工业安全之解读SIS与DCS的集成趋势

• 关键词：工业化,工厂控制,,DCS
• 摘要：随着SIS系统使用场合的扩大，工厂控制系统DCS与SIS的集成屡屡被提及。在以前，DCS与SIS往往分别设计、分别建设，主要原因是控制系统的可靠性不足以保证安全系统的可靠性。近年来，DCS技术不断发展，其可靠性也大幅度提高，成本降低，系统的健壮性也达到与SIS系统相当的水平。对DCS在承担安全功能任务的担心减少了，这使得DCS与SIS的无缝集成问题成为了设计者、生产制造商、终端用户共同关注的话题，并且已经提到了议事日程上来。

      工业化的推进在为人类生活提供丰富物质的同时，也逐渐成为威胁人身安全的“杀手锏”，生产事故的频发使得安全生产这一话题越来越受到关注。为确保工厂生产过程的安全，安全仪表系统（SIS）在保障过程工业安全方面已经成为主力军。

　　随着SIS系统使用场合的扩大，工厂控制系统DCS与SIS的集成屡屡被提及。在以前，DCS与SIS往往分别设计、分别建设，主要原因是控制系统的可靠性不足以保证安全系统的可靠性。近年来，DCS技术不断发展，其可靠性也大幅度提高，成本降低，系统的健壮性也达到与SIS系统相当的水平。对DCS在承担安全功能任务的担心减少了，这使得DCS与SIS的无缝集成问题成为了设计者、生产制造商、终端用户共同关注的话题，并且已经提到了议事日程上来。

　　SIS与DCS采用何种方式集成？

　　尽管在IEC 61508中，没有强烈要求SIS系统必须独立设计，但它强烈建议DCS与SIS两种系统分离，它们之间的分离可使用同种分离或异种分离。中国石化集团北京燕山石油化工有限公司高级工程师王立奉介绍，从目前的情况看，同种分离意味着DCS与SIS系统使用同一制造商的相同技术，譬如使用同一个DCS制造商生产的SIS；而异种分离则意味着DCS和SIS使用同一制造商或不同制造商的不同技术。同种分离有助于降低随机失效，在设计与维护上有一些优势，因为这降低了维护错误的可能性；异种分离有利于降低系统失效率和减小共因失效。

　　这种功能上的分离与物理上的集成并不矛盾，在功能上减小失效的机率，在物理上应用于同一过程，从客户的角度看，其信息实现了整合。王立奉介绍说：“非安全功能的失效不会引起安全功能的危险失效，即可考虑DCS与SIS系统的集成使用。”

　　目前，在石化企业的生产装置中，DCS与SIS之间多采用控制器间硬连线通信方式（Modbus通信等）集成，从而将SIS数据传送到DCS系统中。采用此集成方式主要是由于DCS和SIS是两个独立的系统，需要单独的系统设计和单独的物理设备组态软件、算法逻辑组态软件、人机界面组态软件，采用不同的维护方式。连接两套系统的额外工作又带来了很多不便，因此无缝集成的问题就被提出了。

　　此外，面向过程控制的OLE，即OPC技术已经成为系统和设备之间通讯的实质性的标准。王立奉举例说：“EMERSON DeltaV SIS通过OPC将SIS与DCS连接起来。OPC数据存取实现了实时的数据集成，通过OPC Mirror，DeltaV SIS中的数据可以方便地配置到已装在DCS中的OPC服务器中。集成化还包括OPC报警和事件，它向特定的工厂事件记录器提供SIS预报和事件信息。

　　DCS与SIS集成的解决方案

　　DCS与SIS的集成一般分为三种情况，王立奉也向记者详细地介绍了这三种情况：

　　第一种情况是：DCS与SIS采用不同的硬件结构（控制器）、控制网络、人机界面，也就是之前说的异种分离。将这样不同的系统通过网关相互连接，以便进行数据交换。两个系统使用不同的工程组态工具，这种方式可称为不同控制器、不同网络的集成；

　　第二种情况是：DCS与SIS采用不同的硬件结构，但采用统一的通信网络，使用共同的工程组态工具，工程上一个网络可加快项目的执行速度；

　　第三种情况是：DCS与SIS采用共同的硬件结构，同一个通信网络、人机界面，即DCS与SIS在物理上集成，在逻辑上分开的无缝集成。标准DCS程序和安全SIS程序平行执行，相互独立。

　　如何实现DCS与SIS的无缝集成？

　　由于共同的系统结构提供了非常容易的系统设计，DCS与SIS不必设计成分离的方案和通信，两者之间流畅的数据交换不需要任何网关/接口单元；同时，一套共同的通信网络可加快项目的执行，既可实现SIS安全控制器之间的数据交换，DCS也可以通过位号读取SIS系统中的数据；另外，共同的操作与监控平台有利于实施有效的操作。

　　王立奉认为这种无缝集成的解决方案为操作人员提供了极大的便利。在紧急情况发生时，操作人员可以在第一时间获得所需信息，迅速、准确地作出判断，并立即采取行动；SIS的SOE功能为事故的原因分析提供了有力的手段，控制系统与安全仪表系统在统一的人机界面下进行维护作业，有助于防止误操作。DCS与SIS集成解决方案的比较见表1所示。

　　近十年来，DCS与SIS系统集成的成功案例已有很多。王立奉举例说：“德国PROFIBUS协会在1999年初，在PROFIBUS的基础上，提出了PROFI safe安全应用接口标准，使安全系统与控制系统通信和集成成为可能。目前，已有包括石油化工在内的3000多套系统应用。”

　　同时，他指出，两者集成的优势显而易见。首先，PROFI safe和PROFIBUS标准功能的系统可以共存、连接和通信；同时，大幅度降低了电缆成本与设备成本，设备的诊断和状态监视也变得简单，大大减轻了维护人员和设计人员的技术负担；备品备件也大幅减少，由于现场总线技术也通过了SIL认证，所以安全系统也可以和现场总线安全仪表产品、现场总线（HART、Foundation field bus）、DCS产品、工厂仪表设备资产资源管理系统（PRM）集成，使用统一的人机界面与工作站，功能大大增强。

　　工作/方案 DCS与SIS的无缝集成 DCS与SIS集成现状 比较

　　系统设计 统一系统设计及机柜设计，一套无缝集成的方案。 DCS和SIS分离的设计方案 无缝集成将更节省时间和人力，系统的总体性能更优。

　　人机界面 集成的人机界面可以同时显示来自DCS与SIS的信息。 DCS和SIS分离的人机界面 无缝集成可以加快系统的实施并节省人力。在装置开车和日后的运行过程中提高操作人员的操作效率，减少误操作的发生。集成的报警和事件记录便于故障分析。

　　系统通讯连接 一套控制网络 不同的控制网络，只能通过Modbus通讯等实现实时数据的通讯。 集成现状方案要额外增加连接两套系统的工作量，也不便于日后的维护，而且只能在DCS上看到实时数据，无法看到SIS的系统诊断信息、报警信息、SOE信息，DCS和SIS之间无法时钟同步。无缝集成方案可以解决以上问题，不需要花费额外的人力和时间。

　　系统维护 统一的维护规程 DCS和SIS两套不同的维护规程 无缝集成方案将更加节省维护成本，并提高维护效率。