摘要：

PAC8000控制系統可提供常規的PLC或DCS控制系統，同時可提供滿足IEC61508和IEC61551標準的、具有SIL2認證的安全控制器和安全IO模塊，具有SIL2認證的安全控制系統又稱之為SafetyNet系統。SafetyNet安全系統采用與PAC8000常規控制系統相同的系統架構，并使用同一個編程平臺，這種方式使得SafeyNet系統的安裝、組態與編程更為容易與方便，對于要求達到SIL2安全等級要求的火氣控制系統SafetyNet系統性價比更高，系統實施與維護更為方便快捷。

1. 項目背景

西氣東輸陜京2線增輸工程新建榆林壓氣站、陽曲壓氣站、石家莊壓氣站和興縣壓氣站可燃氣/火焰檢測報警系統，由可燃氣探測器、火焰探測器、火災和氣體控制報警系統組成，用于上述壓氣站壓縮機廠房內的可燃氣體和火焰的檢測和報警。火氣系統要求實現控制器、網絡和電源冗余，系統安全等級為SIL2，系統設計按照模塊化的設計原理，提供較高的實用性和可靠性。系統具有完善的自診斷功能。系統的組件機架安裝，采用模塊化及插入式的設計。模塊無需特殊工具就能進行更換， 故障部件能夠進行熱插拔更換。

2. SafetyNet控制系統

2.1 總述

SafetyNet控制系統是面向工廠自動化的新一代模塊化開放式安全控制系統，采用先進的安全型RailBus總線構架；雙重化的硬件體系結合全面的冗余容錯技術和特有的故障安全策略，使得系統可靠性達到99.999%。高速的控制器和大容量內存保證系統的執行速率和精度。SafetyNet同時提供獲得IEC 61508 SIL2認證的控制模塊，為用戶提供符合安全要求的ESD與F&G控制系統。

2.2 硬件構架

底板

采用先進的RailBus總線技術的控制器底板和I/O模塊底板，每個控制器底板可安裝一對冗余的控制器，一個電源監測模塊，同時備有兩個9針的RS485接口，支持MODBUS RTU協議。每個I/O底板可安裝8個IO模塊，模塊與模塊間相互隔離，支持熱插拔。

主控制器

獲得SIL2認證的 SafetyNet控制器采用IBM PowerPC 266MHz 32位微處理器(等同于Pentium512MHz)，25M內存，雙以太網和串行通訊接口，支持API、現場總線、ModBus、HART、點對點通訊以及OPC，可以實現冗余配置，可直接安裝在危險2區。一個控制器節點最多可安裝64個I/O模塊，支持在線熱插拔。

I/O模塊

I/O模塊可以根據現場需要選擇安裝控制室或者現場區域，通道隔離、監測以及LED指示，獲得SIL 2 認證，支持多種信號類型，支持在線熱插拔。模擬量輸入A/D轉換分辨率達到16位，模擬量輸出A/D轉換分辨率達到12位，能夠對現場回路進行檢測，內置輸入變量線性化、工程單位轉換、開平方濾波、報警及冷端溫度補償運算功能。

接線端子排

可拆卸，體積小，可選帶回路開關和保險絲，可選無電弧和無火花型接線端子排，特有的鍵鎖設計保證安裝的正確性。可直接用于連接現場信號與IO模塊，節省了機柜端子排投資。

電源

N+1冗余配置的、采用浮空設計的電源模塊，正常情況下兩塊電源各承擔50%的供電負荷，其中一塊電源出現故障時，另一塊電源承擔100%的負荷。

在這些應用中，SafetyNet的通用平臺很大程度地降低了試車和維護成本，結合幾個測試工具對控制邏輯進行評估，包括完整性分析器和交叉參照分析器。這些高效率的工具幫助用戶減少開發IEC61508安全應用程序所需的時間和精力。同時提供信任主機列表(Trusted Host Table)、關鍵切換點(Key Switch)等關鍵安全應用功能。SafetyNet同時提供變量保持功能，系統斷電后程序不丟失，同時可以恢復至斷電前的狀態。

2.3 軟件

專門針對安全應用開發的 SafetyNet Workbench是一個完整的項目開發環境，可組態包括儀表索引、控制策略（過程和離散）、靜態分析、完整性分析、交叉參照分析、過程可視化（操作面板）配置、歷史記錄參數配置（報警及趨勢記錄）、離線仿真在線下裝和工程管理等多項功能的項目工程，支持IEC61131-3標準中的梯形圖、功能塊和結構化文本編程語言，支持自定義功能塊、函數功能，并提供加密功能。

2.4 通訊

2個以太網口、4個串行通訊口集成在CPU卡及其底板上，全面支持Modbus TCP以太網通訊協議、Modbus RTU工業串行通訊協議、RS232/422/485串行通訊協議、HART協議，以及FF、Profibus現場總線協議。操作站與控制站能夠冗余通訊，保證了操作系統的安全可靠性，全面采用OPC技術，為廠級信息管理系統提供了方便的數據接口。

MODBUS TCP：連接操作站、工程師站，最大通訊距離依介質不同而不同。

MODBUS RTU：連接其它控制設備如PLC等，最大通訊距離依介質不同而不同。

HART協議、FF、ProfiBus現場總線：連接現場儀表以及總線設備。

OPC：連接先進控制與優化系統、廠級信息管理系統。

2.5 系統特點

開放性

系統采用符合工業標準的開放協議，通訊系統網絡為國際流行的冗余容錯的以太網結構。

控制系統的模塊化設計使得用戶很容易搭建一個完整的復雜的系統。擴充靈活，可以實現從小到幾個回路，大到數千個回路不同規模的應用。

極強的環境適應能力

直接安裝于防爆區域2區

抗腐蝕等級： ISA SP71.04 G3等級

環境溫度范圍： -40ºC ~ +70ºC

濕度范圍： 5% ~ 95%相對濕度

抗沖擊：EN60068-2-27，30g

抗振動：EN60068-2-6，5g

高度的可靠性

SafetyNet獲得TüV IEC61508認證，其廣闊的冗余功能可以為您提供多種冗余選項，這些冗余可以包括：

冗余控制器

控制網絡

系統電源

冗余控制器被用于重要控制的應用場合。采用互鎖冗余方式，實現從主控制器到后備控制器的無擾動切換。控制器冗余模型支持在線組態和在線的硬件更換，冗余控制器之間的共享信息被實時更新，使得冗余系統的應用變得更加簡單。同時支持LAN冗余。每個控制器有兩個獨立的以太網接口，每個接口可以連接到一個獨立的網絡，實現LAN的完全冗余。冗余電源被應用在重要的應用中，當一個電源故障時依然能夠確保系統的連續運行。

控制器采用對等的通訊方式，控制器之間共享數據信息。該能力使得重要的信息可以在現場控制器之間實現有效的共享而不必通過控制室。

功能強大的離線仿真功能，可以在控制程序下裝到控制器之前，在離線狀態下完成控制策略的功能測試，從而避免對現場的影響，加快控制策略的投用，縮短開車時間。

允許在測試、開車和維護階段進行在線組態的調整，從而有效地提高系統開車進度，減少操作停工時間。控制項目工程中的組態修改也相當簡單，僅需一次性地調整，數據庫及其相連的HMI包括PID控制面板及現場設備圖形符號將被自動更新。

自動生成包括I/O組態報告、材料表、儀表索引、系統啟動、維護信息及接線圖內容的系統文檔。系統制圖自動保持最新的組態，為您節省了大量時間。

3. SafetyNet控制系統在西氣東輸陜京2線火氣控制系統中的應用

西氣東輸陜京2線增輸工程榆林壓氣站、陽曲壓氣站、石家莊壓氣站和興縣壓氣站要求每個壓氣站配備一套SIL2等級的冗余配置的火氣控制系統，每個系統有一個工程師站兼操作員站以及SIL2控制系統構成，對壓縮機廠房內可能的氣體泄漏和火焰進行檢測并報警。通過安裝于現場危險區域的氣體及火焰探測器探測現場險情，當發生氣體泄漏或火災時，火災和氣體控制系統進行報警，提醒操作人員采取相應措施。同時將報警信號通過硬接線和通信方式傳輸給站控系統PLC和ESD系統。火災和氣體控制系統將與站控系統PLC采用RS485串行通信方式，通訊協議為MODBUS-RTU協議。每個壓氣站系統結構圖與操作畫面如下：

4.結束語

針對需要SIL2功能的火氣控制系統應用，SafetyNet控制系統可提供冗余的控制器、網絡系統和電源，同時其安裝、接線、組態與編程方式繼承了PAC8000控制系統中與DCS系統相同的方法和功能，大大簡化了系統實施與維護，使得系統實施周期更短，系統故障點更少，維護更為方便快捷。