利用集成了安全保护功能的扩展系统使得化学工业园的物流管理能够在最短的时间内实现卓越运营

无论流程设备的主控系统和安全保护控制系统是由同一家企业生产的还是由不同厂家设计，也无论主控系统和安全保护系统是统一在一起还是相互分开，只要能够连续地观测到流程生产设备的整体运行情况，就能够高效地对流程生产设备进行管理、配置、维护保养和运行使用。在系统工作过程中，数据集成成为了完成这些工作的关键。

Infracor公司负责德国Marl化学工业园港口码头的港务工作，该港口的年吞吐量高达400万t，承担着化学工业园大部分的物流运输工作。该公司共拥有55个存储液化天然气和不同液体化工产品的大型储存罐，总容积高达200000m3。

自1999年起，港务管理工作中就开始采用Yokogawa公司研发设计的管理系统Centum CS 3000，并不断地对软件系统进行扩充。安装的Release R2到2003年又更新升级到R3，目前已升级到R4（Centum VP）。在使用了Centum CS 3000之后，港口码头的所有设备都连接到这一控制管理系统中。“自动化与物流技术的同步发展，使我们能够及时为用户提供最佳的服务。”Infracor公司负责港务管理的EMR和PLT技术工程师Thomas Bagsik先生说道。

随着对港务物流管理要求的提高，港务装运工作中的自动化程度也相应的提高了。1999年安装的主控系统由PMS（货物装运）系统控制的4个PNK装运过程组件，6个显示、操作控制台（简称ABK），1个装运控制站EWS组成，系统共有2500个I/O点。经过扩展后，目前的控制系统拥有大约10100个I/O点、12个PNK和10个ABK，两个EWS货运控制台和中央控制台监控的TS终端服务器。

2006年，企业计划引进具有安全保护功能的控制系统，港务公司决定选用Yokogawa公司研发的港口安全控制系统。这一系统有460个I/O点， 7个控制单元（S-SPS控制器）。“我们一开始就看好了成套解决方案Prosafe RS。因为该设计方案非常适合我们现有的控制系统。”Bagsik先生说。这一系统在工程设计和系统配置方面都具有突出的优点。

第一个试点：两个储罐

首先用Prosafe RS控制2个II号球形储罐。当把S-SPS与系统总线连接到一起后，有关储罐所有的PLT保护装置和配置数据信息都可以在几公里外的控制中心内读取。所提供的数据不仅包括正常工况时的数据和信息，而且包括了维护保养、配置参数的修改或者故障排除的信息。明显地减轻了PNK的工作负荷。因为原来是利用Modbus进行通信，每一个I/O点都要进行多次的数据通信，主控系统的运算负荷较高。而现在这些数据处理的任务都由S-SPS控制器来完成，由它直接经系统总线完成通信。

在总控制室中也有操作面板，利用这些操作控制元件可以对一个个港口设备的部件实现手动急停

由于从控制系统到PLT保护装置的成套解决方案是一个完整的系统，因此一些简单的安全保护功能也可以实现，例如储罐的充填量监控。这一系统中的安全控制和操作控制实现了一体化，保障了系统高效、安全的运行。在Yokogawa系统中，安全功能的参数配置只需三步即可完成，而在第三方提供的安全保护系统中这种参数配置、系统通信的工作则要复杂得多。在第三方安全解决方案中，首先要敷设Modbus总线接口，然后在主控系统中设置相关数据。“平均起来，利用Prosafe RS系统进行安全功能的配置时每一个功能都要比第三方安全解决方案或Modbus总线系统通信的解决方案节省1/3的时间。”Bagsik先生说。对于目前港务装运工作规划的近1000个安全保护功能来讲，一个功能节约1/3的时间，汇总起来就能节约大量的时间。

此外，S-SPS控制系统明显地降低了向主控系统传输数据时的出错率。据统计，由于人为因素而造成的失误大约占所有的与安全有关的失误的80%，而且这类失误在工程设计和参数配置时就已经存在了。同时，Bagsik先生认为过多的接口是出错的根源，他说：“接口是需要一直维护的‘病人’。”

从2007年起，新的安全保护控制系统逐步取代了旧的港务装运安全控制系统。原来孤岛式的安全保护消失了，港口码头的设备都在新的、功能更加丰富的安全保护网络的控制之下。主要的安全保护技术都符合安全完整性等级SIL 3的要求，部分区域满足了SIL 2的要求。不仅把港口装卸设备接入到新的安全控制系统之中，而且把15个液化天然气和化学品的储罐也接入到新的安全控制网络之中。Bagsik先生说，在不久的将来剩下的储罐也将纳入到这一安全系统中。对此，系统共需要7个安全控制单元（S-SPS），所有的操作功能都由主控制台集中控制，包括那些位于各个控制板上或各个设备部件上需要人工开启的紧急停止按钮。

“在港务管理工作中引入具有安全保护功能的控制系统不是传统意义上的工程项目，而是一个连续的合作过程。”Yokogawa公司的大客户经理Peter Exo先生解释说道。为了能够实时且直接地服务到现场，三年多来Yokogawa公司在Marl化学工业园中建立了自己的分公司。Thomas Bagsik先生对这种密切合作称赞道：“在我们的大型自动化项目中，许多情况都是在不断变化的，因此了解工程现场的合作伙伴对我们的自动化项目进展是十分有利的。”

海港码头装卸的过程

没有物流也就没有生产，因此从工业园的整体考虑，港务装运要像连续生产的流程工业设备一样没有停工检修。所有涉及到新安全保护系统的港口设施技术改造都要在港口设备正常运作的同时进行，且不得影响港口设备的安全。新系统的总线和各个分支网络的基础设施顺利地完成了检修任务，而且与主控系统在时间上同步。

Prosafe RS系统适应工作运行要求的灵活性，主要是基于其采用的网络方案。前几年Infracor公司把控制单元都尽可能的安装在总控制室的附近，后来也在已有的、靠近港口设备的建筑物中安装了一些新的控制室，这也就形成了一个控制模式的转换。“基于S-SPS与系统总线的直接连接，使得控制室的安装地点不再重要。” Yokogama德国公司的工程业务主管Thomas Schindler先生说道，安装地点的灵活性也提高了系统的灵活性。软件升级到Release 2.03之后整个系统在线扩展的可能性更高。在控制系统和PLT保护装置之间的数据集成度很高，大大地简化了系统元器件状态信息和故障诊断信息的交换，同时，也可集成其他的报警管理设施。港务公司计划今后将强化这方面的工作，使总控制室中的人员能够更加清晰、高效地了解港口码头的工作实况。

“系统是集成的，但又是分开的。”Schindler先生在描述Yokogawa控制系统与Prosafe RS系统的相互关系时说道。在信息交换中两者的集成是畅通无阻的，两套系统中任何一套的扩展、修改和补充都不会对另一系统带来不利的影响。这样，整个系统就满足了IEC 61508标准的要求和规定，也满足了这一标准延伸出来的IEC 61511以及Namur推荐标准Namur 93和Namur 130标准的要求。

小结

不断变化是Marl化学工业园港务装运工作的家常便饭，新落户到工业园中的伙伴，新的产品和新的工作流程都对港口物流管理提出新的要求。港口自动化系统能够顺利地完成任务，满足新增的要求。可靠、灵活的主控系统和安全系统能够帮助港务管理公司更加高效地完成货物装运工作，实现卓越运营，这也正是Yokogawa公司努力的目标。

安全保护中压力变送器的使用

创新性的安全保护技术并不局限于S-SPS，如液化天然气球形存储罐中液位测量中所列举的实例那样。作为备用系统，迄今为止压差的测量一直采用的是储罐底部和液化天然气存储空间的可加热旁通管，这些部位常常聚集着冷凝水，使得测量中断，必须手工清理积存的冷凝水。为了解决这一问题，研发设计并使用的新的解决方案，即使用两套单独的测量系统，它们的测量范围很广，达10bar（比压差测量要大的多），测量精度可达±0.04%。只有达到这样的精度，它们才能够在与安全有关的测量系统中使用。这一系统的安装非常简单，不易出现故障，几乎无需维修。Thomas Bagisk先生说：“Yokogawa公司的EJX 430A型压力变送器不久将会在剩余的储罐中作为压差测量用仪器。”