ICSTriplex在海洋石油采油平台安全系统中的应用

2022-10-20

在有石油和化工品储藏的地方, 和所起到的主要作用是保护现场的安全, 当今社会比较注重以人为本的思想理念, 由此, 石油和化工场地安全性已经引起了人们的高度重视, 这就进一步提高了对安全系统的更严格的要求。一般石油和化工现场采用火气系统 (FGS) 与紧急关断系统 (ESD) 两种系统一同来构成整个现场的安全系统, 以确保现场人员及其设施的安全性。经过技术比对最终选用AB的ICS Triplex系统作为本项目的安全控制系统。

1 ESD&FGS系统介绍

ESD (Emergency Shutdown) 的中文意思是是紧急关断。究其字面意思不难理解, 所谓的紧急关断系统其实就是某装置在其生产或者是运行的过程中, 遇到突发事件, 在十分紧急的状态下, 对其停止运行或生产, 从而使装置的安全性得到保障的一种设施, 避免危险扩散造成巨大损失。

FGS (Fire&Gas System) 提供对现场火灾、可燃气体和有毒气体的检测, 当有意外发生时, 启动消防设备和关闭风机风闸, 必要时触发相应的ESD关断, 保护人员及设施的安全。

ESD和FGS统称为安全系统, 动作时应触发声音报警器和视觉报警器, 以通知人员作出相应的应对措施。

安全系统按照安全独立原则要求, 独立于生产控制系统 (DCS) , 其安全级别高于生产控制系统, 实时在线监测装置的安全性, 安全级别用安全完整性等级 (SIL) 表示, 一般要达到SIL2以上。也可以通过对DCS的采用来实现安全功能。但是那些规模很庞大的安全系统, 在设置的时候必须根据安全独立的原则把它跟DCS进行分开来设置, 为什么要分开?有以下原因:

1.1 把它们分开设置就可避免控制功能和安全功能在同一时间实效的可能, 当需要对DCS产生的部分故障进行维护时, 安全系统不会因此二而危及到;

1.2 安全系统的反应速度越快越好, 时间就是生命, 反应快了可以有效地对人员和设备进行更好的保护, 防治事故进一步扩展;对事故原因的分辨也有好处。因为DCS需要对大批量的检测信息进行处理, 所以它的反应速度很难提高;

1.3 DCS系统实际上一种对过程进行控制的系统, 它是不断运动的, 还要人工对它进行干预才行, 人工干预会有操作失误的时候;对于ESD和FGS来说, 他们是静止的, 就不用人工进行干预了, 这样设置就避免了人工干预所产生的操作失误。

分析资料得知, 当人处于危险状态的时候, 对于他的判断和操作来说具有滞后性和不可靠性, 当操作人员处于危险时刻时, 会在1分钟内做出反应, 错误判断率高达99.9%。由此可见, 在设置的时候必须根据安全独立的原则把它跟DCS进行分开来设置, 是非常有必要的, 这样可以是安全生产得到有效的确保。

2 ICS Triplex系统介绍

ICS Triplex系统支持单重化 (1∞1) 、双重化 (1∞2) 、三重化 (1∞3) 硬件冗余结构。多重冗余消除了由单一组件失效所引起误动作或者伪操作的可能性。当有组件失效时, 系统自动降级处理。

很多种通讯协议及方式它都可以支持, 这样可以更便于与第三方设备或其它ICS Triplex系统实现通讯连接和数据传递。支持的通信协议有:OPC通讯、Peer to Peer通讯以及MODBUS通讯协议。主要的通讯方式: (1) 与HMI (人机界面) 通讯:MOD-BUS RTU/TCP, OPC; (2) 与DCS通讯:MODBUS RTU/TCP; (3) ICS Triplex系统之间的互联:Peer to Peer。

3 系统架构及配置设计

工程师站则经由网络交换机, 一般使用冗余的通讯方式把它接在各个控制器的通讯接口上面, 使它控制器的组态、除错、修改、测试、软件转载和软件维护等, 而且还要诊断此安全系统的运行情况, 把系统出现的故障显示出来, 并打印出此组态数据及其图形。工程师站兼SOE (Sequence of Events) 站功能, 对系统出现的各种各样的报警和动作进行有效的记录, 并存入到硬盘中, 这样有利于查阅、追溯或者是打印。

系统软件包括:AAdvance、Kep Server、Factory Talk SE。第三方软件Kep Server以OPC方式与控制器建立连接;AAdvance作为控制系统组态软件通过Kep Server与控制器交互;Factory Talk SE作为上位机画面组态软件通过Kep Server监控控制器状态。

CPU与IO卡件全部是双重冗余, 保证系统正常状态下达到SIL3。Switch5与Switch6组成安全网络, Switch3与Switch4以及上级的Switch1与Switch2组成监控网络, 系统配置如下图所示: