理解標準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(zhù)極具挑戰性的業(yè)務(wù)環(huán)境，在提高安全性、降低成本并提高運營(yíng)效率方面承受著(zhù)越來(lái)越大的壓力。為了實(shí)現自己的目標，成功的企業(yè)會(huì )對其運營(yíng)風(fēng)險進(jìn)行規劃和管理。他們以更低的成本實(shí)現更大的收益；避免違規罰款、生產(chǎn)停車(chē)、設備損壞和人員受傷。

    鍋爐管理系統（BMS）致力于確保熔爐、鍋爐、煉焦爐和其他燃燒設備的安全操作。燃燒設備在過(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顯得較為復雜。由于鍋爐和其他類(lèi)型的火焰加熱器是過(guò)程操作的關(guān)鍵，因此對于控制工程團隊而言，BMS的可靠性和可用性非常重要。

    現代化的鍋爐管理系統必須考慮：

    在存在危險狀況時(shí)禁止啟動(dòng)；

    在危險工作狀態(tài)下提供保護；

    實(shí)現點(diǎn)火順序的自動(dòng)化，在危險操作狀態(tài)下提供保護，

    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)安全運行狀態(tài)或在存在危險狀況時(shí)聯(lián)鎖停車(chē)；

    可靠地運行并消除假跳車(chē)。

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

    除了通用的安全標準，人們還專(zhuān)為BMS應用編制了許多指導文件。許多最終用戶(hù)擔心這些指導信息會(huì )加大合規難度，并使政府機構或其他當地管轄部門(mén)對于BMS要求更嚴格。確定要遵循的標準和/或指南是一項艱巨任務(wù)。定義BMS時(shí)的其他關(guān)鍵挑戰包括正確實(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(mén)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。傳統的方法是在因果圖中指出啟動(dòng)、運行狀態(tài)和跳車(chē)條件。另一方法是使用敘述性報告。兩種方法都可能遺漏某些關(guān)鍵項，并留下不確定的因素。這導致規格的解釋變得復雜，使得傳統PLC中組態(tài)梯形邏輯變得困難且耗時(shí)。

    在許多行業(yè)及應用中，對BMS進(jìn)行風(fēng)險分析是為了確定是否需要額外的措施降低風(fēng)險，以避免財產(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)現安全完整性等級1（SIL1）或更高的安全完整性等級（SIL），則部分BMS功能將需要安全儀表系統（SIS）。

    目前已制定出多個(gè)BMS標準、操作規程建議和指南（例如API 556和ISA-TR 84.00.05），這些文檔強烈建議BMS必須包含安全儀表功能（SIF）。SIF必須正確地定義風(fēng)險并進(jìn)行排序，執行安全完整性計算和等級選擇。應對BMS進(jìn)行功能測試，并且用戶(hù)必須確保按照適用的標準和指南進(jìn)行系統設計、維護、檢查和測試。

    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)化合規流程，可能降低保險成本，使之符合許多工業(yè)指南。如果某些BMS功能由SIS執行，平衡安全性和可用性非常重要。有時(shí)會(huì )側重于安全要求而不考慮對可用性的影響。如果過(guò)程設計合理，SIS系統很少啟動(dòng)。邏輯解算器連續運行，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(chǎng)能正常運行并產(chǎn)生利潤。

    DeltaV SISTM解決方案

    DeltaV SIS可用于BMS應用，是控制和監測鍋爐單元的安全解決方案。DeltaV SIS完全遵循IEC 61511標準，有效提高安全邏輯的實(shí)施和管理。

    模塊化架構

    無(wú)論是小型獨立鍋爐，還是包含多個(gè)鍋爐和/或多種燃料的大型燃料鍋爐應用——DeltaV SIS規?？勺円赃m應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?？梢园葱枰砑舆壿嫿馑闫?mdash;—最多達30,000個(gè)I/O。模塊化架構特別適合多鍋爐設備，允許每個(gè)鍋爐在獨立的邏輯解算器運行，以加強故障隔離并易于維護。

    DeltaV SIS邏輯解算器獲得TüV認證，滿(mǎn)足SIL3應用需求。

    不僅提供在線(xiàn)保護以防止隨機硬件故障導致的誤跳車(chē)，冗余還支持在線(xiàn)更換、驗證試驗和在線(xiàn)固件升級。

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

    輕松訪(fǎng)問(wèn)BMS安全信息

    由于某些BMS系統每次運行數月并且一年只啟動(dòng)一次或兩次，操作員可能不熟悉BMS邏輯。因此，必須將BMS信息清晰地傳達給操作員——顯示邏輯所在步驟、必須滿(mǎn)足何種條件才能繼續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(fǎng)問(wèn)DeltaV SIS系統中的BMS相關(guān)信息，或者訪(fǎng)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；標準操作員面板可自動(dòng)提供詳細的安全信息，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)正確的授權和確認。歷史數據收集功能保存所有首出信息、授權和其他必需的文檔。

    如果將DeltaV SIS安全儀表系統配合DeltaV作為ICSS實(shí)施，則鍋爐順序可與調節設備的過(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認證的DeltaV SIS功能塊專(zhuān)為鍋爐管理系統的順序控制而設計。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)了一種獨特的方法。一個(gè)頁(yè)面顯示狀態(tài)、激活的跳車(chē)條件、閥門(mén)位置以及如何從一種狀態(tài)轉換到另一種狀態(tài)。這種格式可以輕松地轉換為DeltaV SIS功能塊所需的參數；簡(jiǎn)化組態(tài)，無(wú)需進(jìn)行復雜或定制的編程。

    在定義BMS應用時(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行一個(gè)用戶(hù)定義的狀態(tài)機制。狀態(tài)機制會(huì )描述可能的狀態(tài)以及系統中可能出現的在這些狀態(tài)之間的轉換。例如，“吹掃”、“點(diǎn)火”、“運行”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)轉換功能塊獲得的當前鍋爐狀態(tài)，驅動(dòng)一系列離散輸出。

    （3）LSCEM因果矩陣

    執行聯(lián)鎖和許可邏輯，多達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(chē)條件。首出功能可快速識別任何跳車(chē)條件的根本原因，盡可能減少停車(chē)時(shí)間。

    綜合變更管理

    DeltaV SIS系統的變更管理支持法規要求并簡(jiǎn)化IEC 61511的合規流程?？梢杂涗汥eltaV SIS系統邏輯中所有變更的變更內容、變更執行者和變更時(shí)間。

    除了識別變更執行者，DeltaV SIS系統還記錄SIS邏輯的變更內容。變更的精確描述可以用圖形和文本的形式呈現——變更、添加和刪除都帶有色碼。根據標準的要求，只能由具有恰當資質(zhì)的人員執行編輯和確認。為確保由恰當的人員進(jìn)行審核，在項目開(kāi)始時(shí)就要確定人員分組、授權。

    交付成果

    有了正確的順序和聯(lián)鎖，DeltaV SIS系統中的BMS應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)、運行直至停車(chē)（如有必要）。

    靈活地滿(mǎn)足BMS需求——規?？勺?；

    提高了過(guò)程可見(jiàn)性——可從同一應用程序/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雜性——簡(jiǎn)化了設計、組態(tài)和測試，最終節約了時(shí)間。

    摘自《自動(dòng)化博覽》11月刊