工業(yè)化的推進(jìn)在為人類(lèi)生活提供豐富物質(zhì)的同時(shí)，也逐漸成為威脅人身安全的“殺手锏”，生產(chǎn)事故的頻發(fā)使得安全生產(chǎn)這一話(huà)題越來(lái)越受到關(guān)注。為確保工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的安全，安全儀表系統（SIS）在保障過(guò)程工業(yè)安全方面已經(jīng)成為主力軍。

    隨著(zhù)SIS系統使用場(chǎng)合的擴大，工廠(chǎng)控制系統DCS與SIS的集成屢屢被提及。在以前，DCS與SIS往往分別設計、分別建設，主要原因是控制系統的可靠性不足以保證安全系統的可靠性。近年來(lái)，DCS技術(shù)不斷發(fā)展，其可靠性也大幅度提高，成本降低，系統的健壯性也達到與SIS系統相當的水平。對DCS在承擔安全功能任務(wù)的擔心減少了，這使得DCS與SIS的無(wú)縫集成問(wèn)題成為了設計者、生產(chǎn)制造商、終端用戶(hù)共同關(guān)注的話(huà)題，并且已經(jīng)提到了議事日程上來(lái)。

    SIS與DCS采用何種方式集成？

    盡管在IEC 61508中，沒(méi)有強烈要求SIS系統必須獨立設計，但它強烈建議DCS與SIS兩種系統分離，它們之間的分離可使用同種分離或異種分離。中國石化集團北京燕山石油化工有限公司高級工程師王立奉介紹，從目前的情況看，同種分離意味著(zhù)DCS與SIS系統使用同一制造商的相同技術(shù)，譬如使用同一個(gè)DCS制造商生產(chǎn)的SIS；而異種分離則意味著(zhù)DCS和SIS使用同一制造商或不同制造商的不同技術(shù)。同種分離有助于降低隨機失效，在設計與維護上有一些優(yōu)勢，因為這降低了維護錯誤的可能性；異種分離有利于降低系統失效率和減小共因失效。

    這種功能上的分離與物理上的集成并不矛盾，在功能上減小失效的機率，在物理上應用于同一過(guò)程，從客戶(hù)的角度看，其信息實(shí)現了整合。王立奉介紹說(shuō)：“非安全功能的失效不會(huì )引起安全功能的危險失效，即可考慮DCS與SIS系統的集成使用。”

    目前，在石化企業(yè)的生產(chǎn)裝置中，DCS與SIS之間多采用控制器間硬連線(xiàn)通信方式（Modbus通信等）集成，從而將SIS數據傳送到DCS系統中。采用此集成方式主要是由于DCS和SIS是兩個(gè)獨立的系統，需要單獨的系統設計和單獨的物理設備組態(tài)軟件、算法邏輯組態(tài)軟件、人機界面組態(tài)軟件，采用不同的維護方式。連接兩套系統的額外工作又帶來(lái)了很多不便，因此無(wú)縫集成的問(wèn)題就被提出了。

    此外，面向過(guò)程控制的OLE，即OPC技術(shù)已經(jīng)成為系統和設備之間通訊的實(shí)質(zhì)性的標準。王立奉舉例說(shuō)：“EMERSON DeltaV SIS通過(guò)OPC將SIS與DCS連接起來(lái)。OPC數據存取實(shí)現了實(shí)時(shí)的數據集成，通過(guò)OPC Mirror，DeltaV SIS中的數據可以方便地配置到已裝在DCS中的OPC服務(wù)器中。集成化還包括OPC報警和事件，它向特定的工廠(chǎng)事件記錄器提供SIS預報和事件信息。

    DCS與SIS集成的解決方案

    DCS與SIS的集成一般分為三種情況，王立奉也向記者詳細地介紹了這三種情況：

    第一種情況是：DCS與SIS采用不同的硬件結構（控制器）、控制網(wǎng)絡(luò )、人機界面，也就是之前說(shuō)的異種分離。將這樣不同的系統通過(guò)網(wǎng)關(guān)相互連接，以便進(jìn)行數據交換。兩個(gè)系統使用不同的工程組態(tài)工具，這種方式可稱(chēng)為不同控制器、不同網(wǎng)絡(luò )的集成；

    第二種情況是：DCS與SIS采用不同的硬件結構，但采用統一的通信網(wǎng)絡(luò )，使用共同的工程組態(tài)工具，工程上一個(gè)網(wǎng)絡(luò )可加快項目的執行速度；

    第三種情況是：DCS與SIS采用共同的硬件結構，同一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò )、人機界面，即DCS與SIS在物理上集成，在邏輯上分開(kāi)的無(wú)縫集成。標準DCS程序和安全SIS程序平行執行，相互獨立。

    如何實(shí)現DCS與SIS的無(wú)縫集成？

    由于共同的系統結構提供了非常容易的系統設計，DCS與SIS不必設計成分離的方案和通信，兩者之間流暢的數據交換不需要任何網(wǎng)關(guān)/接口單元；同時(shí)，一套共同的通信網(wǎng)絡(luò )可加快項目的執行，既可實(shí)現SIS安全控制器之間的數據交換，DCS也可以通過(guò)位號讀取SIS系統中的數據；另外，共同的操作與監控平臺有利于實(shí)施有效的操作。

    王立奉認為這種無(wú)縫集成的解決方案為操作人員提供了極大的便利。在緊急情況發(fā)生時(shí)，操作人員可以在第一時(shí)間獲得所需信息，迅速、準確地作出判斷，并立即采取行動(dòng)；SIS的SOE功能為事故的原因分析提供了有力的手段，控制系統與安全儀表系統在統一的人機界面下進(jìn)行維護作業(yè)，有助于防止誤操作。DCS與SIS集成解決方案的比較見(jiàn)表1所示。

    近十年來(lái)，DCS與SIS系統集成的成功案例已有很多。王立奉舉例說(shuō)：“德國PROFIBUS協(xié)會(huì )在1999年初，在PROFIBUS的基礎上，提出了PROFI safe安全應用接口標準，使安全系統與控制系統通信和集成成為可能。目前，已有包括石油化工在內的3000多套系統應用。”

    同時(shí)，他指出，兩者集成的優(yōu)勢顯而易見(jiàn)。首先，PROFI safe和PROFIBUS標準功能的系統可以共存、連接和通信；同時(shí)，大幅度降低了電纜成本與設備成本，設備的診斷和狀態(tài)監視也變得簡(jiǎn)單，大大減輕了維護人員和設計人員的技術(shù)負擔；備品備件也大幅減少，由于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)也通過(guò)了SIL認證，所以安全系統也可以和現場(chǎng)總線(xiàn)安全儀表產(chǎn)品、現場(chǎng)總線(xiàn)（HART、Foundation field bus）、DCS產(chǎn)品、工廠(chǎng)儀表設備資產(chǎn)資源管理系統（PRM）集成，使用統一的人機界面與工作站，功能大大增強。

    工作/方案 DCS與SIS的無(wú)縫集成 DCS與SIS集成現狀比較

    系統設計 統一系統設計及機柜設計，一套無(wú)縫集成的方案。 DCS和SIS分離的設計方案 無(wú)縫集成將更節省時(shí)間和人力，系統的總體性能更優(yōu)。

    人機界面 集成的人機界面可以同時(shí)顯示來(lái)自DCS與SIS的信息。 DCS和SIS分離的人機界面 無(wú)縫集成可以加快系統的實(shí)施并節省人力。在裝置開(kāi)車(chē)和日后的運行過(guò)程中提高操作人員的操作效率，減少誤操作的發(fā)生。集成的報警和事件記錄便于故障分析。

    系統通訊連接 一套控制網(wǎng)絡(luò ) 不同的控制網(wǎng)絡(luò )，只能通過(guò)Modbus通訊等實(shí)現實(shí)時(shí)數據的通訊。 集成現狀方案要額外增加連接兩套系統的工作量，也不便于日后的維護，而且只能在DCS上看到實(shí)時(shí)數據，無(wú)法看到SIS的系統診斷信息、報警信息、SOE信息，DCS和SIS之間無(wú)法時(shí)鐘同步。無(wú)縫集成方案可以解決以上問(wèn)題，不需要花費額外的人力和時(shí)間。

    系統維護 統一的維護規程 DCS和SIS兩套不同的維護規程 無(wú)縫集成方案將更加節省維護成本，并提高維護效率。