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集中式与分布式过程安全控制系统的选择

行业聚焦点中国仪表网2012年04月09日 14:18人气:11523

  导读:工厂过程控制的安全系统可以是集中式,分布式,或两者兼而有之。每种方法都有其优势和挑战,选择好的选择取决于多种因素。本文将探讨不同的安全系统架构,将展示工艺厂用户如何挑选适合他们的特定需求的最佳解决方案。
  
  集中安全
  
  一些工厂采用单片横跨整个设施的安全系统。这些系统使用一个集中的逻辑解算器,通常是一个大的可编程单元,并可能具有内在的冗余性和广泛的诊断,所有住在一个环境控制区。
  
  使用一个单一的安全逻辑得到普及,作为一种手段,以降低每I/O点的成本,越来越多的I/O连接到逻辑求解中央处理单元(CPU)。
  
  在许多地方,安全逻辑提供了数以千计的I/O点的监督,设施安全和生产的可靠性依赖于一个单一的安全逻辑的性能结果。因此,软件升​​级,应用程序的变化,硬件故障,维修,功能检查,可以影响到整个安全系统。
  
  与集中的安全,对CPU和I/O布局的决定必须在最初的项目设计。安全系统I/O模块可设在中部地区或远程现场设备与安全的数字通信的逻辑解​​算器位于附近。CPU和远程I/O之间的通信必须符合IEC61508认证的供应商。由于其重要性,这些远程I/O链接往往沿不同的冗余路径安装,这样一个厂房面积损坏,不会带来整个系统。
  
  符合IEC61511的要求,个别现场设备的安全系统可以直接硬I/O。远程安全I/O允许设计师减少这些个别线运行的长度,有可能降低工程造价。
  
  与集中式系统,用户只需要掌握softwareproduct,虽然它可能会相当复杂。可编程的系统需要访问安​​全控制工程接口解决性能退化。集中系统不提供本地接口或在该领域的面板,所以这些必须单独设计和安装,增加额外的成本和复杂性。
  
  制造商的选择构成了培训和备件的长期承诺。一旦做出选择,不同的硬件组件的数量最小化,减轻了学习曲线,减少放养的要求。小的增加和升级项目必须适应现行的制度,所以需要额外的连接点与原始安装兼容的硬件实现。
  
  因为一个单一的逻辑解算器管理许多安全功能,应用程序必须执行速度不够快,处理所需的过程安全时间最短。另外一个新的安全功能,如应用程序的变化,必须进行评估的其他安全功能的影响。在一个新的应用程序下载,或在CPU环境控制损失的问题可能会影响多个工厂的过程单元,可能会影响到许多件设备的安全和正常运行。
  
  也许,与集中式系统的最大的问题是主控制器故障可能导致整个安全系统停止运作。虽然硬件冗余,可以减少这种情况发生的概​​率,作为潜在的威胁仍然在软件和固件更新需要的系统性错误,需要关闭整个系统进行更新,可以影响过程的正常运行。
  
  加方,几乎消除了集成问题,因为硬件组件和软件都是由一家厂商提供,并有一个明确的情况下单一来源的责任,出现任何问题。
  
  分布式安全
  
  分布式安全系统可能不太熟悉,但仍然在世界各地的工艺厂广泛使用。主要分布安全组件包括跳闸或继电器模块和/或有限的I/O能力的小型可编程电子控制器,每个设计和选择,以适应一个单一的安全功能的需求。
  
  分布式的安全系统设计往往提供有限的厂房面积,特别是植物的过程中,单台设备,或一个单一的安全功能的安全运行。例如,压缩机橇可能会提供自己的控制和安全系统,独立的,除了工厂的主要控制和安全系统。
  
  在另一起案件中,特别是植物的过程中,可能有其自身的安全系统。例如,我们的公司提供了一个分布式的安全系统在炼油厂馏分加氢装置。该系统采用四个独立旅模块监测四个场景,涉及低水平,低流量,可能会导致单位内设备超压。
  
  分布式安全系统的优点和缺点:也许,分布式安全系统的最大优势是独立运作和关闭。简而言之,本地控制系统的运作,作为设计的其他安全系统,即使失败,或者如果系统之间的通信链路失败。
  
  失败和在本地和分布式安全系统的退化条件,可以诊断,并提出适当的反应操作。对于一个简单的行程模块系统,所需的诊断可能是一个周期的验证试验,并用螺丝刀电工进行任何必要的维修。对比这与一个集中的安全系统连续运行硬件诊断,并要求与诊断工具和故障诊断和维修工程师或高度熟练的技术人员,工程接口条件。
  
  因为分布式的安全系统只能处理数量有限的功能,可以修改或安全系统的升级,而不会干扰过程中的其他部分。用于厂房改造和扩建,往往更容易安装,而不是集中的安全控制器的新功能集成到分布式的安全系统。另外一个新的安全功能相对简单,因为新的功能没有互动与现有的安全硬件或适合在现有的围栏。新的领域硬安全连接的长度可以在相对较短,因为逻辑解算器可以安装在靠近保护单位。
  
  如果分布式的安全系统使用只有旅行模块和继电器代替可编程电子,其他几个优势得以实现。没有软件编程是必需的,并可以很容易地设计到故障安全系统。由可编程系统的执行速度是无与伦比的,为的是便于设计和维护。选择旅游模块和安全继电器可以承受的现场作业环境,可以安装在靠近被保护设备简单的防水罩,没有对环境控制,如空调业务的依赖。
  
  作为集中的安全系统,符合IEC61511的要求个别现场设备的安全系统可以直接硬I/O。现场传感器可以共享与监管通过隔离或通过数字通信总线控制系统和运营商的HMI。分布式的安全系统由本地执行所有的安全操作。如果一个地方的操作界面是必需的,分布式的安全系统面板可以修改提供灯,按钮,和/或操作界面终端。
  
  实施分布式安全面临的主要挑战是需要落实和整合来自许多不同的供应商的产品。虽然每个分布式安全系统可能是相对简单的本身,数量之多,可以添加不同的系统的复杂性。来自不同供应商的零件需要放养,工厂人员必须熟悉每个系统的运作。刚刚收集的现场故障排除合适的工具,可以成为一个挑战,因为这些工具往往是具体到每个安全系统。
  
  许多工艺厂要结合集中式和分布式安全的好处,同时最大限度地减少各自的弊端,有办法做到这一点,是一种混合的安全体系架构。
  
  杂交可提高品种
  
  新技术,如分布式和网络安全控制器,安全级数字通信网络,安全受好评的远程I/O允许一些工艺厂结合的一种混合的安全体系架构的集中式和分布式安全的许多优势。
  
  在这种类型的系统,中央安全控制器进行通信,以一个或多个分布式控制器位于整个工厂通过高速数字网络。每个子控制器有它自己的本地I/O和独立的基础上可以控制它的本地进程。涉及安全的CPU之间的通信必须在逻辑解算器供应商的产品认证IEC61508标准。这项规定意味着混合安全系统将很像集中系统,从一个单一的供应商购买。
  
  通过这种方法,有是只有一个为整个安全系统的软件编程环境,只有一个供应商。这实际上消除了集成问题,并简化了设计和维护。控制室人员提出了一个统一的操作界面,这个界面可以显示完整的信息,从每个子控制器分布式安全。
  
  在消极的一面,这些系统往往是所有设计方案,并保持最复杂的,因为有许多单独的安全控制器。必须在一个高速网络设计,安装,维护和接入安全和网络安全,必须严格控制。
  
  选择最好的选择
  
  一个新的绿地植物,往往是一个集中的安全体系架构的初步做法。如果选定的监管控制系统供应商也提供分布式安全,大部分的主要自动化供应商做,那么工厂可以实现混合动力系统与单一供应商的做法的好处。
  
  对单一厂商的依赖往往是在采购成本方面更昂贵,但这种方法应该减少其他生命周期成本。主要的风险是完全依赖一个供应商,以及有时在最初的设计极为复杂,往往需要相当大的代价广泛的供应商的支持。
  
  集中式安全系统的安装和运行在许多工厂,大多数用户无法自圆其说的批发方式变化。在这种情况下,往往是更具成本效益和简单的执行与分布式安全系统的补充和升级。
  
  这些分布式系统可以联网监管系统和它的操作界面,通过无论是硬线或数字网络系统的外观和感觉很像一个集中的安全系统,以较低的成本提供操作。
  
  分布式安全系统往往是在滑动过程中,压缩机,包装机,并从原始设备制造商购买其他子系统。OEM安全系统通常与监管的中央控制系统通过无论是硬线或数字网络,虽然可能是完全独立的安全系统。
  
  最新设施将选择集中式或混合式的安全系统架构。现有电厂的需要,以确保新的安全系统融入其现有的安全系统架构。在许多情况下,这意味着将用于分布式安全系统,这些系统将被集成到现有的安全系统架构。
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