德國(guó)HIMA黑馬模擬輸入模件F6221

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簡(jiǎn)介
德國(guó)HIMA公司創(chuàng)建于1908年，是世界著名安全控制系統(tǒng)專業(yè)制造商。自1970年HIMA公司生產(chǎn)出世界上第一套TüV認(rèn)證的故障安全型控制系統(tǒng)HIMA-Planar-System起，HIMA公司一直處于安全控制領(lǐng)域的最前沿，致力于安全控制系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，并在該領(lǐng)域保持世界領(lǐng)先地位。三十多年來(lái)HIMA公司生產(chǎn)的安全控制系統(tǒng)已有14,000多套投入使用，廣泛分布于世界各地的煉油、化工、海上石油平臺(tái)、長(zhǎng)輸管線、油氣站等行業(yè)。HIMA公司生產(chǎn)的安全控制產(chǎn)品滿足IEC61508和DIN19250等對(duì)安全控制的最高等級(jí)要求，并取得TüV最高等級(jí)AK7/SIL4的認(rèn)證。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，HIMA公司的安全控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了第四代，1998年HIMA公司推出了CPU四重化結(jié)構(gòu)（QMR）的安全控制系統(tǒng)H41q 和H51q，使安全控制技術(shù)又有了重大性突破，首次實(shí)現(xiàn)了安全控制系統(tǒng) 無(wú)故障修復(fù)時(shí)間限制，該技術(shù)是目前世界上安全控制領(lǐng)域中最為先進(jìn)和可靠的。
一．安全控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展
安全控制系統(tǒng)是專門用于危險(xiǎn)場(chǎng)所（如：石油化工裝置）聯(lián)鎖和緊急事故停車的控制系統(tǒng)。它和普通工藝過(guò)程控制的DCS和PLC的本質(zhì)區(qū)別在于，其功能是在事故和故障狀態(tài)下（包括裝置事故和控制系統(tǒng)本身發(fā)生故障時(shí)），使裝置能夠安全停車，并處于安全狀態(tài)下，從而避免災(zāi)難的發(fā)生，即避免對(duì)裝置人員的傷害及對(duì)環(huán)境的影響等，因而安全控制系統(tǒng)本身必須是故障安全型（Fail to Safe）的，系統(tǒng)的硬件和軟件的可靠性都要求很高。在國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)IEC61508中，對(duì)安全等級(jí)及安全控制系統(tǒng)的要求具有詳盡的規(guī)定。TüV是目前世界上唯一的安全控制系統(tǒng)認(rèn)證機(jī)構(gòu)。
自1970年HIMA公司首先推出TüV認(rèn)證的故障安全型安全控制系統(tǒng)HIMA-Planar-System起，安全控制系統(tǒng)已有三十年的發(fā)展史。

 
HIMA安全控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史:
 
1970年 HIMA推出的世界首例經(jīng)TüV認(rèn)證的故障安全型控制系統(tǒng)HIMA-Planar-System投入使用。 

1983年 HIMA推出世界首例故障安全型可編程電子控制系統(tǒng)（PES）用于安全控制。 
1986年 HIMA推出世界首例經(jīng)TüV認(rèn)證的可編程安全控制系統(tǒng) H50投入使用，CPU結(jié)構(gòu)型式為雙冗余容錯(cuò)完全自診斷型，即1oo2D。 
1991年 HIMA推出第二代經(jīng)TüV認(rèn)證PES系統(tǒng)H51和H41系列產(chǎn)品.
八十年代末九十年代初，其它安全控制系統(tǒng)廠家陸續(xù)出現(xiàn)，所采用的技術(shù)一般為1oo2D或2oo3表決（TMR）技術(shù)，并將該技術(shù)沿用至今。
1997年 HIMA推出世界首例經(jīng)TüV認(rèn)證的四重化（QMR）CPU結(jié)構(gòu)的A型系統(tǒng)產(chǎn)品，即2oo4D。 
1998年 HIMA推出第三代經(jīng)TüV認(rèn)證PES系統(tǒng)H41q和H51q, 采用四重化（QMR）CPU結(jié)構(gòu), 即2oo4D。 
 
二．可編程（PES）安全控制系統(tǒng)的CPU結(jié)構(gòu)
目前世界上符合IEC-61508標(biāo)準(zhǔn)并獲得TüV AK6/SIL3等級(jí)認(rèn)證的可編程安全控制系統(tǒng)有以下三種主流CPU結(jié)構(gòu)：
1． 雙重冗余容錯(cuò)完全自診斷結(jié)構(gòu)，即1oo2D結(jié)構(gòu)。
2． 三重化表決部分自診斷結(jié)構(gòu)，即2oo3結(jié)構(gòu) ( TMR )。
3． 四重化冗余容錯(cuò)完全自診斷,即2oo4D結(jié)構(gòu)（QMR）。


以下為三種不同CPU結(jié)構(gòu)的安全控制系統(tǒng)性能比較：

HIMA HIQuard 四重化自診斷 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2oo4D (QMR)
Honeywell-FSC 雙冗余自診斷 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1oo2D
Triconex 三重化表決 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2oo3 TMR


三．HIMA的四重化結(jié)構(gòu)（QMR）產(chǎn)品H41q和H51q
H41q和H51q的CPU結(jié)構(gòu)為四重化結(jié)構(gòu)（QMR），系統(tǒng)的中央處理單元共由四個(gè)微處理器構(gòu)成。四個(gè)處理器同時(shí)工作，每二個(gè)微處理安裝在一塊CPU卡上。中央處理單元共有2塊CPU卡，一塊CPU卡即構(gòu)成1oo2D結(jié)構(gòu)。

HIMA安全等級(jí)SIL AK6/SIL3 AK6 /SIL3 
HIMAAK6故障修復(fù)時(shí)間限制 無(wú)限制 
HIMA帶電插撥卡件件 能 
HIMATüV認(rèn)證 有 
HIMATüV認(rèn)證報(bào)告可提供給用戶.
開(kāi)放通信結(jié)構(gòu)RS485 Profibus和以太網(wǎng)OPC 

防喘振控制
HIMA公司成功把3C公司RELIANTTM
壓縮機(jī)控制器集成于系統(tǒng)中,可以接受22AI/6PI/16DI;具有6AO/14DO 功能.可以完成PD/PS或H/PS計(jì)算. 


HIMA:
四個(gè)CPU分成二對(duì)，即同時(shí)工作又相對(duì)獨(dú)立。當(dāng)其中一對(duì)CPU診斷出故障時(shí)，則該對(duì)CPU切除，切換到2-0工作方式，所剩余一對(duì)CPU以1oo2D繼續(xù)工作，這對(duì)獨(dú)立的CPU仍滿足安全等級(jí)AK6/SIL3要求，當(dāng)這對(duì)CPU其中再有一個(gè)故障時(shí)，系統(tǒng)停車。所以無(wú)故障修復(fù)時(shí)間限制。
ESD和其他控制器的區(qū)別就是容錯(cuò)，比冗余還高級(jí)。
例如：
SIEMENS:S7-414FH,S7-417FH;
GE:GMR;
INVENSYS:TRICONEX;
HONEYWELL:FSC;
HIMA;
AB:GUARDLOGIX;
ABB:PM865.

ESD是英文Emergency Shutdown Device緊急停車系統(tǒng)的縮寫。這種專用的安全保護(hù)系統(tǒng)是90年代發(fā)展起來(lái)的，以它的高可靠性和靈活性而受到一致好評(píng)。

ESD緊急停車系統(tǒng)按照安全獨(dú)立原則要求，獨(dú)立于DCS集散控制系統(tǒng)，其安全級(jí)別高于DCS。在正常情況下，ESD系統(tǒng)是處于靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)。作為安全保護(hù)系統(tǒng)，凌駕于生產(chǎn)過(guò)程控制之上，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置的安全性。只有當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時(shí)，不需要經(jīng)過(guò)DCS系統(tǒng)，而直接由ESD發(fā)出保護(hù)聯(lián)鎖信號(hào)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)，避免危險(xiǎn)擴(kuò)散造成巨大損失。具有關(guān)資料，當(dāng)人在危險(xiǎn)時(shí)刻的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，當(dāng)操作人員面臨生命危險(xiǎn)時(shí)，要在60s內(nèi)作出反應(yīng)，錯(cuò)誤決策的概率高達(dá)99.9%。因此設(shè)置獨(dú)立于控制系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖是十分有必要的，這是作好安全生產(chǎn)的重要準(zhǔn)則。該動(dòng)則動(dòng)，不該動(dòng)則不動(dòng)，這是ESD系統(tǒng)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。 

為何要獨(dú)立設(shè)置ESD系統(tǒng)呢？當(dāng)然一般安全聯(lián)鎖保護(hù)功能也可由DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是對(duì)于較大規(guī)模的緊急停車系統(tǒng)應(yīng)按照安全獨(dú)立原則與DCS分開(kāi)設(shè)置，這樣做主要有以下幾方面原因： 

（1）降低控制功能和安全功能同時(shí)失效的概率，當(dāng)維護(hù)DCS部分故障時(shí)也不會(huì)危及安全保護(hù)系統(tǒng); 
（2）對(duì)于大型裝置或旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備而言，緊急停車系統(tǒng)響應(yīng)速度越快越好。這有利于保護(hù)設(shè)備，避免事故擴(kuò)大；并有利于分辨事故原因記錄。而DCS處理大量過(guò)程監(jiān)測(cè)信息，因此其響應(yīng)速度難以作得很快； 
（3）DCS系統(tǒng)是過(guò)程控制系統(tǒng)，是動(dòng)態(tài)的，需要人工頻繁的干預(yù)，這有可能引起人為誤動(dòng)作；而ESD是靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)，這樣設(shè)置ESD可以避免人為誤動(dòng)作。

解決方案

ESD系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于石油化工，冶金，電力，輕工，紡織，鐵路，壓縮機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)等需要安全保護(hù)及自動(dòng)連鎖保護(hù)的場(chǎng)合和。針對(duì)這種場(chǎng)合，GE FANUC AUTOMATION推出了90-70 GMR（Genius Module Redundancy）表決系統(tǒng)。

根據(jù)對(duì)冗余的不同需求；傳感器信號(hào)被引入到隔離Genius輸入模塊。設(shè)置在獨(dú)立機(jī)架中，各自獨(dú)立的CPU從每條Genius總線上接受這些輸入信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行表決，然后，根據(jù)表決的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)用程序。由于系統(tǒng)的硬件采用了物理無(wú)藕合設(shè)計(jì)和分離式結(jié)構(gòu)電路保護(hù)，因此用戶不用擔(dān)心出現(xiàn)硬件故障影響操作。離散輸出電路對(duì)電流，電壓傳感器的信號(hào)進(jìn)行綜合分析，從而，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出和負(fù)載狀態(tài)的診斷。

GMR識(shí)別系統(tǒng)故障并對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，同時(shí)，允許在不中斷系統(tǒng)運(yùn)行的情況下對(duì)其實(shí)施維修和部件更換。故障是由一個(gè)軟件報(bào)警器功能來(lái)處理的，它可提供時(shí)間記錄和I/O故障報(bào)告，系統(tǒng)故障的兩個(gè)診斷表可以由編程器顯示，也可以送到計(jì)算機(jī)或其他協(xié)處理器進(jìn)行顯示。每一個(gè)PLC中的診斷程序都在持續(xù)地運(yùn)行以檢測(cè)明顯的和隱藏的故障，從而，降低系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間（MTTR），同時(shí)，為維修和操作人員自動(dòng)生成故障報(bào)告。

解決方案
GMR控制器是由PLC CPU 788/789和CPM790以及相關(guān)電源，機(jī)架，通訊等模塊組成。
組成：GMR CPU：IC697CPU788，或IC697CPU789，或IC697CPM790 
90-70總線控制器（GBC）：IC697BEM731 
電源（PS）：IC697PWR711/710
機(jī)架（RACK）：IC697CHS790 IC697CHS791
GMR軟件：IC641SWP745
編程軟件：IC640HWP706

90-70 GMR表決系統(tǒng)的特點(diǎn)：
應(yīng)用靈活性，可組態(tài)逐點(diǎn)冗余使之可以
根據(jù)指定的應(yīng)用要求配置自己的硬件系統(tǒng)。
Genius I/O加速系統(tǒng)的開(kāi)車進(jìn)程，不須長(zhǎng)距離拉線。
消除保險(xiǎn)，減低了平均修復(fù)時(shí)間（MTTR） 
故障識(shí)別到點(diǎn)級(jí)，進(jìn)一步降低了平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）
GMR是一個(gè)"高可靠性"和"高可用性"的系統(tǒng)。