HIMA技术交流

2020/3/27HIMACHINA1安全控制系统安全技术交流2020/3/27HIMACHINA2交流提纲•HIMA简介（10分钟）•安全理念：IEC61508，SIS（20分钟）•HIMA系统介绍：H41/51q（60分钟）休息•安全连接设备（20分钟）•安全（冗余）通讯（10分钟）2020/3/27HIMACHINA3WelcomeonHIMATrainingCenter欢迎体验黑马值得信赖的安全性、可用性和可靠性2020/3/27HIMACHINA4HIMAPaulHildebrandtGmbH+CoKGBrühl.Mannheim.Germany（Shanghai）SafetySystemCo.,Ltd.上海黑马安全自动化系统有限公司上海浦东外高桥保税区希雅路350号5号楼4层A部2020/3/27HIMACHINA5里程碑主要产品应用领域参考项目全球网络亚太地区系统分布里程碑1908由JohannesHildebrandt先生创建于曼海姆,HIMA的名字源于Hildebrandt和Mannheim；1970世界上第一套获TÜV认证的安全系统:Planar；1986世界上第一套获TÜV认证的PES系统:H50；1991世界上第一个获TÜV认证的软件-反向编译功能；1994通过DINISO9001、DQS认证；1997世界上第一家获TÜV认证的安全以太网通讯技术；1997世界上第一套获TÜV认证的2004D/QMR系统:H41q/H51q；2002世界上运算速度最快的获TÜV工厂自动化安全系统；2002作为世界上第一家安全系统生产厂商，HIMA首家获得TÜV授予的IEC61508“全面安全功能管理”证书；2006世界上第四代安全系统HIMAX从HIMA诞生。2020/3/27HIMACHINA6里程碑主要产品应用领域参考项目全球网络亚太地区系统分布主要产品•可编程电子系统（PES）：A1系列---A1/A1digital（AK4/SIL2）H41q/H51q系列---MS/HS/HRS(AK6/SIL3）•硬连线逻辑电子系统（E）：PLANAR系列---Planar4（AK7/SIL4）继电器（AK6/SIL3）报警设定器（AK6/SIL3）*2020/3/27HIMACHINA7里程碑主要产品应用领域参考项目全球网络亚太地区系统分布应用领域炼油、化工、石油化工、海上油气开采以及钢铁、电力等行业的:紧急停车系统(SIS)；火气保护系统(F&G)；LNG保护系统高压保护系统(HIPPS)；燃烧炉控制系统(BMS)；油/气长输管线监测；反应器控制等。*2020/3/27HIMACHINA8里程碑主要产品应用领域参考项目全球网络亚太地区系统分布参考项目辽化催化重整（SIS);南京惠生甲醇（SIS);兖矿煤气化（SIS);胜利油田炼油厂（SIS）；正和加氢焦化（SIS)；东明加氢焦化催化裂化（SIS);湛江炼油厂（SIS）；京博重油催化（SIS);海科重催（SIS)；山东海化苯乙烯装置（SIS)；齐鲁石化公司第二化肥厂（SIS）；齐鲁石化苯乙烯装置（SIS）；齐鲁煤气化装置（SIS）。*2020/3/27HIMACHINA9里程碑主要产品应用范围参考项目全球网络亚太地区系统分布参考项目中海油渤海公司海上采油平台QK18-2（SIS，F&G）；兰州乙烯装置（SIS）；茂名乙烯装置（SIS）；上海（拜尔）聚合物有限公司（BMS，HIPPS）；BP赛科（SECOO）90万吨乙烯联合（SIS,F&G）36套系统108个机柜BASF漕泾THF/PolyTHF(SIS)扬巴苯乙烯（SIS）镇海100万吨乙烯联合装置目前，共有20000多套在世界各地运行。*2020/3/27HIMACHINA10里程碑主要产品应用领域参考项目全球网络亚太地区系统分布全球网络美洲欧洲中东和非洲亚洲及太平洋地区2020/3/27HIMACHINA11总部：马来西亚的吉隆坡澳大利亚韩国中国（北京/上海/沈阳）印度印度尼西亚伊朗泰国科威特里程碑主要产品应用领域参考项目全球网络亚太地区亚洲及太平洋地区2020/3/27HIMACHINA12第一部分安全控制系统的理念2020/3/27HIMACHINA14有关SIS系统的几个概念1、SIS和ESD2、SIS、PLC和DCS3、安全性和可用性4、安全系统必须有TÜV的安全证书、认证报告和安全手册5、本质和结构安全6、重化和冗余7、热备、冷备和在线8、本安回路和安全回路2020/3/27HIMACHINA15SIS&ESD•SIS---SafetyInstrumentedSystem(用安全仪表装备的系统);包括ESD以及与之配套的传感器和执行元件等,用户的接口设备,如安全栅、继电器、信号分配器等可以考虑在SIS系统中。2020/3/27HIMACHINA16SensorsISBarriersTripAmplifiersSafetySystemISBarriersRelaysActuatorsRC-6/SIL-3RC-6/SIL-3RC-6/SIL-3OnlyHIMAcanofferRC-6/SIL-3componentsbeyondthesystemHIMA-HIMAISBarriers,RelaysandTripAmplifiersarestandaloneproducts-Canbeusedregardlessofthesafetysystemtechnologyandbrandinstalled-ExistingequipmentcaneasilybeexchangedwithHIMAproductsRedundantorTUVapprovedRedundantorTUVapprovedAdditionalAdvantages:OthersHIMA的安全回路SIS系统2020/3/27HIMACHINA17安全性&可用性•安全性是指德国TUV认证机构按照IEC61508规范对认证对象的安全功能进行认证，而评估的SIL安全等级，如SIL1-4级；按照DIN19250规范认证的AK安全等级，如AK1-8级；安全深度是由系统的平均无故障概率来衡量的；•可用性是指安全仪表回路上某个功能元件故障时，不影响装置正常运行，其跟功能元件的共损因数有关。2020/3/27HIMACHINA18本质&结构安全•其区分为SIS系统在SIL3/AK6时有无故障修复时间限制（即在系统故障时，有无倒计时安全时间限制）的SIS系统。本质安全的系统是具有优先级的三级控制；•结构安全的系统在组态为SIL3/AK6（即系统的平均无故障概率达到99.9-99.99%）的安全等级时，其系统必须在软件组态时填写故障修复时间。需要说明的是这种限制在组态成SIL2/AK4时，就不复存在。2020/3/27HIMACHINA19本质故障安全型PES原理框图DPRDPRCU1CU21stI/OBUS2ndI/OBUSWDWD1stI/OBUS2ndI/OBUSWDWDOutputmoduleOutputmoduleBSBSTTXXField2020/3/27HIMACHINA20重化&冗余•需要明确的是重化就是重化，冗余就是冗余，不能混为一谈。•二重化(1oo2)、三重化(2oo3)等都是为了达到一定的安全等级来设计的，即没有优先级的表决系统，统称为结构安全设计；•冗余是为实现控制元器件功能上的独立对等而开发的，其目的是不停车，即可用性。2020/3/27HIMACHINA21冷备、热备&在线•此概念为冗余的工作方式；•热备为备卡带电但不工作；•冷备为不带电也不工作；•在线为冗余部分都同时在工作，只有这种方式才能实现无扰动切换。2020/3/27HIMACHINA22点冗余、卡件冗余&卡笼间冗余•此概念为冗余的结构方式，直接决定了系统的可用性；•点冗余为一块卡上多点（专业也叫重化）冗余，往往跟安全性有关；•卡件冗余则为卡件的左右冗余方式；•卡笼间冗余是上下两个卡笼冗余，此冗余方式为全冗余，此方式的系统共损因数最小，它包含了点和卡件冗余。2020/3/27HIMACHINA24HIMAH51q-HRS（二）SIL3SIL32020/3/27HIMACHINA25SIS可以做什么？控制高限临界报警值SIS控制控制低限BPCS控制失控的过程参数SIS使装置紧急停车机械泄放机构动作正常的工艺参数Boom!联锁动作值2020/3/27HIMACHINA26SIS设计应用示例T1-101LRC101I/PLCV101ALT101PSV101RAWMATREIALFEEDFCATMFCSSLASH101LS101HS101AHS101BiManualShutdownRESETEXHEXHAIRLCV101B2020/3/27HIMACHINA27SafetyIntegrityLevels(SIL)•DistributionoftheFailureMeasures35%Sensors15%Logicsolver50%FinalelementsSAFETYINTEGRITYLEVELPFDAVERAGERANGE(PFD=ProbabilityofFailureonDemand)SAFETYAVAILABILITYRANGE410-4to10-60.9999to0.999999310-3to10-40.999to0.9999210-2to10-30.99to0.999110-1to10-20.9to0.992020/3/27HIMACHINA28SafetyClassesSCRequirementClassesRC(AK)SafetyIntegrityLevelSILMicrocomputerintheSafetyTechnology(TÜV)DINV19250IEC615081521(10-1;10-5h-1)4342(10-2;10-6h-1)353(10-3;10-7h-1)6274(10-4;10-8h-1)18系统/装置的安全等级2020/3/27HIMACHINA29第二部分HIMA的安全控制系统提高生产力的关键H41q/H51q安全控制系统HIMAPaulHildebrandtGmbH+CoKG2020/3/27HIMACHINA31在中央单元（CU）上设置了双CPU；一个中央单元即可满足安全等级AK6/SIL3CU之间的通讯由高速双口RAM（DPR）来完成；2oo4/QMR结构(QuadrupleModularRedundant)；最大的实用性和冗余容错结构（全冗余、两级容错）；HI-Quad安全技术的成熟理念2020/3/27HIMACHINA32在每个CU模件上有两个CPU和硬电路比较器；AK6/SIL3安全等级；100%兼容功能；重新开发设计的µP电路板；开发设计了新的风扇结构，使CPU的温度低于环境温度10°C,因而具有更高的可靠性；仍提供原型号F8650/F8650A&F8653/F8653A的服务和备件；*中央单元（CU）模件F8650E-F8653E2020/3/27HIMACHINA33H41/51q-MS系统AK6\SIL3&较高的实用性•系统的基本扫描周期达5ms;•基于HiQuad技术的CU结构，即使是单CU、单I/O模件，系统仍能达到AK6\SIL3的安全等级要求2020/3/27HIMACHINA34H41/51q-HS系统AK6/SIL3&高实用性2020/3/27HIMACHINA35H41/51q-HRS系统AK6/SIL3&最高的实用性系统特点:无故障修复时间限制；实用性99.99%以上；平均无故障时间200年以上；系统故障诊断率99.99%以上，HIMA特有的冗余、容错和故障分离技术，使系统对硬件和软件诊断的准确性、及时性和灵敏度得到极大改善，使误报率和漏报率大幅降低；2020/3/27HIMACHINA36ScalableAvail