就可以看出来，其是个完整的，更关注整体性的一个概念，一个系统，整个安全性是建立在整个安全机制之上的，包括了安全性的控制器（ESD）,安全型的仪表，安全型执行器等。ESD（SIS）系统体现了对化工企业本质安全的要求。潞安集团是山西省五大煤炭集团之一，在大力发展煤炭产业的同时，大举进军煤化工产业。在此形势下，煤化工企业更应加强ESD（SIS）系统管理，打造本安型煤化工企业。

1、ESD系统简介

常见的ESD系统提供商有Triconex，HIMA，西门子，霍尼韦尔，ABB，Emerson等，潞安集团现使用的ESD系统主要包括霍尼韦尔的FCS系统、HIMA的H51q―HRS系统、Triconex公司ITCC系统等。康吉森Triconex和黑马HIMA的ESD系统应占到国内化工ESD系统大部分的市场份额，他们完全可以与其它的DCS系统通讯与兼容。ESD安全系统按照安全独立原则设置，该系统独立于DCS集散控制系统，且安全级别高于DCS系统，安全等级达SIL3以上，ESD系统控制器（CPU）必须为三重化或四重化冗余、容错结构，电源、I/O总线、输入到输出I/O卡以及通讯卡件必须是三重化结构或双重化卡件冗余。一般情况下，ESD系统将与DCS系统进行通讯，ESD系统的执行一般无人干预（可有紧急停车按钮），所有现场仪表信号包括ESD系统的运行信号，应通讯到DCS系统，供操作员浏览与判断。为了保证ESD系统的可靠性，系统内仪表及执行机构，原则也应该达到相应的安全等级，如SIL2以上，关键的仪表应与DCS系统仪表独立。

2、ESD（SIS）系统的管理

如何才能管理好ESD（SIS）系统呢，首先，是做好系统的调试工作，系统在调试时，系统的联锁、报警值必须设置良好，细心校对，程序编制完成后，要做好与DCS系统的通讯，ESD系统与DCS系统通讯完成后，应该对ESD系统进行打点测试，除对于现场仪表单点测试外，应该模拟联锁因果表中条件，进行系统联锁调试。对于具有紧急停车按钮的仪表，也应进行试运行，在系统投运后，应做好系统包括现场仪表的巡检工作，及时发现和处理故障仪表，确保ESD系统的安全运行。下面以潞安集团应用的HIMA--HRS系统为例进行说明。

HIMA公司的系统包括HIMax、HIQuad、HiMatric、Planar4等产品，其中HiQuad的H41q/H51q系统为CPU四重化结构，每两个微处理器集成在一块CU上，由两块同样的CU组成中央控制单元。H51Q系统比H41Q系统，可接入更多的信号点。HIMA的PES安全系统，主要包括H41q和H51q两个系列，是世界上唯一一家“无故障修复时间限制”（即在系统故障时，无倒计时安全时间限制）的PES（Programmable Electronic Systems）系统，因为HIMA不冗余的系统（如H51q-HS）即达到了TUV-AK6的安全等级，冗余仅仅增加了其实用性，且系统的所有卡件均可在线热插拔；HIMA安全系统的安全性不仅表现在CPU和I/O卡是AK6认证的，而且其卡笼也是AK6认证的。这是由HIMA独到专利的安全设计理念做保障的，如系统5V和外供24V相隔离、I/O通道间安全隔离、系统的安全三级控制、Walking-bit、STUCK-ON、STUCK-OFF、DO通道上的第二方独立控制、专利的交流板电路设计及HIMA独特的系统散热结构设计，这些都是其他系统所无法比拟的，也是系统安全运行的保障；H51q-HRS系统，它突出的特点是卡笼冗余（上下1：1热备），工作方式是1:1在线,容错，带诊断（系统硬件诊断能力99.99%、软件诊断能力0.09～0.1%，覆盖率99.99%以上），是HIMA第三代故障安全型控制系统，它达到了IEC61508要求的SIL3等级，CPU为两级容错。

黑马的系统软件为ELOP II，可使用个人计算机对HIMA系统进行组态、监视、操作和文档管理、用户程序输入，且把它编译成机器码，这些工作可以在个人计算机上完成，而不需要连结PES。ELOP II软件包是符合IEC61131-3标准的工业化软件包，提供标准功能块语言进行编程，可执行逻辑运算、PID、顺序控制等各种控制程序。ELOP II-WINDOWS XP软件包的反向编译功能允许在线修改，下装程序而勿须进行下装后的100%的逐点测试（此功能经TUV认证）。完全可以满足石化行业的，各类危险型装置和各种设备的安全控制要求。为了装载、测试和监视ESD（SIS），个人计算机可通过串行接口或TCP/IP与SIS连接在一起。它是世界上第一家获得安全认证的、具有反向编译功能的、在Windows2000上开发的新一代集高可靠性与编程灵活性于一体的编程软件。操作员软件WIZCON则把画面显示和报警功能于一体，具有强大的二次开发能力；WIZCON是一个数据采集和监控软件，WIZCON在项目中常使用它的三个基本功能：1.SOE(顺序事件记录)；2.画面显示和控制；3.HSR(高速记录仪)。

HIMA系统既可以通过F8650卡或F8621通讯卡与MODBUS协议为主的Honeywell及Emerson等DCS系统通讯，也可以通过F8628通讯卡与Siemens、ABB等厂家系统进行PROFIBUS-DP协议通讯，以Siemens的PCS7系统为例，设置通讯的简单步骤是，在HIMA组态软件ELOPII中，应组建PROFIBUS-DP-salve的相关设置，在西门子PCS7系统中，应导入黑马GSD文件，便可以在step7软件HW CONFIG 中，找到F8628设备图标，插入到冗余的S7-400控制器中，选择通讯端口为CPU的DP通讯口，进行相关的设置后，需要导入HIMA提供的CFC程序块，进行CFC块编程，然后，把变量表中信号传到画面中，供操作员使用。许多现场仪表的信号可能经过一进两出安全栅同时接入到DCS系统与ESD系统，ESD系统控制的大部分是切断阀，这些阀门在联锁条件解除后，只能在DCS系统中通过复位重新打开。ESD系统中的SOE软件，也可以详细记录系统运行情况，供系统管理员查看。

3、结束语

ESD（SIS）系统一般不需要人工干预和操作，这是它区别于DCS系统的一个重要标志。一旦，我们事先设定的危险条件满足，它就会自动进行相关的保护工作，系统程序正常下装后，程序全部在CPU中运行，无需在工程师站上进行操作。总之，潞安集团在发展煤化工产业同时，加大了安全的投入，加强了安全检查和管理，ESD（SIS）系统，作为一个安全控制系统，应该设计好、操作好、维护好，发挥它在安全管理中应有的作用。