火災(zāi)及可燃性氣體,、有毒氣體監(jiān)控系統(tǒng)(F&Gs)是一種能為火災(zāi)探測器供電、接收,、顯示和傳遞火災(zāi)報(bào)警等信號(hào),，并能對(duì)自動(dòng)消防等裝置發(fā)出控制信號(hào)的報(bào)警裝置系統(tǒng)。在一個(gè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中,，火災(zāi)探測器是系統(tǒng)的“感覺器官”,，隨時(shí)監(jiān)視著周圍環(huán)境的情況；而火災(zāi)報(bào)警控制器,，則是該系統(tǒng)的“軀體”和“大腦”,，是系統(tǒng)的核心。它的主要作用是供給火災(zāi)探測器高穩(wěn)定的直流電源,；監(jiān)視連接各火災(zāi)探測器的傳輸導(dǎo)線有無斷線故障,；保證火災(zāi)探測器長期、穩(wěn)定,、有效地工作,。當(dāng)火災(zāi)探測器探測到火災(zāi)后，能接受火災(zāi)探測器發(fā)來的報(bào)警信號(hào),，迅速,、正確地進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理，并以聲光報(bào)警形式,，指示火災(zāi)發(fā)生的具體部位,，以便及時(shí)采取有效的處理措施,。

F&Gs通常具有以下特征。

•  獨(dú)立于其他控制系統(tǒng),；
•  是一套硬件冗余的系統(tǒng),，單點(diǎn)故障不會(huì)導(dǎo)致停車；
•  能夠帶電熱插拔卡件,；
•  具有全面的在線自診斷并帶有故障報(bào)警指示,；
•  系統(tǒng)是故障安全型的,安全等級(jí)要求SIL1-SIL3；
•  具有相當(dāng)快的掃描時(shí)間,；
•  在線修改下裝功能,；
•  在線對(duì)點(diǎn)的強(qiáng)制功能；
•  下裝前的離線仿真及比較功能,；
•  嚴(yán)格的版本記錄功能,；
•  具有 SOE 事件順序紀(jì)錄功能；

由于故障安全系統(tǒng)與普通PLC 相比具有診斷率高, 可靠性高并符合相應(yīng)的SIL 等級(jí)要求等特點(diǎn), 因而越來越多的用于F&G,，對(duì)于所有的安全系統(tǒng)來講都應(yīng)該受到以下條件的約束：
•  安全停車 - 一個(gè)安全系統(tǒng)應(yīng)該在其降級(jí)的情況下,，在超過限定的時(shí)間時(shí)使其控制的生產(chǎn)過程安全的停下來；
•  響應(yīng)時(shí)間和掃描時(shí)間 - 掃描時(shí)間應(yīng)該低于響應(yīng)時(shí)間的50%,；
•  強(qiáng)制點(diǎn)報(bào)警 - 一個(gè)安全系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)不應(yīng)該有點(diǎn)被強(qiáng)制,，除非有特殊原因，所以,，安全系統(tǒng)必須配有點(diǎn)的強(qiáng)制報(bào)警,；
•  輸出表決診斷 - 一個(gè)安全系統(tǒng)的輸出表決不應(yīng)該被強(qiáng)制；
•  主從MODBUS功能 - 關(guān)鍵點(diǎn)不能通過 MODBUS 通訊來傳送,，MODBUS傳送的那些點(diǎn)都應(yīng)該是非關(guān)鍵點(diǎn),；
•  點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊 - 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊可以用來傳送關(guān)鍵信號(hào)，但是新數(shù)據(jù)的更新必須在規(guī)定時(shí)間才有效,，此時(shí)間通常為生產(chǎn)過程容許時(shí)間的 50% ,，如果在此時(shí)間內(nèi)無數(shù)據(jù)更新，接收端應(yīng)該采取事先約定動(dòng)作,；
    隨著電子技術(shù)的發(fā)展和國際安全標(biāo)準(zhǔn)的更新和完善, 基本過程控制和安全儀表系統(tǒng)(或F&Gs)也由過去的完全相互獨(dú)立設(shè)置逐步走向相互融合,。基本過程控制和安全儀表系統(tǒng)(或F&Gs)通常有三種組合方式

    1.傳統(tǒng)的接口方式

    基本過程控制系統(tǒng)(BPCS)和安全儀表系統(tǒng)(SIS) (或F&Gs)的硬件和軟件完全相互獨(dú)立(控制站,工程師站等),采用通信接口的方式將部分SIS(或F&Gs) 數(shù)據(jù)傳送到BPCS 的人機(jī)界面上顯示。

    2.集成的方式

    BPCS和SIS(或F&Gs)在控制站層面上完全相互獨(dú)立,但采用共用的工程師站進(jìn)行組態(tài)下裝和系統(tǒng)維護(hù),采用公用的人機(jī)界面進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示,。

    3.共用的方式

    一套系統(tǒng)同時(shí)滿足基本過程控制和安全控制功能, BPCS和SIS(或F&Gs)在功能上完全相獨(dú)立, 硬件和軟件上相對(duì)獨(dú)立,。

    SIMATIC S7-400FH可提供以上三種組合方式, 既可以做為獨(dú)立的SIS(或F&Gs) 系統(tǒng)使用,通過Modbus, Profibus, Ethernet(OPC)等方式與第三方過程控制系統(tǒng)進(jìn)行通信,又可以無縫集成到SIMATIC PCS中。

SIMATIC PCS7是基于全集成自動(dòng)化的現(xiàn)代過程控制系統(tǒng),，其中集成了過程工業(yè)所需的連續(xù)控制,，邏輯，批處理及故障安全的全部功能,。根據(jù)ARC 的調(diào)查報(bào)告,，SIMATIC PCS 7 符合其CPAS 結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)景及ISA-88和ISA-95等標(biāo)準(zhǔn)的單一自動(dòng)化環(huán)境,。其無縫集成安全儀表系統(tǒng)（SIS）的創(chuàng)新技術(shù)，使其成為新一代過程控制系統(tǒng)的典范,，其中集成的S7-400FH 安全系統(tǒng)符合IEC 61508(SIL 3)和IEC 61511等國際安全標(biāo)準(zhǔn),，并已廣泛應(yīng)用于緊急停車系統(tǒng)（ESD）、火災(zāi)及有毒有害氣體監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng)（F&G,NFPA 72）,、燃燒管理系統(tǒng)（BMS NFPA 85）,、和關(guān)鍵設(shè)備控制等,。

    SIMATIC PCS7的安全集成設(shè)計(jì)為面向未來的工廠提供了靈活的解決方案,。基于內(nèi)部Profisafe 通信機(jī)理,，可以將標(biāo)準(zhǔn)功能和故障安全功能集成在一個(gè)控制器中,，也可以將它們放在不同的控制器中，可以將分布式的I/O模件,，包括標(biāo)準(zhǔn)模件和故障安全模件,，集成在一個(gè)站中，也可以分開安裝和擴(kuò)展（見圖-1）,，其中SIS (或F&Gs)功能由SIMATIC S7-400FH實(shí)現(xiàn),。

                          (圖-1)

    將安全功能集成到SIMATIC PCS 7 過程控制系統(tǒng)中，具有以下優(yōu)勢：

·共用一個(gè)工程組態(tài)系統(tǒng)完成標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用和安全應(yīng)用

·在SIMATIC PCS 7的安全控制器(AS)中集成安全控制策略

·在SIMATIC PCS 7的操作員站(OS)中,，集成有過程值的用戶友好界面

·將帶時(shí)間標(biāo)簽的故障信息,，自動(dòng)集成到過程可視畫面中

·不需要傳統(tǒng)的DCS與 SIS(或F&Gs)之間復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理

·節(jié)省成本、空間和安裝費(fèi)用,。

    過程工業(yè)的不允許存在任何安全薄弱環(huán)節(jié),。為了保護(hù)人員、設(shè)備及環(huán)境,，將風(fēng)險(xiǎn)最小化,，不僅需要可靠的過程工業(yè)的安全技術(shù)，安全管理和合格的人員也是安全生命周期(Safety Lifecycle)的必要條件,，并保證從規(guī)范到執(zhí)行的全過程的安全要求（見圖-3）,，SIMATIC PCS7的SIS解決方案中的安全矩陣Safety Matrix（圖-4），提供了從安裝調(diào)試到操作和維護(hù)以及投運(yùn)后修改過程的安全生命周期工具,。

                                 (圖-3)

SIMATIC Safety Matrix 功能簡述:

·用已知的原因/結(jié)果方式組態(tài)安全 (邏輯)功能,，例如，基于過程事件和過程反應(yīng)來組態(tài)

·自動(dòng)生成相關(guān)的STEP®程序

·通過簡易和透明的組態(tài),，將故障源降至最低

·安全組態(tài)檢閱后,，自動(dòng)產(chǎn)生文檔資料

·無需專門的編程知識(shí)，縮短組態(tài)時(shí)間

·在SIMATIC PCS 7的操作員站上, 自動(dòng)生成可視化及用戶友好的安全矩陣界面

·自動(dòng)管理程序的項(xiàng)目版本

·跟蹤修改方便

·進(jìn)行安全功能的直接修改,，具有輕松方便的測試模式,，以及旁路,、復(fù)位和跳過等功能

                                            (圖-4)

   SIMATIC S7-400FH的冗余容錯(cuò)性可確保系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)最少的非計(jì)劃停車，從而使相關(guān)的成本最低化,，故障安全模塊內(nèi)置的完全冗余設(shè)計(jì)及自診斷功能,，能對(duì)內(nèi)部及外部的故障進(jìn)行快速而有效的診斷，其創(chuàng)新的靈活的模塊冗余（FMR）方式,，可根據(jù)具體要求針對(duì)現(xiàn)場儀表和執(zhí)行裝置進(jìn)行單模塊,、雙模塊和三重化模塊配置，完成安全規(guī)范IEC61511中的安全儀表（SIF）功能,。

中石油大連石化分公司加工高含硫原油技術(shù)改造工程由8套裝置（聯(lián)合裝置）構(gòu)成,，這8套裝置（聯(lián)合裝置）是：

²        1000X10⁴t/a常減壓蒸餾裝置（含輕烴回收單元、石腦油加氫裝置）

²        300X10⁴t/a渣油加氫脫硫裝置

²        360X10⁴t/a加氫裂化裝置

²        220X10⁴t/a連續(xù)重整裝置

²        400X10⁴t/a直餾柴油加氫精制裝置

²        3X9X10⁴t/a硫磺回收裝置

²        2X10X10⁴m³n/h制氫裝置

²        200X10⁴t/a煤,、柴油加氫精制裝置

²        公用工程,、儲(chǔ)運(yùn)工程

²        中間罐區(qū)

在該工程F&G系統(tǒng)中，F&Gs機(jī)柜間分布在不同的地理位置,，F&Gs的設(shè)置按如下原則：

F&Gs01---管控中心,、1000X10⁴t/a常減壓蒸餾裝置（含輕烴回收單元石腦油加氫裝置）、中間罐區(qū),、新區(qū)管控中心設(shè)置一套F&Gs系統(tǒng),。

F&Gs02---220X10⁴t/a連續(xù)重整裝置單獨(dú)設(shè)置一套F&Gs系統(tǒng)。

F&Gs03---360X10⁴t/a加氫裂化裝置和2X10X10⁴m³n/h制氫裝置,、400X10⁴t/a直餾柴油加氫精制裝置,、200X10⁴t/a煤、柴油加氫精制裝置設(shè)置一套F&Gs 系統(tǒng),。

F&Gs04---300X10⁴t/a渣油加氫脫硫裝置,、3X9X10⁴t/a硫磺回收裝置（含尾氣處理、酸性水汽提及胺再生）設(shè)置一套F&Gs 系統(tǒng)

該項(xiàng)目為了免于火災(zāi)和有毒,，有害,，可燃?xì)怏w的威脅，保護(hù)系統(tǒng)要求很高的可用率和可靠性,。系統(tǒng)要求通過在線更換有故障的模件實(shí)現(xiàn)高可可用率,。各個(gè)模件，現(xiàn)場信號(hào)線和傳感器的故障都要求通過內(nèi)置的診斷供能來自動(dòng)檢測,，氣體檢測器的模擬信號(hào)都直接與控制器相連,。

考慮盡可能節(jié)約成本。根據(jù)對(duì)SIEMENS S系統(tǒng)的了解,，我們提供如下方案：

在這個(gè)方案中,，每個(gè)F&Gs系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分：

·      監(jiān)視站，安裝在新區(qū)管控中心,。

·      工程師站,，安裝在新區(qū)管控中心,。

·      故障安全控制器AS417FH，安裝在新區(qū)管控中心,。

在本方案中采用西門子快速交換式工業(yè)以太網(wǎng)(100Mbps)作為連接操作員站,、工程師和自動(dòng)化系統(tǒng)站的系統(tǒng)總線。

快速交換式工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議基礎(chǔ)上,，將通信速率提高到了100Mbps,。由于采用了全雙工并行(FDX)通信模式，允許站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù),，通信速率可提高一倍,。SIMATIC NET 在快速以太網(wǎng)上 還采用 了交換技術(shù)，利用西門子自行開發(fā)的交換機(jī)模塊將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成若干子網(wǎng),，每個(gè)子 網(wǎng)都可以獨(dú)立的形成一個(gè)數(shù)據(jù)通信段,，可以大大的提高通信效率,。由于普通以太網(wǎng)網(wǎng)段上數(shù)據(jù)通信阻塞的存在,，使得實(shí)際通信效率只有40%，采用了全雙工并行通信技術(shù)和交換技術(shù)后,，使得網(wǎng)絡(luò)通信能力得以充分的利用,。

基于控制器AS 417 FH 的故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)（F/FH 系統(tǒng)）將標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行控制器和安全技術(shù)集成在了一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)之中。該系統(tǒng)已經(jīng) TÜV 認(rèn)證,，可以滿足安全要求 SIL 1 至 SIL 3,，符合標(biāo)準(zhǔn) IEC 61508，安全等級(jí) AK1 至 AK 6,，符合標(biāo)準(zhǔn) DIN V 19250/DIN V VDE 0801 以及安全分類 2 至 4 符合標(biāo)準(zhǔn) EN 954-1,。通過各種不同的冗余指令編輯，由用戶在 CFC 中組態(tài)的安全功能將在一個(gè) CPU 的不同過程部分執(zhí)行兩次,。有些錯(cuò)誤可以在繼后的結(jié)果比較時(shí)識(shí)別出來,。

  SIMATIC S7-400FH 在保證安全性的同時(shí)提供多點(diǎn)容錯(cuò)功能，可最大限度地滿足用戶的可應(yīng)用性要求,，內(nèi)部開放的Profisafe 通信協(xié)議為SIS 系統(tǒng)的數(shù)字化和現(xiàn)場總線化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),。
　     SIEMENS獨(dú)有的反編碼技術(shù)故障安全CPU , PROFIsafe 通信, 內(nèi)置雙處理器的智能故障安全I/O 模件使得由單個(gè)CPU, 單路總線和單路I/O 模件構(gòu)成的單系統(tǒng)即可滿足IEC61508  SIL3 (DIN AK6) 的安全等級(jí)要求。

PROFI safe 標(biāo)準(zhǔn)故障安全通信協(xié)議是目前世界上唯一通過德國BIA-聯(lián)邦勞動(dòng)安全研究所和TÜV-德國技術(shù)監(jiān)督聯(lián)合會(huì)認(rèn)證的故障安全通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),。以SIEMENS 為首的二十五家世界知名企業(yè)參予了PROFI safe 應(yīng)用行規(guī)的制訂和產(chǎn)品開發(fā),。PROFI safe的誕生 標(biāo)志著故障安全通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和開放化的歷史性進(jìn)展, 為不同廠家的故障安全產(chǎn)品( 包括: 控制系統(tǒng),總線設(shè)備, 現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)提供了相同的通信平臺(tái)

ET200M分布式I/O站除了具有可靠性高、組態(tài)靈活,、使用方便,、分布安裝及性能價(jià)格比高等特點(diǎn)外，更重要的是,，它選用了專用的有源背板總線,，使得ET200M分布式I/O站的所有模塊都能夠在系統(tǒng)運(yùn)行過程中可以進(jìn)行帶電熱插拔,。因此，它具有很好的在線維護(hù)性,。

故障安全I/O模件內(nèi)置雙路處理器(電路示意圖見下)及診斷電路保證了卡件任何的軟硬件故障均可診斷出來, 診斷率高達(dá)99.9%

 以上所有的這些技術(shù)都保證SIEMENS的PCS7 過程控制系統(tǒng)在SIS系統(tǒng)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到國際先進(jìn)水平,，在選擇系統(tǒng)的過程中，用戶充分認(rèn)識(shí)到SIEMENS  PCS7 FH系統(tǒng)的特點(diǎn)和高性價(jià)比的優(yōu)點(diǎn),，在幾家安全系統(tǒng)中最終選擇SIEMENS的PCS7 FH系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)F&G系統(tǒng),。該系統(tǒng)第一期工程在2005年底投產(chǎn)，為大連石化生產(chǎn)新區(qū)1000 X10⁴t/a常減壓蒸餾裝置（含輕烴回收單元,、石腦油加氫裝置）的安全運(yùn)行提供了充分的保證,。

創(chuàng)新的SIMATIC S7-400FH 及SIMATIC PCS 7 安全集成技術(shù)由西門子于1999年推出以來，已在全球范圍的各個(gè)行業(yè)如石油化工,，化工,，制藥，電力,，冶金,，礦業(yè)，輕工等取得了廣泛的應(yīng)用,。本文僅對(duì)西門子SIMATIC安全集成技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹,，我們希望隨著用戶對(duì)SIEMENS PCS7 FH系統(tǒng)的任知，該系統(tǒng)在中國能夠得到更快的發(fā)展,。