在危險化學(xué)品生產(chǎn)和儲運(yùn)企業(yè)中，安全儀表系統(tǒng)(SIS)作為防止事故發(fā)生、減輕事故危害的“雨傘”、“消防隊(duì)”，起到了“錨泊”的作用。由于專業(yè)認(rèn)識的邊緣特性，IEC/GB相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和技術(shù)的局限，技術(shù)人員對SIS系統(tǒng)認(rèn)知，特別是安全檢查時，經(jīng)常會發(fā)生一些爭議，有一些模糊不清的問題。
1、對SIS系統(tǒng)“休眠或靜止”的說法
原安監(jiān)總局《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》116號文中規(guī)定：化工安全儀表系統(tǒng)(SIS)“……生產(chǎn)正常時處于休眠或靜止?fàn)顟B(tài)，一旦生產(chǎn)裝置或設(shè)施出現(xiàn)可能導(dǎo)致安全事故的情況時，能夠瞬間準(zhǔn)確動作，使生產(chǎn)過程安全停止運(yùn)行或自動導(dǎo)入預(yù)定的安全狀態(tài)……”。這里的休眠或靜止僅僅是一個比喻而已，實(shí)際上只要SIS系統(tǒng)的邏輯控制器投運(yùn)，時時刻刻都在高速運(yùn)行，掃描每個變量的數(shù)值，一旦變量超越設(shè)定的界限，立刻發(fā)出聯(lián)鎖指令。SIS系統(tǒng)的邏輯控制器掃描周期可以設(shè)成在0.05～0.5秒，也就是說，每0.05～0.5秒就會對所有變量“巡檢一遍”，檢查是否有超越界限的變量。“休眠或靜止”僅僅是早期供應(yīng)商宣傳安全PLC的一個不恰當(dāng)比喻而已。
2、SIS系統(tǒng)的前世今生
早期的PLC和DCS的區(qū)別：PLC主要是用于順序控制，處理數(shù)字量，也就是DI點(diǎn)和DO點(diǎn)；DCS主要是用于過程控制，處理模擬量，也就是4-20mA、溫度信號等，也包括數(shù)字信號用于順序控制和批量控制。模擬量的字長是數(shù)字量的8倍、16倍甚至更長，所以DCS的CPU運(yùn)算速度和計算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比PLC更強(qiáng)大，控制功能更多、更復(fù)雜，是完全為過程工藝流程運(yùn)行、操作而設(shè)計的全功能控制系統(tǒng)。一般地，過程控制不需要很高的控制時間周期，DCS是實(shí)時加分時運(yùn)算的設(shè)計，CPU是根據(jù)分時、分進(jìn)程任務(wù)運(yùn)行的，可以適應(yīng)不同的控制需要，控制周期在0.5秒到數(shù)秒，最快為0.05秒。
PLC處理的數(shù)據(jù)量比DCS少得多，多數(shù)情況是邏輯運(yùn)算，所以是以時序運(yùn)算的方式工作，簡單地說就是在一個運(yùn)算周期內(nèi)完成所有的邏輯運(yùn)算，再進(jìn)行下一輪的運(yùn)算，習(xí)慣上設(shè)定PLC的最短運(yùn)算周期作為工作周期，IO卡也設(shè)定為最短掃描周期，看上去比DCS快。實(shí)際上是完成比DCS少得多的工作任務(wù)，設(shè)定較快的工作周期，如果任務(wù)負(fù)荷較大就需要延長工作周期或增加控制器了。現(xiàn)在的一些PLC也具備了模擬量處理能力，運(yùn)算速度也比以前快了很多，但與DCS相比還是有很大的差距。
另外DCS是以實(shí)時網(wǎng)絡(luò)為主要手段聯(lián)系各個工作節(jié)點(diǎn)的，網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)的核心之一。而PLC是以控制器為核心獨(dú)立工作為主的，并不需要聯(lián)網(wǎng)就可以工作，聯(lián)網(wǎng)并不是為了傳輸實(shí)時數(shù)據(jù)。現(xiàn)在有些用途采用聯(lián)網(wǎng)加操作站的形式并不能象DCS那樣做到實(shí)時的人機(jī)操作，而是一種輔助的觀察、啟停操作和簡單的連續(xù)操作。雖然DCS和PLC有時可以完成同樣的任務(wù)，但DCS仍然是過程控制的主將，當(dāng)DCS用于順序控制時可以做的與PLC同樣好。而PLC用于順序控制以物美價廉、簡便易行為特色，仍然擔(dān)任主角。DCS和PLC的軟件也完全不同，功能相差甚遠(yuǎn)，即使是同樣的模擬控制模塊也有功能上的差別。
安全儀表系統(tǒng)(SIS)的控制器是用于邏輯控制的，即使處理模擬量也僅僅是為了設(shè)定聯(lián)鎖限制值，所以是由PLC發(fā)展而來，采用安全功能的設(shè)置和診斷方式就成為安全控制器--安全PLC。為了應(yīng)用方便、符合安全功能的“指標(biāo)”，通常采用安全認(rèn)證的方式。后來隨著PLC的發(fā)展，有了模擬量輸入，特別是模擬量輸出和通信卡，軟件也增加了一些模擬控制模塊和通信功能，可以進(jìn)行簡單的連續(xù)控制，配置人機(jī)接口，利用網(wǎng)絡(luò)向外傳輸數(shù)據(jù)，使PLC的應(yīng)用更加廣泛和實(shí)用，擴(kuò)展了PLC的使用方式和范圍。PLC的SOE功能解決了原來的PLC不能進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄的功能，也是一大改進(jìn)，使PLC可以查詢和追溯過去發(fā)生的變化和異常情況。現(xiàn)在的安全PLC發(fā)展成為今天SIS系統(tǒng)的安全控制器，與DCS完成不同的控制任務(wù)，也形成了不同的分工。雖然從功能上看DCS和PLC有一些相同或類似的功能，盡管在某些少數(shù)應(yīng)用中可以互換，但大多數(shù)功能還是不同的，“各盡所能”用于不同的控制任務(wù)。DCS主要用于過程控制和順序控制，而安全PLC作為安全儀表系統(tǒng)的控制器只用于安全聯(lián)鎖控制。
作者：葉向東、何龍、王云
葉向東：SEI副總工程師，教授級高工，儀控資深專家。《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB/T50770、《石油化工儀表供電設(shè)計規(guī)范》SH/T3082-2019、《石油化工控制室設(shè)計規(guī)范》SH/T3006-2012、《石油化工儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計規(guī)范》SH/T3217-2021、《石油化工動力中心自動化系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》SH/T3183-2017、《石油化工儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》SH/T3181-2016、《石油化工儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計規(guī)范》SH/T3164-2021等規(guī)范的主要編寫人、審查人。
何龍：中國石化濟(jì)南煉化公司，高級工程師，TüV功能安全工程師，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會專家，山東省危化專家，山東省工業(yè)和信息化專家。
王云：山東濟(jì)煉石化工程有限公司，高級工程師，TüV功能安全工程師。
