摘要：
PAC8000控制系統(tǒng)可提供常規(guī)的PLC或DCS控制系統(tǒng)，同時(shí)可提供滿足IEC61508和IEC61551標(biāo)準(zhǔn)的、具有SIL2認(rèn)證的安全控制器和安全I(xiàn)O模塊，具有SIL2認(rèn)證的安全控制系統(tǒng)又稱之為SafetyNet系統(tǒng)。
SafeyNet安全系統(tǒng)采用與PAC8000常規(guī)控制系統(tǒng)相同的系統(tǒng)架構(gòu)，并使用同一個(gè)編程平臺(tái)，這種方式使得SafeyNet系統(tǒng)的安裝、組態(tài)與編程更為容易與方便，對(duì)于要求達(dá)到SIL2安全等級(jí)要求的火氣控制系統(tǒng)SafetyNet系統(tǒng)性價(jià)比更高，系統(tǒng)實(shí)施與維護(hù)更為方便快捷。
1. 項(xiàng)目背景
西氣東輸陜京2線增輸工程新建榆林壓氣站、陽(yáng)曲壓氣站、石家莊壓氣站和興縣壓氣站可燃?xì)?火焰檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，由可燃?xì)馓綔y(cè)器、火焰探測(cè)器、火災(zāi)和氣體控制報(bào)警系統(tǒng)組成，用于上述壓氣站壓縮機(jī)廠房?jī)?nèi)的可燃?xì)怏w和火焰的檢測(cè)和報(bào)警。火氣系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)控制器、網(wǎng)絡(luò)和電源冗余，系統(tǒng)安全等級(jí)為SIL2，系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照模塊化的設(shè)計(jì)原理，提供較高的實(shí)用性和可靠性。系統(tǒng)具有完善的自診斷功能。系統(tǒng)的組件機(jī)架安裝，采用模塊化及插入式的設(shè)計(jì)。模塊無(wú)需特殊工具就能進(jìn)行更換， 故障部件能夠進(jìn)行熱插拔更換。
2. SafetyNet控制系統(tǒng)
2.1 總述
SafetyNet控制系統(tǒng)是面向工廠自動(dòng)化的新一代模塊化開(kāi)放式安全控制系統(tǒng)，采用先進(jìn)的安全型RailBus總線構(gòu)架；雙重化的硬件體系結(jié)合全面的冗余容錯(cuò)技術(shù)和特有的故障安全策略，使得系統(tǒng)可靠性達(dá)到99.999%。高速的控制器和大容量?jī)?nèi)存保證系統(tǒng)的執(zhí)行速率和精度。SafetyNet同時(shí)提供獲得IEC 61508 SIL2認(rèn)證的控制模塊，為用戶提供符合安全要求的ESD與F&G控制系統(tǒng)。
2.2 硬件構(gòu)架
底板
采用先進(jìn)的RailBus總線技術(shù)的控制器底板和I/O模塊底板，每個(gè)控制器底板可安裝一對(duì)冗余的控制器，一個(gè)電源監(jiān)測(cè)模塊，同時(shí)備有兩個(gè)9針的RS485接口，支持MODBUS RTU協(xié)議。每個(gè)I/O底板可安裝8個(gè)IO模塊，模塊與模塊間相互隔離，支持熱插拔。
主控制器
獲得SIL2認(rèn)證的 SafetyNet控制器采用IBM PowerPC 266MHz 32位微處理器(等同于Pentium512MHz)，25M內(nèi)存，雙以太網(wǎng)和串行通訊接口，支持API、現(xiàn)場(chǎng)總線、ModBus、HART、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊以及OPC，可以實(shí)現(xiàn)冗余配置，可直接安裝在危險(xiǎn)2區(qū)。一個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)最多可安裝64個(gè)I/O模塊，支持在線熱插拔。
I/O模塊
I/O模塊可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要選擇安裝控制室或者現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域，通道隔離、監(jiān)測(cè)以及LED指示，獲得SIL 2 認(rèn)證，支持多種信號(hào)類型，支持在線熱插拔。模擬量輸入A/D轉(zhuǎn)換分辨率達(dá)到16位，模擬量輸出A/D轉(zhuǎn)換分辨率達(dá)到12位，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)回路進(jìn)行檢測(cè)，內(nèi)置輸入變量線性化、工程單位轉(zhuǎn)換、開(kāi)平方濾波、報(bào)警及冷端溫度補(bǔ)償運(yùn)算功能。
接線端子排
可拆卸，體積小，可選帶回路開(kāi)關(guān)和保險(xiǎn)絲，可選無(wú)電弧和無(wú)火花型接線端子排，特有的鍵鎖設(shè)計(jì)保證安裝的正確性。可直接用于連接現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與IO模塊，節(jié)省了機(jī)柜端子排投資。
電源
N+1冗余配置的、采用浮空設(shè)計(jì)的電源模塊，正常情況下兩塊電源各承擔(dān)50%的供電負(fù)荷，其中一塊電源出現(xiàn)故障時(shí)，另一塊電源承擔(dān)100%的負(fù)荷。
在這些應(yīng)用中，SafetyNet的通用平臺(tái)很大程度地降低了試車和維護(hù)成本，結(jié)合幾個(gè)測(cè)試工具對(duì)控制邏輯進(jìn)行評(píng)估，包括完整性分析器和交叉參照分析器。這些高效率的工具幫助用戶減少開(kāi)發(fā)IEC61508安全應(yīng)用程序所需的時(shí)間和精力。同時(shí)提供信任主機(jī)列表(Trusted Host Table)、關(guān)鍵切換點(diǎn)(Key Switch)等關(guān)鍵安全應(yīng)用功能。SafetyNet同時(shí)提供變量保持功能，系統(tǒng)斷電后程序不丟失，同時(shí)可以恢復(fù)至斷電前的狀態(tài)。
2.3 軟件
專門針對(duì)安全應(yīng)用開(kāi)發(fā)的 SafetyNet Workbench是一個(gè)完整的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)環(huán)境，可組態(tài)包括儀表索引、控制策略（過(guò)程和離散）、靜態(tài)分析、完整性分析、交叉參照分析、過(guò)程可視化（操作面板）配置、歷史記錄參數(shù)配置（報(bào)警及趨勢(shì)記錄）、離線仿真在線下裝和工程管理等多項(xiàng)功能的項(xiàng)目工程，支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)中的梯形圖、功能塊和結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言，支持自定義功能塊、函數(shù)功能，并提供加密功能。
2.4 通訊
2個(gè)以太網(wǎng)口、4個(gè)串行通訊口集成在CPU卡及其底板上，全面支持Modbus TCP以太網(wǎng)通訊協(xié)議、Modbus RTU工業(yè)串行通訊協(xié)議、RS232/422/485串行通訊協(xié)議、HART協(xié)議，以及FF、Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。操作站與控制站能夠冗余通訊，保證了操作系統(tǒng)的安全可靠性，全面采用OPC技術(shù)，為廠級(jí)信息管理系統(tǒng)提供了方便的數(shù)據(jù)接口。
MODBUS TCP：連接操作站、工程師站，最大通訊距離依介質(zhì)不同而不同。
MODBUS RTU：連接其它控制設(shè)備如PLC等，最大通訊距離依介質(zhì)不同而不同。
HART協(xié)議、FF、ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線：連接現(xiàn)場(chǎng)儀表以及總線設(shè)備。
OPC：連接先進(jìn)控制與優(yōu)化系統(tǒng)、廠級(jí)信息管理系統(tǒng)。
2.5 系統(tǒng)特點(diǎn)
開(kāi)放性
系統(tǒng)采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放協(xié)議，通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為國(guó)際流行的冗余容錯(cuò)的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)使得用戶很容易搭建一個(gè)完整的復(fù)雜的系統(tǒng)。擴(kuò)充靈活，可以實(shí)現(xiàn)從小到幾個(gè)回路，大到數(shù)千個(gè)回路不同規(guī)模的應(yīng)用。
極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力
直接安裝于防爆區(qū)域2區(qū)
抗腐蝕等級(jí)： ISA SP71.04 G3等級(jí)
環(huán)境溫度范圍： -40ºC ~ +70ºC
濕度范圍： 5% ~ 95%相對(duì)濕度
抗沖擊：EN60068-2-27，30g
抗振動(dòng)：EN60068-2-6，5g
高度的可靠性
SafetyNet獲得TüV IEC61508認(rèn)證，其廣闊的冗余功能可以為您提供多種冗余選項(xiàng)，這些冗余可以包括：
冗余控制器
控制網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)電源
冗余控制器被用于重要控制的應(yīng)用場(chǎng)合。采用互鎖冗余方式，實(shí)現(xiàn)從主控制器到后備控制器的無(wú)擾動(dòng)切換?？刂破魅哂嗄Ｐ椭С衷诰€組態(tài)和在線的硬件更換，冗余控制器之間的共享信息被實(shí)時(shí)更新，使得冗余系統(tǒng)的應(yīng)用變得更加簡(jiǎn)單。同時(shí)支持LAN冗余。每個(gè)控制器有兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)接口，每個(gè)接口可以連接到一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)LAN的完全冗余。冗余電源被應(yīng)用在重要的應(yīng)用中，當(dāng)一個(gè)電源故障時(shí)依然能夠確保系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。
控制器采用對(duì)等的通訊方式，控制器之間共享數(shù)據(jù)信息。該能力使得重要的信息可以在現(xiàn)場(chǎng)控制器之間實(shí)現(xiàn)有效的共享而不必通過(guò)控制室。
功能強(qiáng)大的離線仿真功能，可以在控制程序下裝到控制器之前，在離線狀態(tài)下完成控制策略的功能測(cè)試，從而避免對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的影響，加快控制策略的投用，縮短開(kāi)車時(shí)間。
允許在測(cè)試、開(kāi)車和維護(hù)階段進(jìn)行在線組態(tài)的調(diào)整，從而有效地提高系統(tǒng)開(kāi)車進(jìn)度，減少操作停工時(shí)間?？刂祈?xiàng)目工程中的組態(tài)修改也相當(dāng)簡(jiǎn)單，僅需一次性地調(diào)整，數(shù)據(jù)庫(kù)及其相連的HMI包括PID控制面板及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖形符號(hào)將被自動(dòng)更新。
自動(dòng)生成包括I/O組態(tài)報(bào)告、材料表、儀表索引、系統(tǒng)啟動(dòng)、維護(hù)信息及接線圖內(nèi)容的系統(tǒng)文檔。系統(tǒng)制圖自動(dòng)保持最新的組態(tài)，為您節(jié)省了大量時(shí)間。
3. SafetyNet控制系統(tǒng)在西氣東輸陜京2線火氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
西氣東輸陜京2線增輸工程榆林壓氣站、陽(yáng)曲壓氣站、石家莊壓氣站和興縣壓氣站要求每個(gè)壓氣站配備一套SIL2等級(jí)的冗余配置的火氣控制系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)工程師站兼操作員站以及SIL2控制系統(tǒng)構(gòu)成，對(duì)壓縮機(jī)廠房?jī)?nèi)可能的氣體泄漏和火焰進(jìn)行檢測(cè)并報(bào)警。通過(guò)安裝于現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)域的氣體及火焰探測(cè)器探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)險(xiǎn)情，當(dāng)發(fā)生氣體泄漏或火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)和氣體控制系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，提醒操作人員采取相應(yīng)措施。同時(shí)將報(bào)警信號(hào)通過(guò)硬接線和通信方式傳輸給站控系統(tǒng)PLC和ESD系統(tǒng)?；馂?zāi)和氣體控制系統(tǒng)將與站控系統(tǒng)PLC采用RS485串行通信方式，通訊協(xié)議為MODBUS-RTU協(xié)議。每個(gè)壓氣站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與操作畫面如下：
