ICSTriplex在海洋石油采油平臺安全系統(tǒng)中的應(yīng)用

任勁松 林永章(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

在有石油和化工品儲藏的地方，ESD和FGS所起到的主要作用是保護(hù)現(xiàn)場的安全，當(dāng)今社會比較注重以人為本的思想理念，由此，石油和化工場地安全性已經(jīng)引起了人們的高度重視，這就進(jìn)一步提高了對安全系統(tǒng)的更嚴(yán)格的要求。一般石油和化工現(xiàn)場采用火氣系統(tǒng)(FGS)與緊急關(guān)斷系統(tǒng)(ESD)兩種系統(tǒng)一同來構(gòu)成整個(gè)現(xiàn)場的安全系統(tǒng)，以確保現(xiàn)場人員及其設(shè)施的安全性。經(jīng)過技術(shù)比對最終選用AB的ICS Triplex系統(tǒng)作為本項(xiàng)目的安全控制系統(tǒng)。

1 ESD & FGS系統(tǒng)介紹

ESD（Emergency Shutdown）的中文意思是是緊急關(guān)斷。究其字面意思不難理解，所謂的緊急關(guān)斷系統(tǒng)其實(shí)就是某裝置在其生產(chǎn)或者是運(yùn)行的過程中，遇到突發(fā)事件，在十分緊急的狀態(tài)下，對其停止運(yùn)行或生產(chǎn)，從而使裝置的安全性得到保障的一種設(shè)施，避免危險(xiǎn)擴(kuò)散造成巨大損失。

FGS（Fire & Gas System）提供對現(xiàn)場火災(zāi)、可燃?xì)怏w和有毒氣體的檢測，當(dāng)有意外發(fā)生時(shí)，啟動消防設(shè)備和關(guān)閉風(fēng)機(jī)風(fēng)閘，必要時(shí)觸發(fā)相應(yīng)的ESD關(guān)斷，保護(hù)人員及設(shè)施的安全。

ESD和FGS統(tǒng)稱為安全系統(tǒng)，動作時(shí)應(yīng)觸發(fā)聲音報(bào)警器和視覺報(bào)警器，以通知人員作出相應(yīng)的應(yīng)對措施。

安全系統(tǒng)按照安全獨(dú)立原則要求，獨(dú)立于生產(chǎn)控制系統(tǒng)（DCS），其安全級別高于生產(chǎn)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置的安全性，安全級別用安全完整性等級（SIL）表示，一般要達(dá)到SIL2以上。也可以通過對DCS的采用來實(shí)現(xiàn)安全功能。但是那些規(guī)模很龐大的安全系統(tǒng)，在設(shè)置的時(shí)候必須根據(jù)安全獨(dú)立的原則把它跟DCS進(jìn)行分開來設(shè)置，為什么要分開？有以下原因:

1.1 把它們分開設(shè)置就可避免控制功能和安全功能在同一時(shí)間實(shí)效的可能，當(dāng)需要對DCS產(chǎn)生的部分故障進(jìn)行維護(hù)時(shí)，安全系統(tǒng)不會因此二而危及到；

1.2 安全系統(tǒng)的反應(yīng)速度越快越好，時(shí)間就是生命，反應(yīng)快了可以有效地對人員和設(shè)備進(jìn)行更好的保護(hù)，防治事故進(jìn)一步擴(kuò)展；對事故原因的分辨也有好處。因?yàn)镈CS需要對大批量的檢測信息進(jìn)行處理，所以它的反應(yīng)速度很難提高；

1.3 DCS系統(tǒng)實(shí)際上一種對過程進(jìn)行控制的系統(tǒng)，它是不斷運(yùn)動的，還要人工對它進(jìn)行干預(yù)才行，人工干預(yù)會有操作失誤的時(shí)候；對于ESD和FGS來說，他們是靜止的，就不用人工進(jìn)行干預(yù)了，這樣設(shè)置就避免了人工干預(yù)所產(chǎn)生的操作失誤。

分析資料得知，當(dāng)人處于危險(xiǎn)狀態(tài)的時(shí)候，對于他的判斷和操作來說具有滯后性和不可靠性，當(dāng)操作人員處于危險(xiǎn)時(shí)刻時(shí)，會在1分鐘內(nèi)做出反應(yīng)，錯(cuò)誤判斷率高達(dá)99.9%。由此可見，在設(shè)置的時(shí)候必須根據(jù)安全獨(dú)立的原則把它跟DCS進(jìn)行分開來設(shè)置，是非常有必要的，這樣可以是安全生產(chǎn)得到有效的確保。

2 ICS Triplex系統(tǒng)介紹

ICS Triplex系統(tǒng)支持單重化（1∞1）、雙重化（1∞2）、三重化（1∞3）硬件冗余結(jié)構(gòu)。多重冗余消除了由單一組件失效所引起誤動作或者偽操作的可能性。當(dāng)有組件失效時(shí)，系統(tǒng)自動降級處理。

很多種通訊協(xié)議及方式它都可以支持，這樣可以更便于與第三方設(shè)備或其它ICS Triplex系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊連接和數(shù)據(jù)傳遞。支持的通信協(xié)議有:OPC通訊、Peer to Peer通訊以及MODBUS通訊協(xié)議。主要的通訊方式:①與HMI（人機(jī)界面）通訊:MOD?BUS RTU/TCP，OPC；② 與 DCS 通訊:MODBUS RTU/TCP；③ICS Triplex系統(tǒng)之間的互聯(lián):Peer to Peer。

3 系統(tǒng)架構(gòu)及配置設(shè)計(jì)

工程師站則經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，一般使用冗余的通訊方式把它接在各個(gè)控制器的通訊接口上面，使它控制器的組態(tài)、除錯(cuò)、修改、測試、軟件轉(zhuǎn)載和軟件維護(hù)等，而且還要診斷此安全系統(tǒng)的運(yùn)行情況，把系統(tǒng)出現(xiàn)的故障顯示出來，并打印出此組態(tài)數(shù)據(jù)及其圖形。工程師站兼SOE（Sequence of Events）站功能，對系統(tǒng)出現(xiàn)的各種各樣的報(bào)警和動作進(jìn)行有效的記錄，并存入到硬盤中，這樣有利于查閱、追溯或者是打印。

系統(tǒng)軟件包括:AAdvance、KepServer、Factory Talk SE。第三方軟件KepServer以O(shè)PC方式與控制器建立連接；AAdvance作為控制系統(tǒng)組態(tài)軟件通過KepServer與控制器交互；Factory Talk SE作為上位機(jī)畫面組態(tài)軟件通過KepServer監(jiān)控控制器狀態(tài)。

CPU與IO卡件全部是雙重冗余，保證系統(tǒng)正常狀態(tài)下達(dá)到SIL3。Switch5與Switch6組成安全網(wǎng)絡(luò)，Switch3與Switch4以及上級的Switch1與Switch2組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)配置如下圖所示:

4 結(jié)語

目前本系統(tǒng)已經(jīng)集成并調(diào)試完成，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過系統(tǒng)規(guī)格書要求，并取得了中國船級社（CCS）第三方認(rèn)證。

[1]馬繼棟等。Triplex系統(tǒng)在循環(huán)氫氣壓縮機(jī)控制中的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2008,（5）:43-45.