SIS系統(tǒng)是Safety Instrumented System安全儀表系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是從ESD(Emergency Shutdown Device 緊急停車(chē)系統(tǒng))發(fā)展過(guò)來(lái)的，目的是對(duì)生產(chǎn)裝置提供開(kāi)停車(chē)全過(guò)程全方位的安全保護(hù)。隨著石油化工裝置的大型化，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的復(fù)雜化，SIS系統(tǒng)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。SOE是Sequence Of Event事件順序記錄的縮寫(xiě)，用于記錄故障(停車(chē))發(fā)生的時(shí)間和類(lèi)型，一般SIS系統(tǒng)都配套提供自己的SOE軟件，用于事故分析和故障查找。由于現(xiàn)代化工裝置越來(lái)越復(fù)雜，造成停車(chē)的原因很多，因此不管是工藝還是儀表越來(lái)越依賴(lài)SOE記錄來(lái)幫助查找停車(chē)原因。
1、目前SIS系統(tǒng)中SOE形同虛設(shè)的原因
在很多生產(chǎn)實(shí)例中，相對(duì)于對(duì)聯(lián)鎖邏輯的完整、嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致，多數(shù)項(xiàng)目對(duì)SOE的組態(tài)重視程度不夠，導(dǎo)致SOE系統(tǒng)形同擺設(shè)，不能有效的幫助分析、查找事故原因。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①SOE事件雜亂無(wú)序；
②SOE變量較多，部分與停車(chē)事件無(wú)關(guān)的變量摻雜其中；
③SOE記錄時(shí)間和DCS（Distributed Control System）趨勢(shì)記錄時(shí)間不一致；
④事件觸發(fā)時(shí)鎖定，恢復(fù)時(shí)未能鎖定；
⑤輸入變量和輸出變量混在一起；
凡此種種，主要原因就是在工程組態(tài)時(shí)對(duì)SOE缺乏總體規(guī)劃，既不利于后期的邏輯測(cè)試，也不便于投產(chǎn)后的事件分析。
2、SIS系統(tǒng)中的SOE組態(tài)策略
針對(duì)以上問(wèn)題，昌暉儀表根據(jù)多年維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下幾點(diǎn)SOE組態(tài)策略。
①優(yōu)化SOE變量
SOE的目的就是幫助分析事件的觸發(fā)順序，特別是停車(chē)事故的分析。并不是所有的SIS變量都需要作為SOE變量。通過(guò)仔細(xì)遴選SOE變量，使其數(shù)量最精簡(jiǎn)，這是SOE組態(tài)最重要的前期工作。遴選的標(biāo)準(zhǔn)就是它是否是幫助我們分析事故的必要變量，對(duì)于那些參與邏輯但與停車(chē)事件無(wú)關(guān)的變量，諸如時(shí)間計(jì)時(shí)器、通道狀態(tài)、開(kāi)車(chē)條件、到DCS的提示變量、到輔操臺(tái)的報(bào)警提示燈等盡量不加入SOE變量去。保證SOE變量都是我們分析事故，查找故障所必須的重要數(shù)據(jù)。
②優(yōu)化SIS系統(tǒng)運(yùn)行周期
SIS系統(tǒng)都是基于PLC(Programmable Logic Controller)硬件基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，系統(tǒng)掃描周期是根據(jù)程序?qū)嶋H運(yùn)行響應(yīng)時(shí)間再加上合適的裕量制定的。SIS系統(tǒng)的任務(wù)是監(jiān)視工藝參數(shù)，對(duì)可能的導(dǎo)致惡性后果的“越界”進(jìn)行最終“控制”，其動(dòng)作大部分是不可逆的。一旦停車(chē)條件激活，要求所保護(hù)的裝置能夠快速、安全、穩(wěn)定的停下來(lái)，處于安全狀態(tài)。因此我們要求系統(tǒng)有較快的響應(yīng)周期，較低的系統(tǒng)負(fù)荷，期望達(dá)到較高的安全可靠性。
系統(tǒng)的掃描周期越短，在SOE記錄中單個(gè)周期出現(xiàn)的記錄數(shù)量也就越少，這樣可以有效減少同一掃描周期多個(gè)停車(chē)信號(hào)的出現(xiàn)，方便事故的查找。按照《GB/T50770-2013石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，控制器的響應(yīng)時(shí)間(輸入、輸出掃描加上運(yùn)算時(shí)間)宜為100-300ms；控制器的負(fù)荷不超過(guò)50%。
在保證邏輯完整性、可靠性以及可讀性的前提下如何降低程序運(yùn)行周期，是工程組態(tài)的另一個(gè)重要任務(wù)。
a、減少輸入數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作
對(duì)于在DCS系統(tǒng)中常見(jiàn)的信號(hào)開(kāi)方、線性化、噪聲和阻尼處理等盡可能放在SIS系統(tǒng)外面。比如在現(xiàn)場(chǎng)變送器實(shí)現(xiàn)信號(hào)開(kāi)方和阻尼處理，溫度信號(hào)提前轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)等，這樣盡可能減少SIS系統(tǒng)負(fù)荷。
b、靈活使用簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
在工程組態(tài)時(shí)靈活使用數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以有效較少占用內(nèi)存容量，減少運(yùn)算時(shí)間。比如在邏輯組態(tài)時(shí)，盡可能少用算數(shù)運(yùn)算，代之以邏輯運(yùn)算；必須用算數(shù)運(yùn)算時(shí)，多用加減，少用乘除；沒(méi)有乘除、開(kāi)方等運(yùn)算時(shí)，優(yōu)先使用整型數(shù)；僅僅用于聯(lián)鎖的模擬量，如果選用整型數(shù)時(shí)量程很小造成精度不夠，可以適當(dāng)擴(kuò)大(整數(shù)倍)。
在進(jìn)行數(shù)值的條件判斷運(yùn)算時(shí)，盡可能使用比較模塊，少用或不用等值判斷；
此外對(duì)各種數(shù)據(jù)類(lèi)型運(yùn)算處理時(shí)應(yīng)區(qū)別對(duì)待，防止控制器錯(cuò)誤溢出和出現(xiàn)較大偏差，比如除法運(yùn)算應(yīng)檢查除數(shù)是否為零；開(kāi)方運(yùn)算檢查開(kāi)方數(shù)是否為負(fù)數(shù)；使用乘除、開(kāi)方等運(yùn)算時(shí)，必須使用浮點(diǎn)數(shù)，否則會(huì)造成較大運(yùn)算誤差。
c、謹(jǐn)慎使用復(fù)雜數(shù)據(jù)類(lèi)型和算法
現(xiàn)在的SIS系統(tǒng)支持多種組態(tài)語(yǔ)言，出于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、可讀性等原因也推出了許多函數(shù)庫(kù)。這些組態(tài)工具極大方便了邏輯功能的實(shí)現(xiàn)。但在使用時(shí)應(yīng)避免邏輯的臃腫，增加控制器的負(fù)荷。比如盡可能使用系統(tǒng)函數(shù)庫(kù)，少用構(gòu)造函數(shù)；少用功能塊(Function Blocks或FB)，多用功能(Function或FC)，因?yàn)楣δ軌K要占用單獨(dú)的存儲(chǔ)空間；減少或避免PID運(yùn)算；減少循環(huán)語(yǔ)句的使用；嚴(yán)禁使用遞歸算法等。在邏輯保持正確、安全、可讀的前提下，盡可能簡(jiǎn)化邏輯結(jié)構(gòu)以達(dá)到降低控制器負(fù)荷的目的。
③SOE變量分組
設(shè)置SOE變量主要是為了幫助分析事件產(chǎn)生的原因，動(dòng)作執(zhí)行的先后順序等。以上查詢(xún)不是同時(shí)用到，比如我們查找停車(chē)原因，只需要輸入變量的先后順序；分析動(dòng)作情況，只需要排列出輸出變量的時(shí)間順序。如果不事先對(duì)SOE變量分組，SOE記錄可能是輸入變量和輸出變量以及中間變量混在一起，不利于事件的查找和分析。此外，有時(shí)一套SIS系統(tǒng)同時(shí)容納多套相對(duì)獨(dú)立的裝置或功能區(qū)域的邏輯，也需要對(duì)SOE變量分組。需要說(shuō)明的是，根據(jù)系統(tǒng)的不同，很多系統(tǒng)的SOE變量在定義時(shí)就需要分組。因此在項(xiàng)目組態(tài)初期，對(duì)SOE變量提前分組是必要的。
a、首先按照系統(tǒng)內(nèi)不同功能區(qū)域分組，比如并行的幾個(gè)生產(chǎn)系列，相對(duì)獨(dú)立的幾臺(tái)機(jī)組的控制等。即使這些生產(chǎn)系列或機(jī)組控制分布在不同的SIS控制器中，SOE變量的分組也是必要的，因?yàn)檫@幾套SIS控制器可能共用一套SOE服務(wù)器。
b、按照輸入輸出類(lèi)型分組，中間變量不要加入；對(duì)于參與聯(lián)鎖的模擬量，其經(jīng)過(guò)比較模塊表決后的布爾量視作DI點(diǎn)，不視為中間變量；
c、對(duì)于有嚴(yán)格時(shí)序控制的項(xiàng)目，順控步序號(hào)也是分析事件過(guò)程的重要參數(shù)，應(yīng)單獨(dú)分組。
④時(shí)鐘同步(Time Synchronize)
為了保證同一裝置內(nèi)不同系統(tǒng)間歷史趨勢(shì)、SOE數(shù)據(jù)時(shí)間的一致性，需要在系統(tǒng)間做時(shí)鐘同步。比如SOE記錄中變量的時(shí)間是從控制器中帶上來(lái)的時(shí)間標(biāo)簽(Time Stamp)，它以控制器時(shí)鐘為基準(zhǔn)；而SOE站的時(shí)鐘可能是當(dāng)前工程師站PC機(jī)的時(shí)鐘，二者未必一致；同樣它和操作員站時(shí)鐘也不一定相同。只有在一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)的前提下才有條件對(duì)模擬量的趨勢(shì)記錄和SOE事件記錄進(jìn)行比較、判斷。時(shí)鐘同步的方法有很多種，比如GPS(Global Positioning System)授時(shí)、NTP(Network time Protocol)授時(shí)、DCS糾偏授時(shí)等，有時(shí)候是需要幾種授時(shí)方法同時(shí)配合使用。
在做時(shí)鐘同步時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
a、時(shí)鐘源的唯一。在DCS、SIS、ITCC等多個(gè)系統(tǒng)共存，不同系統(tǒng)的操作站、控制站、工程師站、SOE站等保持同一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，避免重復(fù)授時(shí)。
b、單一系統(tǒng)注意操作站、控制站上下層授時(shí)的一致性和單向性。
c、采用糾偏授時(shí)要注意避開(kāi)整點(diǎn)(整天、整周等)授時(shí)，防止信號(hào)跳變?cè)斐奢^大誤差。
d、糾偏授時(shí)在保證授時(shí)信號(hào)穩(wěn)定抗干擾的同時(shí)，應(yīng)正確使用延時(shí)模塊，避免造成授時(shí)延誤。
e、定期檢查時(shí)鐘信號(hào)的一致性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)授時(shí)錯(cuò)誤。由于干擾、交換機(jī)故障、電纜故障、IP地址沖突等原因，授時(shí)信號(hào)會(huì)發(fā)生中斷，需要維護(hù)人員定期檢查，及時(shí)重啟授時(shí)服務(wù)或者人工糾正授時(shí)偏差。
⑤SOE記錄的啟停
對(duì)于一套SOE服務(wù)器有多套SIS控制器或者有多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制單元或裝置，這種SOE系統(tǒng)每個(gè)單元(裝置)的SOE記錄不一定是同時(shí)的。比如多個(gè)系列的生產(chǎn)裝置，有的系列正常生產(chǎn)，有的正在例行檢修；有的機(jī)組（單元、裝置）會(huì)有短停。這些檢修或短停的裝置，其系統(tǒng)的SOE記錄應(yīng)該停止，否則停車(chē)期間會(huì)因?yàn)槁?lián)鎖實(shí)驗(yàn)、閥門(mén)測(cè)試、系統(tǒng)調(diào)試等產(chǎn)生大量無(wú)效的記錄，這些記錄對(duì)于我們分析事故、故障沒(méi)有意義，但是確占用大量存儲(chǔ)空間。
事實(shí)上，多數(shù)系統(tǒng)廠商缺省的設(shè)置都是在DCS系統(tǒng)上電后自動(dòng)啟動(dòng)SOE記錄。所以這部分有很大的優(yōu)化空間。比如Tricon的TS3000，系統(tǒng)提供了多達(dá)16組SOE記錄，每一組最多可以保存20000條(緩沖區(qū)，先進(jìn)先出)記錄。每組SOE記錄都可以設(shè)置啟動(dòng)、停止和清除功能。這樣對(duì)于有很多相對(duì)獨(dú)立的裝置、單元、系列或者機(jī)組的SOE站，可以合理設(shè)置SOE變量分組，分別設(shè)置適宜的SOE記錄啟動(dòng)(停止、清除)條件，確保SOE站只記錄我們需要的那部分。
對(duì)于某些SIS系統(tǒng)得SOE采用第三方軟件的，它的SOE記錄啟停是在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的，要注意提前和廠家溝通，確保這些功能的實(shí)現(xiàn)。
此外在SOE組態(tài)時(shí)還需要注意有的系統(tǒng)軟件缺省只記錄報(bào)警時(shí)間，不記錄恢復(fù)時(shí)間，這樣重要變量需要手動(dòng)設(shè)置。
以上幾點(diǎn)是SOE組態(tài)中的主要問(wèn)題，也是日常維護(hù)中發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出問(wèn)題的地方?？傊?，SIS系統(tǒng)通過(guò)合理優(yōu)化邏輯、減少SOE變量、降低控制器負(fù)荷、有效分組等組態(tài)策略，才能充分發(fā)揮SOE記錄的作用，使其真正成為分析、判斷故障的工具。
作者：中國(guó)石化齊魯分公司運(yùn)維中心 徐強(qiáng)
