參與嘉賓：

中國石化集團北京燕山石油化工有限公司高級工程師 王立奉
霍尼韋爾（中國）有限公司過程控制部 李宇霖
ABB（中國）有限公司控制系統部經理 曾碩巍　

   工業化的推進在為人類生活提供豐富物質的同時，也逐漸成為威脅人身安全的“殺手锏”，生產事故的頻發使得安全生產這一話題越來越受到關注。為確保工廠生產過程的安全，安全儀表系統（SIS）在保障過程工業安全方面已經成為主力軍。

　　隨著SIS系統使用場合的擴大，工廠控制系統DCS與SIS的集成屢屢被提及。在以前，DCS與SIS往往分別設計、分別建設，主要原因是控制系統的可靠性不足以保證安全系統的可靠性。近年來，DCS技術不斷發展，其可靠性也大幅度提高，成本降低，系統的健壯性也達到與SIS系統相當的水平。對DCS在承擔安全功能任務的擔心減少了，這使得DCS與SIS的無縫集成問題成為了設計者、生產制造商、終端用戶共同關注的話題，并且已經提到了議事日程上來。

　　SIS與DCS采用何種方式集成？

　　盡管在IEC 61508中，沒有強烈要求SIS系統必須獨立設計，但它強烈建議DCS與SIS兩種系統分離，它們之間的分離可使用同種分離或異種分離。中國石化集團北京燕山石油化工有限公司高級工程師王立奉介紹，從目前的情況看，同種分離意味著DCS與SIS系統使用同一制造商的相同技術，譬如使用同一個DCS制造商生產的SIS；而異種分離則意味著DCS和SIS使用同一制造商或不同制造商的不同技術。同種分離有助于降低隨機失效，在設計與維護上有一些優勢，因為這降低了維護錯誤的可能性；異種分離有利于降低系統失效率和減小共因失效。

　　這種功能上的分離與物理上的集成并不矛盾，在功能上減小失效的機率，在物理上應用于同一過程，從客戶的角度看，其信息實現了整合。王立奉介紹說：“非安全功能的失效不會引起安全功能的危險失效，即可考慮DCS與SIS系統的集成使用。”

　　目前，在石化企業的生產裝置中，DCS與SIS之間多采用控制器間硬連線通信方式（Modbus通信等）集成，從而將SIS數據傳送到DCS系統中。采用此集成方式主要是由于DCS和SIS是兩個獨立的系統，需要單獨的系統設計和單獨的物理設備組態軟件、算法邏輯組態軟件、人機界面組態軟件，采用不同的維護方式。連接兩套系統的額外工作又帶來了很多不便，因此無縫集成的問題就被提出了。

　　此外，面向過程控制的OLE，即OPC技術已經成為系統和設備之間通訊的實質性的標準。王立奉舉例說：“EMERSON DeltaV SIS通過OPC將SIS與DCS連接起來。OPC數據存取實現了實時的數據集成，通過OPC Mirror，DeltaV SIS中的數據可以方便地配置到已裝在DCS中的OPC服務器中。集成化還包括OPC報警和事件，它向特定的工廠事件記錄器提供SIS預報和事件信息。

　　DCS與SIS集成的解決方案

　　DCS與SIS的集成一般分為三種情況，王立奉也向記者詳細地介紹了這三種情況：

　　第一種情況是：DCS與SIS采用不同的硬件結構（控制器）、控制網絡、人機界面，也就是之前說的異種分離。將這樣不同的系統通過網關相互連接，以便進行數據交換。兩個系統使用不同的工程組態工具，這種方式可稱為不同控制器、不同網絡的集成；

　　第二種情況是：DCS與SIS采用不同的硬件結構，但采用統一的通信網絡，使用共同的工程組態工具，工程上一個網絡可加快項目的執行速度；

　　第三種情況是：DCS與SIS采用共同的硬件結構，同一個通信網絡、人機界面，即DCS與SIS在物理上集成，在邏輯上分開的無縫集成。標準DCS程序和安全SIS程序平行執行，相互獨立。

　　如何實現DCS與SIS的無縫集成？

　　由于共同的系統結構提供了非常容易的系統設計，DCS與SIS不必設計成分離的方案和通信，兩者之間流暢的數據交換不需要任何網關/接口單元；同時，一套共同的通信網絡可加快項目的執行，既可實現SIS安全控制器之間的數據交換，DCS也可以通過位號讀取SIS系統中的數據；另外，共同的操作與監控平臺有利于實施有效的操作。

　　王立奉認為這種無縫集成的解決方案為操作人員提供了極大的便利。在緊急情況發生時，操作人員可以在第一時間獲得所需信息，迅速、準確地作出判斷，并立即采取行動；SIS的SOE功能為事故的原因分析提供了有力的手段，控制系統與安全儀表系統在統一的人機界面下進行維護作業，有助于防止誤操作。DCS與SIS集成解決方案的比較見表1所示。

　　近十年來，DCS與SIS系統集成的成功案例已有很多。王立奉舉例說：“德國PROFIBUS協會在1999年初，在PROFIBUS的基礎上，提出了PROFI safe安全應用接口標準，使安全系統與控制系統通信和集成成為可能。目前，已有包括石油化工在內的3000多套系統應用。”

　　同時，他指出，兩者集成的優勢顯而易見。首先，PROFI safe和PROFIBUS標準功能的系統可以共存、連接和通信；同時，大幅度降低了電纜成本與設備成本，設備的診斷和狀態監視也變得簡單，大大減輕了維護人員和設計人員的技術負擔；備品備件也大幅減少，由于現場總線技術也通過了SIL認證，所以安全系統也可以和現場總線安全儀表產品、現場總線（HART、Foundation field bus）、DCS產品、工廠儀表設備資產資源管理系統（PRM）集成，使用統一的人機界面與工作站，功能大大增強。

　　工作/方案 DCS與SIS的無縫集成 DCS與SIS集成現狀 比較

　　系統設計 統一系統設計及機柜設計，一套無縫集成的方案。 DCS和SIS分離的設計方案 無縫集成將更節省時間和人力，系統的總體性能更優。

　　人機界面 集成的人機界面可以同時顯示來自DCS與SIS的信息。 DCS和SIS分離的人機界面 無縫集成可以加快系統的實施并節省人力。在裝置開車和日后的運行過程中提高操作人員的操作效率，減少誤操作的發生。集成的報警和事件記錄便于故障分析。

　　系統通訊連接 一套控制網絡 不同的控制網絡，只能通過Modbus通訊等實現實時數據的通訊。 集成現狀方案要額外增加連接兩套系統的工作量，也不便于日后的維護，而且只能在DCS上看到實時數據，無法看到SIS的系統診斷信息、報警信息、SOE信息，DCS和SIS之間無法時鐘同步。無縫集成方案可以解決以上問題，不需要花費額外的人力和時間。

　　系統維護 統一的維護規程 DCS和SIS兩套不同的維護規程 無縫集成方案將更加節省維護成本，并提高維護效率。

工業安全之過程安全控制四問