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    理解標(biāo)準(zhǔn)并在確保安全的前提下降低成本和提高可靠性

    過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域的公司面臨著極具挑戰(zhàn)性的業(yè)務(wù)環(huán)境，在提高安全性、降低成本并提高運(yùn)營(yíng)效率方面承受著越來(lái)越大的壓力。為了實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)，成功的企業(yè)會(huì)對(duì)其運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)劃和管理。他們以更低的成本實(shí)現(xiàn)更大的收益；避免違規(guī)罰款、生產(chǎn)停車、設(shè)備損壞和人員受傷。

    鍋爐管理系統(tǒng)（BMS）致力于確保熔爐、鍋爐、煉焦?fàn)t和其他燃燒設(shè)備的安全操作。燃燒設(shè)備在過(guò)程工業(yè)中十分常見(jiàn)，但是鍋爐燃燒相關(guān)的順序控制以及聯(lián)鎖、各狀態(tài)之間的切換使得鍋爐管理系統(tǒng)顯得較為復(fù)雜。由于鍋爐和其他類型的火焰加熱器是過(guò)程操作的關(guān)鍵，因此對(duì)于控制工程團(tuán)隊(duì)而言，BMS的可靠性和可用性非常重要。

    現(xiàn)代化的鍋爐管理系統(tǒng)必須考慮：

    在存在危險(xiǎn)狀況時(shí)禁止啟動(dòng)；

    在危險(xiǎn)工作狀態(tài)下提供保護(hù)；

    實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火順序的自動(dòng)化，在危險(xiǎn)操作狀態(tài)下提供保護(hù)，

    并控制進(jìn)入熔爐的燃料量；

    為操作員提供狀態(tài)信息；

    啟動(dòng)安全運(yùn)行狀態(tài)或在存在危險(xiǎn)狀況時(shí)聯(lián)鎖停車；

    可靠地運(yùn)行并消除假跳車。

    隨著時(shí)間的推移，BMS標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)展成為幫助企業(yè)實(shí)施更安全的操作的標(biāo)準(zhǔn)；然而，這些標(biāo)準(zhǔn)影響投資成本，并且需要足夠的資源來(lái)確保合規(guī)。

    除了通用的安全標(biāo)準(zhǔn)，人們還專為BMS應(yīng)用編制了許多指導(dǎo)文件。許多最終用戶擔(dān)心這些指導(dǎo)信息會(huì)加大合規(guī)難度，并使政府機(jī)構(gòu)或其他當(dāng)?shù)毓茌牪块T對(duì)于BMS要求更嚴(yán)格。確定要遵循的標(biāo)準(zhǔn)和/或指南是一項(xiàng)艱巨任務(wù)。定義BMS時(shí)的其他關(guān)鍵挑戰(zhàn)包括正確實(shí)施：

    啟動(dòng)/停止順序；

    基于狀態(tài)的聯(lián)鎖；

    連接設(shè)置點(diǎn)控制功能。

    BMS必須能夠決定何時(shí)從一種狀態(tài)進(jìn)入另一種狀態(tài)、判斷每種狀態(tài)下的閥門位置以及每種狀態(tài)下處于激活狀態(tài)的聯(lián)鎖。BMS邏輯要求的順序以及基于條件的安全聯(lián)鎖通常由工程師以各種格式指定。傳統(tǒng)的方法是在因果圖中指出啟動(dòng)、運(yùn)行狀態(tài)和跳車條件。另一方法是使用敘述性報(bào)告。兩種方法都可能遺漏某些關(guān)鍵項(xiàng)，并留下不確定的因素。這導(dǎo)致規(guī)格的解釋變得復(fù)雜，使得傳統(tǒng)PLC中組態(tài)梯形邏輯變得困難且耗時(shí)。

    在許多行業(yè)及應(yīng)用中，對(duì)BMS進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析是為了確定是否需要額外的措施降低風(fēng)險(xiǎn)，以避免財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境影響和人員傷害。如果確定需通過(guò)特定聯(lián)鎖或功能實(shí)現(xiàn)安全完整性等級(jí)1（SIL1）或更高的安全完整性等級(jí)（SIL），則部分BMS功能將需要安全儀表系統(tǒng)（SIS）。

    目前已制定出多個(gè)BMS標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程建議和指南（例如API 556和ISA-TR 84.00.05），這些文檔強(qiáng)烈建議BMS必須包含安全儀表功能（SIF）。SIF必須正確地定義風(fēng)險(xiǎn)并進(jìn)行排序，執(zhí)行安全完整性計(jì)算和等級(jí)選擇。應(yīng)對(duì)BMS進(jìn)行功能測(cè)試，并且用戶必須確保按照適用的標(biāo)準(zhǔn)和指南進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)、檢查和測(cè)試。

    在安全邏輯解算器中實(shí)施BMS的效益包括：提高安全完整性，簡(jiǎn)化合規(guī)流程，可能降低保險(xiǎn)成本，使之符合許多工業(yè)指南。如果某些BMS功能由SIS執(zhí)行，平衡安全性和可用性非常重要。有時(shí)會(huì)側(cè)重于安全要求而不考慮對(duì)可用性的影響。如果過(guò)程設(shè)計(jì)合理，SIS系統(tǒng)很少啟動(dòng)。邏輯解算器連續(xù)運(yùn)行，而無(wú)任何處理需求。這種情況下，SIS提供了可用性，以確保工廠能正常運(yùn)行并產(chǎn)生利潤(rùn)。

    DeltaV SISTM解決方案

    DeltaV SIS可用于BMS應(yīng)用，是控制和監(jiān)測(cè)鍋爐單元的安全解決方案。DeltaV SIS完全遵循IEC 61511標(biāo)準(zhǔn)，有效提高安全邏輯的實(shí)施和管理。

    模塊化架構(gòu)

    無(wú)論是小型獨(dú)立鍋爐，還是包含多個(gè)鍋爐和/或多種燃料的大型燃料鍋爐應(yīng)用——DeltaV SIS規(guī)模可變以適應(yīng)BMS要求。每個(gè)模塊化的冗余邏輯解算器都有96個(gè)可組態(tài)I/O通道。可以按需要添加邏輯解算器——最多達(dá)30,000個(gè)I/O。模塊化架構(gòu)特別適合多鍋爐設(shè)備，允許每個(gè)鍋爐在獨(dú)立的邏輯解算器運(yùn)行，以加強(qiáng)故障隔離并易于維護(hù)。

    DeltaV SIS邏輯解算器獲得TüV認(rèn)證，滿足SIL3應(yīng)用需求。

    不僅提供在線保護(hù)以防止隨機(jī)硬件故障導(dǎo)致的誤跳車，冗余還支持在線更換、驗(yàn)證試驗(yàn)和在線固件升級(jí)。

    DeltaV SIS系統(tǒng)可作為獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)，通過(guò)ModbusTCP連接到現(xiàn)有的過(guò)程控制系統(tǒng)（BPCS），或與DeltaV系統(tǒng)集成，從而形成一體化的集成式控制和安全儀表系統(tǒng)（ICSS）。

    輕松訪問(wèn)BMS安全信息

    由于某些BMS系統(tǒng)每次運(yùn)行數(shù)月并且一年只啟動(dòng)一次或兩次，操作員可能不熟悉BMS邏輯。因此，必須將BMS信息清晰地傳達(dá)給操作員——顯示邏輯所在步驟、必須滿足何種條件才能繼續(xù)下一步驟以及哪些聯(lián)鎖處于活動(dòng)狀態(tài)等。操作員可以輕松地通過(guò)DeltaV操作站訪問(wèn)DeltaV SIS系統(tǒng)中的BMS相關(guān)信息，或者訪問(wèn)其他BPCS操作員界面。在DeltaV操作站，以圖形形式清晰地顯示了聯(lián)鎖狀態(tài)和順序所在步驟；標(biāo)準(zhǔn)操作員面板可自動(dòng)提供詳細(xì)的安全信息，無(wú)需組態(tài)。

    DeltaV SIS功能塊提供聯(lián)鎖的首出信息，并顯示給操作員。進(jìn)行所需操作必須經(jīng)過(guò)正確的授權(quán)和確認(rèn)。歷史數(shù)據(jù)收集功能保存所有首出信息、授權(quán)和其他必需的文檔。

    如果將DeltaV SIS安全儀表系統(tǒng)配合DeltaV作為ICSS實(shí)施，則鍋爐順序可與調(diào)節(jié)設(shè)備的過(guò)程控制回路共同顯示在同一操作員屏幕上。

    減少工程量

    經(jīng)IEC 61508認(rèn)證的DeltaV SIS功能塊專為鍋爐管理系統(tǒng)的順序控制而設(shè)計(jì)。為了用簡(jiǎn)單的矩陣形式以說(shuō)明不同的鍋爐狀態(tài)和需要的條件，艾默生開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的方法。一個(gè)頁(yè)面顯示狀態(tài)、激活的跳車條件、閥門位置以及如何從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。這種格式可以輕松地轉(zhuǎn)換為DeltaV SIS功能塊所需的參數(shù)；簡(jiǎn)化組態(tài)，無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜或定制的編程。

    在定義BMS應(yīng)用時(shí)，以下功能塊是關(guān)鍵組成部分

    （1）LSSTD狀態(tài)遷移圖

    LSSTD功能塊在邏輯解算器中執(zhí)行一個(gè)用戶定義的狀態(tài)機(jī)制。狀態(tài)機(jī)制會(huì)描述可能的狀態(tài)以及系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。例如，“吹掃”、“點(diǎn)火”、“運(yùn)行”都可以是定義的狀態(tài)，通過(guò)特定的操作員輸入（例如“啟動(dòng)”）或設(shè)備輸入（例如累積的空氣流量）指示狀態(tài)變化。

    （2）LSSEQ定序器

    基于從狀態(tài)轉(zhuǎn)換功能塊獲得的當(dāng)前鍋爐狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)一系列離散輸出。

    （3）LSCEM因果矩陣

    執(zhí)行聯(lián)鎖和許可邏輯，多達(dá)16個(gè)輸入（因）、16個(gè)輸出（果）關(guān)聯(lián)起來(lái)，用于控制一個(gè)或多個(gè)最終元件。功能塊包括基于狀態(tài)的原因(CAUSE)掩碼，并允許每個(gè)定義的鍋爐狀態(tài)有不同的跳車條件。首出功能可快速識(shí)別任何跳車條件的根本原因，盡可能減少停車時(shí)間。

    綜合變更管理

    DeltaV SIS系統(tǒng)的變更管理支持法規(guī)要求并簡(jiǎn)化IEC 61511的合規(guī)流程。可以記錄DeltaV SIS系統(tǒng)邏輯中所有變更的變更內(nèi)容、變更執(zhí)行者和變更時(shí)間。

    除了識(shí)別變更執(zhí)行者，DeltaV SIS系統(tǒng)還記錄SIS邏輯的變更內(nèi)容。變更的精確描述可以用圖形和文本的形式呈現(xiàn)——變更、添加和刪除都帶有色碼。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，只能由具有恰當(dāng)資質(zhì)的人員執(zhí)行編輯和確認(rèn)。為確保由恰當(dāng)?shù)娜藛T進(jìn)行審核，在項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)就要確定人員分組、授權(quán)。

    交付成果

    有了正確的順序和聯(lián)鎖，DeltaV SIS系統(tǒng)中的BMS應(yīng)用可以可靠地幫助鍋爐單元安全度過(guò)所有相關(guān)狀態(tài)，從啟動(dòng)、運(yùn)行直至停車（如有必要）。

    靈活地滿足BMS需求——規(guī)模可變；

    提高了過(guò)程可見(jiàn)性——可從同一應(yīng)用程序/屏幕/顯示器查看BMS順序和控制；

    降低了工程量和功能塊的復(fù)雜性——簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)、組態(tài)和測(cè)試，最終節(jié)約了時(shí)間。

    摘自《自動(dòng)化博覽》11月刊