理解标准并在确保安全的前提下降低成本和提高可靠性

    过程工业领域的公司面临着极具挑战性的业务环境，在提高安全性、降低成本并提高运营效率方面承受着越来越大的压力。为了实现自己的目标，成功的企业会对其运营风险进行规划和管理。他们以更低的成本实现更大的收益；避免违规罚款、生产停车、设备损坏和人员受伤。

    锅炉管理系统（BMS）致力于确保熔炉、锅炉、炼焦炉和其他燃烧设备的安全操作。燃烧设备在过程工业中十分常见，但是锅炉燃烧相关的顺序控制以及联锁、各状态之间的切换使得锅炉管理系统显得较为复杂。由于锅炉和其他类型的火焰加热器是过程操作的关键，因此对于控制工程团队而言，BMS的可靠性和可用性非常重要。

    现代化的锅炉管理系统必须考虑：

    在存在危险状况时禁止启动；

    在危险工作状态下提供保护；

    实现点火顺序的自动化，在危险操作状态下提供保护，

    并控制进入熔炉的燃料量；

    为操作员提供状态信息；

    启动安全运行状态或在存在危险状况时联锁停车；

    可靠地运行并消除假跳车。

    随着时间的推移，BMS标准已发展成为帮助企业实施更安全的操作的标准；然而，这些标准影响投资成本，并且需要足够的资源来确保合规。

    除了通用的安全标准，人们还专为BMS应用编制了许多指导文件。许多最终用户担心这些指导信息会加大合规难度，并使政府机构或其他当地管辖部门对于BMS要求更严格。确定要遵循的标准和/或指南是一项艰巨任务。定义BMS时的其他关键挑战包括正确实施：

    启动/停止顺序；

    基于状态的联锁；

    连接设置点控制功能。

    BMS必须能够决定何时从一种状态进入另一种状态、判断每种状态下的阀门位置以及每种状态下处于激活状态的联锁。BMS逻辑要求的顺序以及基于条件的安全联锁通常由工程师以各种格式指定。传统的方法是在因果图中指出启动、运行状态和跳车条件。另一方法是使用叙述性报告。两种方法都可能遗漏某些关键项，并留下不确定的因素。这导致规格的解释变得复杂，使得传统PLC中组态梯形逻辑变得困难且耗时。

    在许多行业及应用中，对BMS进行风险分析是为了确定是否需要额外的措施降低风险，以避免财产损失、环境影响和人员伤害。如果确定需通过特定联锁或功能实现安全完整性等级1（SIL1）或更高的安全完整性等级（SIL），则部分BMS功能将需要安全仪表系统（SIS）。

    目前已制定出多个BMS标准、操作规程建议和指南（例如API 556和ISA-TR 84.00.05），这些文档强烈建议BMS必须包含安全仪表功能（SIF）。SIF必须正确地定义风险并进行排序，执行安全完整性计算和等级选择。应对BMS进行功能测试，并且用户必须确保按照适用的标准和指南进行系统设计、维护、检查和测试。

    在安全逻辑解算器中实施BMS的效益包括：提高安全完整性，简化合规流程，可能降低保险成本，使之符合许多工业指南。如果某些BMS功能由SIS执行，平衡安全性和可用性非常重要。有时会侧重于安全要求而不考虑对可用性的影响。如果过程设计合理，SIS系统很少启动。逻辑解算器连续运行，而无任何处理需求。这种情况下，SIS提供了可用性，以确保工厂能正常运行并产生利润。

    DeltaV SISTM解决方案

    DeltaV SIS可用于BMS应用，是控制和监测锅炉单元的安全解决方案。DeltaV SIS完全遵循IEC 61511标准，有效提高安全逻辑的实施和管理。

    模块化架构

    无论是小型独立锅炉，还是包含多个锅炉和/或多种燃料的大型燃料锅炉应用——DeltaV SIS规模可变以适应BMS要求。每个模块化的冗余逻辑解算器都有96个可组态I/O通道。可以按需要添加逻辑解算器——最多达30,000个I/O。模块化架构特别适合多锅炉设备，允许每个锅炉在独立的逻辑解算器运行，以加强故障隔离并易于维护。

    DeltaV SIS逻辑解算器获得TüV认证，满足SIL3应用需求。

    不仅提供在线保护以防止随机硬件故障导致的误跳车，冗余还支持在线更换、验证试验和在线固件升级。

    DeltaV SIS系统可作为独立的安全仪表系统，通过ModbusTCP连接到现有的过程控制系统（BPCS），或与DeltaV系统集成，从而形成一体化的集成式控制和安全仪表系统（ICSS）。

    轻松访问BMS安全信息

    由于某些BMS系统每次运行数月并且一年只启动一次或两次，操作员可能不熟悉BMS逻辑。因此，必须将BMS信息清晰地传达给操作员——显示逻辑所在步骤、必须满足何种条件才能继续下一步骤以及哪些联锁处于活动状态等。操作员可以轻松地通过DeltaV操作站访问DeltaV SIS系统中的BMS相关信息，或者访问其他BPCS操作员界面。在DeltaV操作站，以图形形式清晰地显示了联锁状态和顺序所在步骤；标准操作员面板可自动提供详细的安全信息，无需组态。

    DeltaV SIS功能块提供联锁的首出信息，并显示给操作员。进行所需操作必须经过正确的授权和确认。历史数据收集功能保存所有首出信息、授权和其他必需的文档。

    如果将DeltaV SIS安全仪表系统配合DeltaV作为ICSS实施，则锅炉顺序可与调节设备的过程控制回路共同显示在同一操作员屏幕上。

    减少工程量

    经IEC 61508认证的DeltaV SIS功能块专为锅炉管理系统的顺序控制而设计。为了用简单的矩阵形式以说明不同的锅炉状态和需要的条件，艾默生开发了一种独特的方法。一个页面显示状态、激活的跳车条件、阀门位置以及如何从一种状态转换到另一种状态。这种格式可以轻松地转换为DeltaV SIS功能块所需的参数；简化组态，无需进行复杂或定制的编程。

    在定义BMS应用时，以下功能块是关键组成部分

    （1）LSSTD状态迁移图

    LSSTD功能块在逻辑解算器中执行一个用户定义的状态机制。状态机制会描述可能的状态以及系统中可能出现的在这些状态之间的转换。例如，“吹扫”、“点火”、“运行”都可以是定义的状态，通过特定的操作员输入（例如“启动”）或设备输入（例如累积的空气流量）指示状态变化。

    （2）LSSEQ定序器

    基于从状态转换功能块获得的当前锅炉状态，驱动一系列离散输出。

    （3）LSCEM因果矩阵

    执行联锁和许可逻辑，多达16个输入（因）、16个输出（果）关联起来，用于控制一个或多个最终元件。功能块包括基于状态的原因(CAUSE)掩码，并允许每个定义的锅炉状态有不同的跳车条件。首出功能可快速识别任何跳车条件的根本原因，尽可能减少停车时间。

    综合变更管理

    DeltaV SIS系统的变更管理支持法规要求并简化IEC 61511的合规流程。可以记录DeltaV SIS系统逻辑中所有变更的变更内容、变更执行者和变更时间。

    除了识别变更执行者，DeltaV SIS系统还记录SIS逻辑的变更内容。变更的精确描述可以用图形和文本的形式呈现——变更、添加和删除都带有色码。根据标准的要求，只能由具有恰当资质的人员执行编辑和确认。为确保由恰当的人员进行审核，在项目开始时就要确定人员分组、授权。

    交付成果

    有了正确的顺序和联锁，DeltaV SIS系统中的BMS应用可以可靠地帮助锅炉单元安全度过所有相关状态，从启动、运行直至停车（如有必要）。

    灵活地满足BMS需求——规模可变；

    提高了过程可见性——可从同一应用程序/屏幕/显示器查看BMS顺序和控制；

    降低了工程量和功能块的复杂性——简化了设计、组态和测试，最终节约了时间。

    摘自《自动化博览》11月刊