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GE冗余PAC8000系統(tǒng)
西氣東輸陜京2線增輸工程新建榆林壓氣站、陽曲壓氣站、石家莊壓氣站和興縣壓氣站可燃氣/火焰檢測報警系統(tǒng),由可燃氣探測器、火焰探測器、火災和氣體控制報警系統(tǒng)組成,用于上述壓氣站壓縮機廠房內的可燃氣體和火焰的檢測和報警;饸庀到y(tǒng)要求實現(xiàn)控制器、網(wǎng)絡和電源冗余,系統(tǒng)安全等級為SIL2,系統(tǒng)設計按照模塊化的設計原理,提供較高的實用性和可靠性。系統(tǒng)具有完善的自診斷功能。系統(tǒng)的組件機架安裝,采用模塊化及插入式的設計。模塊無需特殊工具就能進行更換, 故障部件能夠進行熱插拔更換。
2. SafetyNet控制系統(tǒng)
2.1 總述
SafetyNet控制系統(tǒng)是面向工廠自動化的新一代模塊化開放式安全控制系統(tǒng),采用先進的安全型RailBus總線構架;雙重化的硬件體系結合全面的冗余容錯技術和特有的故障安全策略,使得系統(tǒng)可靠性達到99.999%。高速的控制器和大容量內存保證系統(tǒng)的執(zhí)行速率和精度。SafetyNet同時提供獲得IEC 61508 SIL2認證的控制模塊,為用戶提供符合安全要求的ESD與F&G控制系統(tǒng)。
2.2 硬件構架
底板--采用先進的RailBus總線技術的控制器底板和I/O模塊底板,每個控制器底板可安裝一對冗余的控制器,一個電源監(jiān)測模塊,同時備有兩個9針的RS485接口,支持MODBUS RTU協(xié)議。每個I/O底板可安裝8個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認證的 SafetyNet控制器采用IBM PowerPC 266MHz 32位微處理器(等同于Pentium512MHz),25M內存,雙以太網(wǎng)和串行通訊接口,支持API、現(xiàn)場總線、ModBus、HART、點對點通訊以及OPC,可以實現(xiàn)冗余配置,可直接安裝在危險2區(qū)。一個控制器節(jié)點最多可安裝64個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)場需要選擇安裝控制室或者現(xiàn)場區(qū)域,通道隔離、監(jiān)測以及LED指示,獲得SIL 2 認證,支持多種信號類型,支持在線熱插拔。模擬量輸入A/D轉換分辨率達到16位,模擬量輸出A/D轉換分辨率達到12位,能夠對現(xiàn)場回路進行檢測,內置輸入變量線性化、工程單位轉換、開平方濾波、報警及冷端溫度補償運算功能。
接線端子排--可拆卸,體積小,可選帶回路開關和保險絲,可選無電弧和無火花型接線端子排,特有的鍵鎖設計保證安裝的正確性?芍苯佑糜谶B接現(xiàn)場信號與IO模塊,節(jié)省了機柜端子排投資。
電源--N+1冗余配置的、采用浮空設計的電源模塊,正常情況下兩塊電源各承擔50%的供電負荷,其中一塊電源出現(xiàn)故障時,另一塊電源承擔100%的負荷。
在這些應用中,SafetyNet的通用平臺很大程度地降低了試車和維護成本,結合幾個測試工具對控制邏輯進行評估,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發(fā)IEC61508安全應用程序所需的時間和精力。同時提供信任主機列表(Trusted Host Table)、關鍵切換點(Key Switch)等關鍵安全應用功能。SafetyNet同時提供變量保持功能,系統(tǒng)斷電后程序不丟失,同時可以恢復至斷電前的狀態(tài)。
2.3 軟件
專門針對安全應用開發(fā)的 SafetyNet Workbench是一個完整的項目開發(fā)環(huán)境,可組態(tài)包括儀表索引、控制策略(過程和離散)、靜態(tài)分析、完整性分析、交叉參照分析、過程可視化(操作面板)配置、歷史記錄參數(shù)配置(報警及趨勢記錄)、離線仿真在線下裝和工程管理等多項功能的項目工程,支持IEC61131-3標準中的梯形圖、功能塊和結構化文本編程語言,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個以太網(wǎng)口、4個串行通訊口集成在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,為廠級信息管理系統(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不同而不同。
MODBUS RTU:連接其它控制設備如PLC等,最大通訊距離依介質不同而不同。
HART協(xié)議、FF、ProfiBus現(xiàn)場總線:連接現(xiàn)場儀表以及總線設備。
OPC:連接先進控制與優(yōu)化系統(tǒng)、廠級信息管理系統(tǒng)。
2.5 系統(tǒng)特點
開放性--系統(tǒng)采用符合工業(yè)標準的開放協(xié)議,通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡為國際流行的冗余容錯的以太網(wǎng)結構。
控制系統(tǒng)的模塊化設計使得用戶很容易搭建一個完整的復雜的系統(tǒng)。擴充靈活,可以實現(xiàn)從小到幾個回路,大到數(shù)千個回路不同規(guī)模的應用。
極強的環(huán)境適應能力
直接安裝于防爆區(qū)域2區(qū)
抗腐蝕等級: ISA SP71.04 G3等級
環(huán)境溫度范圍: -40ºC ~ +70ºC
濕度范圍: 5% ~ 95%相對濕度
抗沖擊:EN60068-2-27,30g
抗振動:EN60068-2-6,5g
高度的可靠性
SafetyNet獲得TüV IEC61508認證,其廣闊的冗余功能可以為您提供多種冗余選項,這些冗余可以包括:
冗余控制器
控制網(wǎng)絡
系統(tǒng)電源
冗余控制器被用于重要控制的應用場合。采用互鎖冗余方式,實現(xiàn)從主控制器到后備控制器的無擾動切換。控制器冗余模型支持在線組態(tài)和在線的硬件更換,冗余控制器之間的共享信息被實時更新,使得冗余系統(tǒng)的應用變得更加簡單。同時支持LAN冗余。每個控制器有兩個獨立的以太網(wǎng)接口,每個接口可以連接到一個獨立的網(wǎng)絡,實現(xiàn)LAN的完全冗余。冗余電源被應用在重要的應用中,當一個電源故障時依然能夠確保系統(tǒng)的連續(xù)運行。
控制器采用對等的通訊方式,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)場控制器之間實現(xiàn)有效的共享而不必通過控制室。
功能強大的離線仿真功能,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試,從而避免對現(xiàn)場的影響,加快控制策略的投用,縮短開車時間。
允許在測試、開車和維護階段進行在線組態(tài)的調整,從而有效地提高系統(tǒng)開車進度,減少操作停工時間。控制項目工程中的組態(tài)修改也相當簡單,僅需一次性地調整,數(shù)據(jù)庫及其相連的HMI包括PID控制面板及現(xiàn)場設備圖形符號將被自動更新。
自動生成包括I/O組態(tài)報告、材料表、儀表索引、系統(tǒng)啟動、維護信息及接線圖內容的系統(tǒng)文檔。系統(tǒng)制圖自動保持最新的組態(tài),為您節(jié)省了大量時間。
3. SafetyNet控制系統(tǒng)在西氣東輸陜京2線火氣控制系統(tǒng)中的應用
西氣東輸陜京2線增輸工程榆林壓氣站、陽曲壓氣站、石家莊壓氣站和興縣壓氣站要求每個壓氣站配備一套SIL2等級的冗余配置的火氣控制系統(tǒng),每個系統(tǒng)有一個工程師站兼操作員站以及SIL2控制系統(tǒng)構成,對壓縮機廠房內可能的氣體泄漏和火焰進行檢測并報警。通過安裝于現(xiàn)場危險區(qū)域的氣體及火焰探測器探測現(xiàn)場險情,當發(fā)生氣體泄漏或火災時,火災和氣體控制系統(tǒng)進行報警,提醒操作人員采取相應措施。同時將報警信號通過硬接線和通信方式傳輸給站控系統(tǒng)PLC和ESD系統(tǒng);馂暮蜌怏w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。每個壓氣站系統(tǒng)結構圖與操作畫面如下: