浅析SIS系统信号异常分析与处理
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摘要：SIS系统的英文全称为Safety Instrumented System，是用来保护企业生产安全的一种系统，其安全系数要比DCS高出很多，如果自动化生产系统发生了异样，那么SIS系统就会采取相应的动作阻止异样，减少事故发生。一旦SIS系统在运行的过程中出现了信号异常的情况，此信号会触动SIS系统，这时SIS系统就会开启安全联锁，进而造成联锁触发。所以我们应找出SIS系统信号异常的原因，然后有针对性进行处理，以提高装置的运行安全和可靠。
关键词：SIS系统；信号异常；分析与处理
对石油化工企业来说，其设备的故障主要发生在现场传感器、SIS系统和最终执行元件这三个装置当中。其中现场传感器的故障率为35%，逻辑控制器的为15%，最终执行元件为50%。由此可见，逻辑控制器的故障发生率最小（15%），最终执行元件的故障发生率最大（50%）。因此，如果控制系统发生异常或故障，应使用控制系统的事故首次执行来判断事故的时间，类型和原因。然后按照系统所提供的资料，找到异常源，处理异常。
一、叙述事故的现象
本文主要以某石化公司的PTA装置为例，此装置有2个工段：氧化与精制，对这两个部分的气体成分检测的精确性将影响PTA的运行。此装置对氧化以后所生成尾气组分的测试使用了磁力机械式氧分析仪和红外CO、CO2分析仪。依据伤害性和操作性的要求，对SIS系统使用了满足企业的SIL3等级的设施，一旦氧化后尾气中的氧量较高时，就会启动SIS系统开启安全联锁。此时的PTA装置被氧化约6小时，因为尾气的氧量太高，从而造成了联锁。这时若查看SIS系统的SOE记录就会发现此装置里的十多个气体分析仪表都会显示O2的量过高，CO2的量过高的提示。但此时查看DCS系统的记录就会发现所显示的O2的量和CO2的量是稳定的，而且装置中另外的仪表也全都没有发生过异常。所以从技术的层面上看，装置的氧化尾气当中不能够发生瞬时的O2和CO2量过高的状态。
二、对联锁跳车事故的研究
当开启SIS系统的在线检测效果时，如果信号总是从正常变为0，然后又马上恢复，还一直的显示O2和CO2的量过高，从SIS系统的SOE显示上看就会发现它的起止间隔非常小，那么就可以基本确定出以前的判断结果是对的，也就说明联锁事件的产生时间是瞬间的。同时通过SIS系统在出现联锁跳车时对DCS的显示结果来看，可以发现测量较为平稳，这就证明了当SIS系统显示为0的瞬时情况时DCS系统还未检测异常就已回到了原值。通过这一现象可以分析出两个结果：1.因为SIS系统检测出了异常，因此造成了联锁跳车事故。2.DCS系统未做出反应，就证明了此变化是瞬时形成的，从而使检测期过长的DCS系统还未测试出异常就已恢复到了原值，进而就明确了处理的方向。通过对SIS系统的研究，发现除了正常下联锁之外，還有断路和短路发生，这2个现象也能造成SIS系统发生联锁，同时SOE会显示出的提醒就是O2和CO2的量过高。通过实验与查看相关资料可知SIS系统会将大于22mA的情况判别为短路，小于3.6mA的情况判定成断路。对此类情况的处理方法仅可采用排查的形式，先确定出信号的方向。其实每次发生故障时最先被怀疑的就是磁氧分析仪，不过此分析仪在别的装置当中也被大量的使用，至今还未出现过此种问题，而且还是十多个仪表一起故障，所以此情况根本不可能发生。
三、对联锁事故的排查
我们先对4～20mA的仪表信号电缆的绝缘和对地短路分别展开了检测，却没有检测到异常，再对分析的小屋展开了对地电阻的检测，也没有检测到异常。然后又一一排除了机械设施、电磁和仪器桥架接地等方面的干扰。最终只能将分析仪同SIS系统仪表盘柜放置在一起，主要是为了省去较为繁琐的步骤，这样就排除了跨距较长的电缆和其余设施的磁干扰，经过隔离栅直接接入SIS系统。不过信号跳动还在，于是再把仪表越过隔离栅，把4～20mA的仪表直接接到SIS系统，就会发现跳动没有了，而且SIS系统CPU也不会继续显示异常。
四、对联锁事故原因的分析和处理
（一）对联锁事故原因的分析
异常的结果已十分明确，通过对此隔离栅的分析可以发现设备的信号被安在了5、6端子上，说明书里也显示此区域认同此信号，因此可以通过。对于该卡件来说，只要信号在此区域中，它就允许通过，并不会区别是干扰的还是常规的信号。这样对兼容的问题就会产生影响，如果外界设备突发的干扰信号或者偶然的波动信号进到隔离栅中，就会误认成正常的信号，并开始处理，同时SIS系统也会捕获到这个异常信号，也会将其以为是常规的4～20mA的信号，于是也进行了处理。
隔离栅将干扰信号和偶然的波动信号误认成是常规的信号，根据本装置的常规智能通讯协议分析，主要原因就是电流在4～20mA，因此会叠加比较小的电平信号，数字信号相位连续，平均为0，不会对4～20mA的信号产生影响。但是干扰信号和波动信号却不符合相位连续，平均为0的要求。这时出现的瞬时干扰或者波动信号却接到了智能通讯端子上，使其被认成为类似频移键控信号，但此信号平均不为0，这就会扰乱原信号的标准，从而导致发生联锁。
（二）对联锁事故原因的处理
如今的关键性问题就是如何有效的隔绝这些外来的干扰源以及偶然的波动信号，并且用最低的成本使得装置能够顺利运行。经过对隔离栅说明书的仔细研究发现对于4～20mA的信号来说，应该接在2、3的端子上，该区域的端子不能用于接收HART、Brain、DE等通讯信号，而且分析仪的信号也为4～20mA的信号，与SIS系统的通讯信号并不是智能通讯，分析仪也不能接收此类通讯信号。既然5、6端子为接收智能通讯信号却接入了4～20mA信号，那么必然会对系统信号处理产生一定的干扰。因此，应该将本装置的仪表有源信号接在2、3的端子上。根据调整端子之后的结果发现信号跳变的情况有效的消除了，使得此装置从改后到目前还未出现过以往的联锁情况。
五、总结
从对这次的异常分析到处理结果的过程上看，我们对设施的选取、安装的形式以及异常的处理等方面有了更加深入的了解和认识。清楚了系统信号的接入应根据其原理及实际的需求来选取合理的连接形式，进而保障生产的顺利进行，有效的提高装置的生产效率。同时经过此次的事故，也告诉了我们如果遇到此类事故应该如何解决，应该如何查找起因，再逐一进行排查，最终找到问题的原因并有效的进行解决。由此可见，任何细节上的疏漏都会造成系统通信的错误，同时被SIS系统捕捉到进而发生错误联锁，给正常生产运行带来不必要的麻烦甚至造成损失。因此，在系统的安装接线及调试过程中，必须要谨慎细心认真，以杜绝此类问题的产生，确保生产运行过程的安全稳定。
参考文献
[1] 杨波，郭勇. 电厂SIS系统的功能设置及其实现问题研究 [J]. 电站系统工程. 2005（04）.
[2] 于治国. SIS系统安全防护设计与实现 [J]. 齐鲁师范学院学报. 2011（03）.
[3] 周生，吴翔. SIS系统的网络安全分析及防范措施 [J]. 安徽电气工程职业技术学院学报. 2007（01）.
[4] 何旭，任广彦，王勇. SIS系统的网络与数据安全分析及防范措施 [J]. 工业控制计算机. 2008（11）.
[5] 许忠仪. 安全仪表系统（SIS）的SIL评估 [J]. 化工自动化及仪表. 2009（05）.
（作者单位：中石化中原石油工程设计有限公司）
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