可燃?xì)怏w控制器

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerArea Network, CAN)的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH博世公司開發(fā)，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11898)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫溫濕度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動強(qiáng)烈的工業(yè)環(huán)境。

如今，CAN 的高性能和高度可靠性已被廣泛認(rèn)同，并優(yōu)先應(yīng)用于汽車工業(yè)、安全設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、軍工等對產(chǎn)品可靠性有高度要求的行業(yè)和領(lǐng)域，從上面的系統(tǒng)架構(gòu)圖可以看到，SupremaTouch的產(chǎn)品使用了雙重CAN冗余網(wǎng)絡(luò)，同樣，硬件設(shè)備也使用了雙重冗余架構(gòu)，現(xiàn)場設(shè)備通過模擬量輸入模塊接入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，對外連接接口方面，具備模擬量輸出，通訊接口，以及繼電器輸出功能，整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和通訊網(wǎng)絡(luò)，包括底層應(yīng)用程序都獲得德國TUV萊茵實(shí)驗(yàn)室的SIL3整體系統(tǒng)安全等級認(rèn)證，遵循EN50270，EN50271，EN50054以及IEC61508標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場安全和系統(tǒng)可靠性得到可靠保證。

另外使用CAN總線設(shè)備還具備以下優(yōu)勢:

由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制器、計算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線，還可以用工控PC機(jī)作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設(shè)備的減少，還可減少控制室的占用面積。

由于控制卡件設(shè)備具有自診斷與故障自恢復(fù)能力，并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息集中顯示，用戶可以輕松查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除，大量縮短維護(hù)停工時間，同時由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，連線簡單而減少了維護(hù)工作量。

用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)，避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被"框死"了設(shè)備的選擇范圍，不會為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過程中的主動權(quán)完全掌握在用戶手中。

由于系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用了CAN總線結(jié)構(gòu)，從根本上提高了測量與控制的實(shí)時性和準(zhǔn)確度，避免了模擬量傳輸經(jīng)常出現(xiàn)的過程誤差。同時，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，設(shè)備與連線減少，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。

FGS火氣報警控制系統(tǒng)是一個與DCS，SIS分開且需獨(dú)立設(shè)置的安全控制系統(tǒng)，需要遵守國內(nèi)及國際相關(guān)的法律法規(guī)，例如GB16808《可燃?xì)怏w控制器》，GB12358-2006《作業(yè)場所環(huán)境氣體檢測報警儀通用技術(shù)要求》，GB 50493-2009《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》,以及IEC16508的相關(guān)規(guī)范和要求，遵循安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、獨(dú)立設(shè)置的基本三原則進(jìn)行配置和選型，尤其對于國內(nèi)的在建石化項目，必須嚴(yán)格參考并遵守GB50493設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定和要求，在這個標(biāo)準(zhǔn)里，對于檢測點(diǎn)的確定，控制系統(tǒng)的技術(shù)要求，設(shè)備安裝等都有明確的規(guī)定，對于可燃?xì)怏w報警控制系統(tǒng)，還需要特別注意一點(diǎn)，涉及產(chǎn)品必須通過GB16808的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，具備CCCF消防強(qiáng)制檢驗(yàn)證書。

在我國工業(yè)化程度不斷提升的今天，每年由于對易燃易爆，有毒有害氣體使用不當(dāng)或者安全防護(hù)不到位造成爆炸事故的新聞報道層出不窮，這些事故都造成了不同程度的人員傷亡和財產(chǎn)損失，嚴(yán)重影響了當(dāng)事企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動和發(fā)展。

從這些事故的原因來看主要因?yàn)樯a(chǎn)生活過程中不正確使用易燃易爆、有毒有害氣體造成的，同時由于缺乏必要安全防護(hù)措施，致使人員傷亡和財產(chǎn)損失加大。因此在存在易燃易爆、有毒有害氣體爆炸隱患的場所必須安裝氣體檢測報警系統(tǒng)，最大限度的減少人員傷亡和財產(chǎn)損失，甚至避免事故的發(fā)生就顯得尤為重要。

通常氣體檢測報警系統(tǒng)由報警控制器和探測器組成，控制器可放置于值班室內(nèi)，主要對各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測控制，探測器安裝于氣體最易泄露的地點(diǎn)，其核心部件為內(nèi)置的氣體傳感器，傳感器檢測空氣中氣體的濃度。探測器將傳感器檢測到的氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號，通過線纜傳輸?shù)綒怏w控制器，氣體濃度越高，電信號越強(qiáng)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到或超過報警控制器設(shè)置的報警點(diǎn)時，報警器發(fā)出報警信號，以提醒采取安全措施，并驅(qū)動排風(fēng)、切斷、噴淋系統(tǒng)，防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒事故，從而保障安全生產(chǎn)活動。

目前市場上常見的氣體控制器有點(diǎn)對點(diǎn)式光柱式模擬報警控制器，點(diǎn)對點(diǎn)式數(shù)顯式報警控制器，RS-485/HART總線制氣體報警控制器，以及最新基于CAN總線的氣體報警系統(tǒng)。傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)式氣體報警控制器在大容量系統(tǒng)應(yīng)用時，總體投資費(fèi)用很高，后期系統(tǒng)升級困難，維護(hù)工作量大，邏輯輸出功能欠缺，相比較，總線制氣體控制器具備非常明顯的優(yōu)勢，尤其是CAN總線，在數(shù)據(jù)實(shí)時性和網(wǎng)絡(luò)可靠性上具備突出的優(yōu)勢，目前，很多世界知名的安全設(shè)備制造商都在向這方面發(fā)展，陸續(xù)推出相關(guān)產(chǎn)品，例如MSA(梅思安)的SupremaTouch火氣控制系統(tǒng)(CAN總線)，Honeywell(霍尼韋爾)的System 57氣體控制系統(tǒng)(RS485串行總線)，以及Drager(德爾格)的Regard氣體控制系統(tǒng)(HART總線)等等;

其中MSA的氣體控制器在CAN總線上已經(jīng)具備20多年的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，最新發(fā)布的的這款SupremaTouch火氣控制系統(tǒng)使用了最新的CAN2.0版本總線技術(shù)，集成傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)式模擬量采集模塊，以及觸控顯示技術(shù)，可以說是代表了當(dāng)今氣體控制器發(fā)展的最高水平，那么使用CAN總線技術(shù)能給用戶具體帶來什么好處呢?我們先來認(rèn)識一下什么是CAN。

圖一，傳統(tǒng)串行總線制氣體控制器

圖2，智能CAN總線氣體報警控制器

目前，我們可以看到有一些在建或待建項目存在一些不規(guī)范的系統(tǒng)設(shè)計方案，現(xiàn)場的氣體探測器隨意接入PLC系統(tǒng)或直接連接至DCS模擬量輸入卡件，可以看出在項目初期，這類設(shè)計方案可以給用戶節(jié)約一筆硬件投資費(fèi)用，但其中存在的安全隱患以及后期的維護(hù)費(fèi)用都不容忽視:首先，在硬件的功能及可靠性上，絕大部分都沒有取得SIL及GB16808的相關(guān)認(rèn)證;在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和軟件組態(tài)方面，需要單獨(dú)定制化開發(fā)，開發(fā)者的水平?jīng)Q定了整套系統(tǒng)的可靠性，更無從談起相關(guān)認(rèn)證，存在很大的安全風(fēng)險，在項目關(guān)閉后期，任何的變動，例如增加系統(tǒng)容量等操作，都需要額外的維護(hù)工作，并增加了系統(tǒng)的安全不確定性。

除了上面一些因素，也有一些用戶認(rèn)為單獨(dú)的氣體控制系統(tǒng)沒有必要，DCS集控系統(tǒng)可以涵括這一功能，實(shí)際上，從工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的發(fā)展來看，正如當(dāng)年SIS從DCS系統(tǒng)分離開來自成系統(tǒng)一樣，隨著石化裝置的不斷擴(kuò)大，對火氣控制系統(tǒng)的要求也越來越高，這些氣體檢測信號，火災(zāi)檢測信號等也單獨(dú)分離出來，與報警設(shè)備、連鎖裝置等組成單獨(dú)的FGS火氣控制系統(tǒng)，整個現(xiàn)場的自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)分為三個部分，DCS專注于設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的監(jiān)控，SIS則專注于異常及極端情況的處理，F(xiàn)GS則負(fù)責(zé)生產(chǎn)工藝過程中的氣體火災(zāi)早期預(yù)防和報警，協(xié)同DCS,SIS實(shí)現(xiàn)全廠安全的自動化控制系統(tǒng)。

最后，再說明一些火氣系統(tǒng)設(shè)計中需注意的問題:

1. 火氣系統(tǒng)及相關(guān)的現(xiàn)場設(shè)備，應(yīng)符合石化裝置的防爆要求，產(chǎn)品必須具備相關(guān)的在危險區(qū)域使用的安全證書，例如防爆證書;

2.系統(tǒng)的所有組成部分都應(yīng)該易于維護(hù)和測試，在維護(hù)和測試狀態(tài)時，不影響工廠的常規(guī)運(yùn)營，不中斷系統(tǒng)對全廠的安全監(jiān)測;

3.火氣監(jiān)測系統(tǒng)必須能長期在線運(yùn)行，可靠穩(wěn)定，產(chǎn)品必須符合GB16808和IEC61508的要求，取得消防型式認(rèn)可證書和SIL系統(tǒng)整體安全等級證書。

4.在考慮系統(tǒng)整體安全時，不能忽略現(xiàn)場探測器的安全要求，現(xiàn)場探測器安全等級不能低于控制系統(tǒng)的安全等級要求。