南京AT88项目系引进法国安迪苏专利生产液体蛋氨酸的装置，是亚洲最大的液体蛋氨酸生产装置。为了实现大量的信息从SIS无延迟、可靠、安全地通信到DCS及SIS不同控制器，该装置引进了横河DCS/SIS一体化集成系统解决方案。该系统是由CENTUM VP和Prosafe-RS通过网络连接在一起构成了真正的DCS/SIS一体化集成系统。

南京AT88项目系引进法国安迪苏专利生产液体蛋氨酸的装置，是亚洲最大的液体蛋氨酸生产装置。生产工艺及原料的特殊性对现场设备和仪表的品质性能要求非常苛刻，其控制理念严格控制在欧洲标准之上，经过其欧洲工厂几十年的生产运行经验形成了一套复杂而成熟的控制策略。其控制策略更是注重安全保护——由SIS系统实现对设备、人员及环境的保护。安全联锁达2000多点，而且相应的显示、操作画面多且细腻，所涉及的报警数量非常多，尤其是在故障瞬间信息量更是惊人的。

如何实现大量的信息从SIS无延迟、可靠、安全地通信到DCS及SIS不同控制器实现及时的监控是本项目对控制系统要求的一个重要性能指标。

图1 安全通信和系统间数据调用的功能

系统集成的比较与选择

传统的集成方式

DCS和SIS系统在炼油与化工装置的控制中应用非常广泛，很多项目使用的DCS和SIS系统多由不同生产商提供、彼此相互独立，DCS与SIS之间多采用控制器间硬连线的通信方式（Modbus通信等）集成或配置额外DCS I/O点用来从安全系统复制必要数据，从而将SIS数据传送到DCS系统中。采用此集成方式主要是由于DCS和SIS是两个独立的系统，需要单独的系统设计和单独的物理设备组态软件、算法逻辑组态软件和人机界面组态软件，采用不同的维护方式。连接两套系统的额外工作又带来了很多不便，更为重要的是在DCS屏幕上显示安全系统位号信息时，总是会由于通信链路的原因造成时延（数秒）。另外，DCS和SIS分别在各自系统中以不同数据格式及时记录报警&事件信息，发生紧急停车后，工程师要对差异很大的数据进行手动比较来分析事故原因。在DCS中为安全信息创建的报警/事件位号的时标并不能真实反映事件发生的实际时间，这经常会给事件分析造成混乱。因此无缝集成的问题就被提出了。

图2 横河DCS/SIS一体化系统结构图

一体化的集成方式

DCS与SIS采用共同的操作平台，同一个通信网络，即DCS与SIS在物理上集成，在逻辑上独立的无缝集成。标准DCS程序和安全SIS程序平行执行，相互独立。DCS与SIS不必设计成分离的方案和通信，两者之间流畅的数据交换不需要任何网关/接口单元；同时，一套共同的通信网络可加快项目的执行，既可实现SIS安全控制器之间的数据交换，DCS也可以通过位号读取SIS系统中的数据；另外，共同的操作与监控平台有利于实施有效的操作，这种无缝集成的解决方案为操作人员提供了极大的便利。在紧急情况发生时，操作人员可以在第一时间获得所需信息，迅速、准确地做出判断，并立即采取行动；SIS的SOE功能为事故的原因分析提供单一窗口操作，使用全面集中控制及统一事件和报警信息，全面掌握信息并有效操作，共通操作员环境，减少操作员压力及错误。单一网络简化了DCS/SIS系统间的数据关联和时钟同步，同时也降低了网络成本，避免了额外的通信编程。这种一体化的集成方式在保证DCS及SIS的分层保护功能的前提下最大化地方便了使用。

横河DCS/SIS一体化系统的特点

CENTUM VP和Prosafe-RS分别是横河电机公司的DCS和SIS产品，两个系统都采用了Vnet/IP作为系统的专用网络，当两个系统通过网络连接在一起时就构成了真正的DCS/SIS一体化集成系统。与其他公司的DCS/SIS一体化方案相比，横河的解决方案具有如下特点：

网络构成灵活：CENTUM VP和Prosafe-RS可以共享一个Vnet/IP网络，也可以分别组网后通过L3级计算机互联；

数据通信安全：Prosafe-RS的数据包采用了特殊的安全层+黑色通道技术以保障数据包的安全性和可靠性，经TüV认可达到SIL3的安全等级。即便是在DCS和SIS同时在网络上传输数据的情况下，也可以完全确保各自的数据包及时准确地到达指定的目的地；

数据调用简单方便：在CENTUM VP和Prosafe-RS上可以相互调取对方的数据，传输时延少，组态方便；

精确、简便的时钟同步：精准的系统时钟同步，域内精度为±1ms，域间精度为±5ms；

通过单一窗口：操作员可以在一台HIS上同时监控、操作两个系统，统一事件和报警信息，减少操作员压力及操作失误。

集成测试功能：可以在无硬件时分别虚拟测试CENTUM VP的控制功能和Prosafe-RS的安全逻辑，也可以将它们作为DCS/SIS一体化系统进行测试，极大地提高了效率。

图3 操作监视画面调用SIS内部Variables和Function Blocks

横河DCS/SIS一体化系统在AT88项目中的应用

整个系统集成在一个域中，分成三个机柜室006、009和008。共有控制器19个，其中DCS控制器11个，SIS控制器8个。主控室与006机柜室在同一建筑内，设有22个操作站，一个工程师站；009机柜室内设有一台工程师站以利于维护检修，009内未设操作站；008为远程机柜室，主要是与MCC相关的控制、显示信号。

下面列举了几个常见的数据调用形式来说明一体化系统通信组态的优势。

操作监视画面调用SIS内部Variables和Function Blocks：

如图3所示，LSLL917005 为DI信号，经过LSLL917005_SDI （FB_SDI功能块）处理后，输出TRIP信号LSLL917005O。其中FB_SDI功能块集成SOE，连锁触发报警，旁路连锁等。

根据逻辑关系，LSLL917005O经过图4中HSS917100_V和HSS917200_V（FB_3I3O1功能块）处理后，分别动作DO点HSS917100（电机M917100停机回路触点）和HSS917200（电机M9停机回路触点）。其中FB_3I3O1功能块集成旁路连锁，RS触发器等。

为了在操作监视画面Causes&Effects中显示安全连锁状态，需要对以上相关Variables和Function Blocks进行Mapping。如图5所示，选择“SIS Manager - Tools - Engineering - Tag Name Builder”：

在IO_BOOL选项卡中，Variable Name选择LSLL917005，Tag Name为对应操作监视画面中显示工位名（可自定义，此处命名LSLL917005）；

图4 逻辑关系

在GOV_B/GOV_IB/OVR_B/OVR_IB选项卡中，Variable Name选LSLL917005_SDI.MOS_O（MOS_O为FB_SDI内部GOV_B的Instance），Tag Name为对应操作监视画面中显示工位名（可自定义，此处命名为LSLL917005-BP）；在ANN/ANN_FUP选项卡中，Variable Name选择LSLL917005_SDI.ANN_TRP（ANN_TRP为FB_SDI内部ANN（Instance）， Tag Name为对应操作监视画面中显示工位名（可自定义，此处命名为LSLL917005-AN）；

在BOOL/ECW_B选项卡中，Variable Name分别选择HSS917100_V.IN和HSS917200_V.IN，Tag Name为对应操作监视画面中显示工位名（可自定义，此处分别命名为HSS917100-STRP和HSS917200-STRP）；

在GOV_B/GOV_IB/OVR_B/OVR_IB选项卡中，Variable Name分别选择HSS917100_V.GOV和HSS917200_V.GOV（GOV为FB_3I3O1内部GOV_B的Instance），Tag Name为对应操作监视画面中显示工位名（可自定义，此处分别命名为M917100-MOS和M917200-MOS）；

图5 绘制相关Variables和Function Blocks

在IO_BOOL选项卡中，Variable Name分别选择HSS917100和HSS917200，Tag Name为对应操作监视画面中显示工位名（可自定义，此处分别命名为HSS917100和HSS917200）。

如图6所示，TI232403为AI信号,经过TI232403_SAIH（FB_SAI_H功能块）处理后，输出SHH信号TSHH232403：

其中FB_SAI_H功能块集成SOE，HH连锁触发报警，HH旁路连锁等。

图6 TI232403为AI信号经过处理输出SHH信号TSHH232403

进入Tag Name Builder：

在ANLG/ANLG_S选项卡中，Variable Name选择TI232403_SAIH.ANLGS_IN（ANLGS_IN为FB_SAI_H内部ANLG_S的Instance），Tag Name为对应操作监视画面中显示工位名；

在GOV_B/GOV_IB/OVR_B/OVR_IB选项卡中，Variable Name选择TI232403_SAIH.MOS_HHO（MOS_HHO为FB_SAI_H内部GOV_B的Instance），Tag Name为对应操作监视画面中显示工位名；

在ANN/ANN_FUP选项卡中，Variable Name选择TI232403_SAIH.HTRP_AN（HTRP_AN为FB_SAI_H内部ANN的Instance），Tag Name为对应操作监视画面中显示工位名。

DCS内部组态调用SIS内部BOOL Type - Variables 和 Function Blocks：

a.) 调用SIS BOOL Type –Variables。通过BDSND01_S11F01（BDSND功能块），将32个BOOL型Variables打包成DINT（Double Integer）型数据通过MOT端输出。

进入Tag Name Builder：

在DINT/REAL/ECW_I/ECW_R选项卡中，Variable Name选择BDSND01_S11F01.MOT_SGS（MOT_SGS为BDSND内部MOT端的Short Name），Tag Name为对应操作监视画面中显示工位名（可自定义，此处命名为BDRCV01-S11F01）。

如图7所示，进入DCS Control Drawing组态画面，将BDRCV01-S11F01的PVI32数据项通过程序释放到相应的32个Common Switch中，这样DCS内部就可以调用了。

b.) 调用SIS Function Blocks。在DCS Control Drawing中，通过AREAOUT Link Block调用SIS Function Block即可。

图7 DCS Control Drawing组态画面

小结

通过采用横河DCS/SIS一体化方案，内部通信方式实现了大批量信息从SIS到DCS的无延迟的传递。经过一年多的运行实践，系统即使是在高负荷的运行状态下通信也没有出现过阻塞、延迟等现象。真正实现安全可靠通信，而且调试及开车阶段程序修改、增减都很方便，节省了时间，减少了硬线连接带来的繁琐及故障点，维护方便。