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)報警等信號,，并能對自動消防等裝置發(fā)出控制信號的報警裝置系統(tǒng),。在一個火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中，火災(zāi)探測器是系統(tǒng)的“感覺器官”,，隨時監(jiān)視著周圍環(huán)境的情況,；而火災(zāi)報警控制器，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)來的報警信號,，迅速、正確地進行轉(zhuǎn)換和處理,，并以聲光報警形式，指示火災(zāi)發(fā)生的具體部位,，以便及時采取有效的處理措施,。
　　F&Gs通常具有以下特征。
　　獨立于其他控制系統(tǒng),；
　　是一套硬件冗余的系統(tǒng),，單點故障不會導致停車；
　　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警指示,；
　　系統(tǒng)是故障安全型的,安全等級" title="安全等級">安全等級要求SIL1-SIL3；
　　具有相當快的掃描時間,；
　　在線修改下裝功能,；
　　在線對點的強制功能；
　　下裝前的離線仿真及比較功能,；
　　嚴格的版本記錄功能,；
　　具有 SOE 事件
順序紀錄功能；
　　由于故障安全系統(tǒng)" title="安全系統(tǒng)">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 等級要求等特點, 因而越來越多的用于F&G,，對于所有的安全系統(tǒng)來講都應(yīng)該受到以下條件的約束：
　　安全停車 - 一個安全系統(tǒng)應(yīng)該在其降級的情況下,，在超過限定的時間時使其控制的生產(chǎn)過程安全的停下來；
　　響應(yīng)時間和掃描時間 - 掃描時間應(yīng)該低于響應(yīng)時間的50%,；
　　強制點報警 - 一個安全系統(tǒng)在正常運行時不應(yīng)該有點被強制,，除非有特殊原因，所以,，安全系統(tǒng)必須配有點的強制報警,；
　　輸出表決診斷 - 一個安全系統(tǒng)的輸出表決不應(yīng)該被強制；
　　主從MODBUS功能 - 關(guān)鍵點不能通過 MODBUS 通訊來傳送,，MODBUS傳送的那些點都應(yīng)該是非關(guān)鍵點,；
　　點對點通訊 - 點對點通訊可以用來傳送關(guān)鍵信號，但是新數(shù)據(jù)的更新必須在規(guī)定時間才有效,，此時間通常為生產(chǎn)過程容許時間的 50% ,，如果在此時間內(nèi)無數(shù)據(jù)更新，接收端應(yīng)該采取事先約定動作,；
　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展和國際安全標準的更新和完善, 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)" title="過程控制系統(tǒng)">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立,但采用共用的工程師站進行組態(tài)下裝和系統(tǒng)維護,采用公用的人機界面進行數(shù)據(jù)顯示,。
　　3.共用的方式
　　一套系統(tǒng)同時滿足基本過程控制和安全控制功能, BPCS和SIS（或F&Gs）在功能上完全相獨立, 硬件和軟件上相對獨立,。
　　SIMATIC S7-400FH可提供以上三種組合方式, 既可以做為獨立的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)進行通信,又可以無縫集成到SIMATIC PCS中。
　　SIMATIC PCS7是基于全集成自動化的現(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)查報告,，SIMATIC PCS 7 符合其CPAS 結(jié)構(gòu)遠景及ISA-88和ISA-95等標準的單一自動化環(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等國際安全標準，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 通信機理,，可以將標準功能和故障安全功能" title="安全功能">安全功能集成在一個控制器中,，也可以將它們放在不同的控制器中，可以將分布式的I/O" title="I/O">I/O模件,，包括標準模件和故障安全模件,，集成在一個站中，也可以分開安裝和擴展（見圖-1）,，其中SIS （或F&Gs）功能由SIMATIC S7-400FH實現(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：
　　·共用一個工程組態(tài)系統(tǒng)完成標準應(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
　　·將帶時間標簽的故障信息,，自動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),。為了保護人員、設(shè)備及環(huán)境,，將風險最小化,，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)試到操作和維護以及投運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,，
自動產(chǎn)生文檔資料
　　·無需專門的編程知識,，縮短組態(tài)時間
　　·在SIMATIC PCS 7的操作員站上, 自動生成可視化及用戶友好的安全矩陣界面
　　·自動管理程序的項目版本
　　·跟蹤修改方便
　　·進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的冗余容錯性可確保系統(tǒng)運行時最少的非計劃停車，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)計及自診斷功能，能對內(nèi)部及外部的故障進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)具體要求針對現(xiàn)場儀表和執(zhí)行裝置進行單模塊、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" title="加氫精制">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、儲運工程
　　2 中間罐區(qū)
　　在該工程F&G系統(tǒng)中,，F(xiàn)&Gs機柜間分布在不同的地理位置,，F(xiàn)&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)該項目為了免于火災(zāi)和有毒,，有害，可燃氣體的威脅,，保護系統(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現(xiàn)高可可用率。各個模件，現(xiàn)場信號線和傳感器的故障都要求通過內(nèi)置的診斷供能來自動檢測,，氣體檢測器的模擬信號都直接與控制器相連,。
　　考慮盡可能節(jié)約成本。根據(jù)對SIEMENS S系統(tǒng)的了解,，我們提供如下方案：


　　在這個方案中,，每個F&Gs系統(tǒng)由以下幾個部分：
　　· 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,，允許站點同時發(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)的交換機模塊將整個網(wǎng)絡(luò)分成若干子網(wǎng),，每個子 網(wǎng)都可以獨立的形成一個數(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 的故障安全自動化系統(tǒng)（F/FH 系統(tǒng)）將標準運行控制器和安全技術(shù)集成在了一個統(tǒng)一的系統(tǒng)之中。該系統(tǒng)已經(jīng) TüV 認證,，可以滿足安全要求 SIL 1 至 SIL 3,，符合標準 IEC 61508，安全等級 AK1 至 AK 6,，符合標準 DIN V 19250/DIN V VDE 0801 以及安全分類 2 至 4 符合標準 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 CPU 的不同過程部分執(zhí)行兩次,。有些錯誤可以在繼后的結(jié)果比較時識別出來,。
　　SIMATIC S7-400FH 在保證安全性的同時提供多點容錯功能，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） 的安全等級要求,。

　　PROFI safe 標準故障安全通信協(xié)議是目前世界上唯一通過德國BIA-聯(lián)邦勞動安全研究所和TüV-德國技術(shù)監(jiān)督聯(lián)合會認證的故障安全通信協(xié)議標準。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 標志著故障安全通信技術(shù)的標準化和開放化的歷史性進展, 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)行機構(gòu)等）提供了相同的通信平臺,。

　　ET200M分布式I/O站除了具有可靠性高、組態(tài)靈活,、使用方便,、分布安裝及性能價格比高等特點外，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)運行過程中可以進行帶電熱插拔。因此,，它具有很好的在線維護性,。
　　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)方面遠遠達到國際先進水平,，在選擇系統(tǒng)的過程中,，用戶充分認識到SIEMENS PCS7 FH系統(tǒng)的特點和高性價比的優(yōu)點，在幾家安全系統(tǒng)中最終選擇SIEMENS的PCS7 FH系統(tǒng)來實現(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,。本文僅對西門子SIMATIC安全集成技術(shù)進行了簡要介紹,，我們希望隨著用戶對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,。