安全控制系統(tǒng)

安全技術交流2025/7/281HIMACHINA

交流提綱HIMA簡介（10分鐘）安全理念：IEC61508，SIS（20分鐘）HIMA系統(tǒng)介紹：H41/51q（60分鐘）

休息安全連接設備（20分鐘）安全（冗余）通訊（10分鐘）2025/7/282HIMACHINAWelcomeon

HIMATrainingCenter

歡迎體驗黑馬

值得信賴的安全性、可用性和可靠性2025/7/283HIMACHINA里程碑主要產(chǎn)品應用領域參考項目全球網(wǎng)絡亞太地區(qū)系統(tǒng)分布里程碑

1908

由JohannesHildebrandt先生創(chuàng)建于曼海姆,

HIMA的名字源于

Hildebrandt和Mannheim；

1970

世界上第一套獲TüV認證的安全系統(tǒng):Planar；1986

世界上第一套獲TüV認證的PES系統(tǒng):H50；1991

世界上第一個獲TüV認證的

軟件-反向編譯功能；

1994

通過DINISO9001、DQS

認證；1997

世界上第一家獲TüV認證的

安全以太網(wǎng)通訊技術；1997

世界上第一套獲TüV認證的2004D/QMR系統(tǒng):

H41q/H51q；2002世界上運算速度最快的獲TüV工廠自動化安全系統(tǒng)；2002作為世界上第一家安全系統(tǒng)生產(chǎn)廠商，HIMA首家獲得TüV

授予的IEC61508“全面安全功能管理”證書；

2006世界上第四代安全系統(tǒng)HIMAX從HIMA誕生。2025/7/285HIMACHINA里程碑主要產(chǎn)品應用領域參考項目全球網(wǎng)絡亞太地區(qū)系統(tǒng)分布主要產(chǎn)品可編程電子系統(tǒng)（PES）：A1系列---A1/A1digital（AK4/SIL2）H41q/H51q系列---MS/HS/HRS(AK6/SIL3）硬連線邏輯電子系統(tǒng)（E）：PLANAR系列---Planar4（AK7/SIL4）繼電器（AK6/SIL3）報警設定器（AK6/SIL3）*2025/7/286HIMACHINA里程碑主要產(chǎn)品應用領域參考項目全球網(wǎng)絡亞太地區(qū)系統(tǒng)分布應用領域煉油、化工、石油化工、海上油氣開采以及鋼鐵、電力等行業(yè)的:緊急停車系統(tǒng)(SIS)；火氣保護系統(tǒng)(F&G)；LNG保護系統(tǒng)高壓保護系統(tǒng)(HIPPS)；燃燒爐控制系統(tǒng)(BMS)；油/氣長輸管線監(jiān)測；反應器控制等。*

2025/7/287HIMACHINA里程碑主要產(chǎn)品應用領域參考項目全球網(wǎng)絡亞太地區(qū)系統(tǒng)分布參考項目遼化催化重整（SIS);南京惠生甲醇（SIS);兗礦煤氣化（SIS);勝利油田煉油廠（SIS）；正和加氫焦化（SIS)；東明加氫焦化催化裂化（SIS);湛江煉油廠（SIS）；京博重油催化（SIS);?？浦卮撸⊿IS)；山東?；揭蚁┭b置（SIS)；齊魯石化公司第二化肥廠（SIS）；齊魯石化苯乙烯裝置（SIS）；齊魯煤氣化裝置（SIS）。*2025/7/288HIMACHINA里程碑主要產(chǎn)品應用范圍參考項目全球網(wǎng)絡亞太地區(qū)系統(tǒng)分布參考項目中海油渤海公司海上采油平臺QK18-2（SIS，F(xiàn)&G）；蘭州乙烯裝置（SIS）；茂名乙烯裝置（SIS）；上海（拜爾）聚合物有限公司（BMS，HIPPS）；BP賽科（SECOO）90萬噸乙烯聯(lián)合（SIS,F&G）36套系統(tǒng)108個機柜BASF漕涇THF/PolyTHF(SIS)揚巴苯乙烯（SIS）鎮(zhèn)海100萬噸乙烯聯(lián)合裝置目前，共有20000

多套在世界各地運行。*2025/7/289HIMACHINA里程碑主要產(chǎn)品應用領域參考項目全球網(wǎng)絡亞太地區(qū)系統(tǒng)分布全球網(wǎng)絡美洲歐洲中東和非洲亞洲及太平洋地區(qū)

2025/7/2810HIMACHINA總部：馬來西亞的吉隆坡澳大利亞

韓國中國（北京/上海/沈陽）印度

印度尼西亞

伊朗泰國科威特里程碑主要產(chǎn)品應用領域參考項目全球網(wǎng)絡亞太地區(qū)亞洲及太平洋地區(qū)2025/7/2811HIMACHINA2025/7/2812HIMACHINA第一部分

安全控制系統(tǒng)的理念2025/7/2813HIMACHINA有關SIS系統(tǒng)的幾個概念1、SIS和ESD2、SIS、PLC和DCS3、安全性和可用性4、安全系統(tǒng)必須有TüV的安全證書、認證報告和安全手冊5、本質(zhì)和結構安全6、重化和冗余7、熱備、冷備和在線8、本安回路和安全回路2025/7/2814HIMACHINASIS&ESDSIS---SafetyInstrumentedSystem(用安全儀表裝備的系統(tǒng));包括ESD以及與之配套的傳感器和執(zhí)行元件等,用戶的接口設備,如安全柵、繼電器、信號分配器等可以考慮在SIS系統(tǒng)中。2025/7/2815HIMACHINASensorsISBarriersTripAmplifiersSafetySystemISBarriersRelaysActuatorsRC-6/SIL-3RC-6/SIL-3RC-6/SIL-3OnlyHIMAcanofferRC-6/SIL-3componentsbeyondthesystemHIMA-HIMAISBarriers,RelaysandTripAmplifiersarestandaloneproducts-Canbeusedregardlessofthesafetysystemtechnologyandbrandinstalled-ExistingequipmentcaneasilybeexchangedwithHIMAproductsRedundantorTUVapprovedRedundantorTUVapprovedAdditionalAdvantages:OthersHIMA的安全回路SIS系統(tǒng)2025/7/2816HIMACHINA安全性&可用性

安全性是指德國TUV認證機構按照IEC61508規(guī)范對認證對象的安全功能進行認證，而評估的SIL安全等級，如SIL1-4級；按照DIN19250規(guī)范認證的AK安全等級，如AK1-8級；安全深度是由系統(tǒng)的平均無故障概率來衡量的；可用性是指安全儀表回路上某個功能元件故障時，不影響裝置正常運行，其跟功能元件的共損因數(shù)有關。2025/7/2817HIMACHINA本質(zhì)&結構安全

其區(qū)分為SIS系統(tǒng)在SIL3/AK6時有無故障修復時間限制（即在系統(tǒng)故障時，有無倒計時安全時間限制）的SIS系統(tǒng)。本質(zhì)安全的系統(tǒng)是具有優(yōu)先級的三級控制；結構安全的系統(tǒng)在組態(tài)為SIL3/AK6（即系統(tǒng)的平均無故障概率達到99.9-99.99%）的安全等級時，其系統(tǒng)必須在軟件組態(tài)時填寫故障修復時間。需要說明的是這種限制在組態(tài)成SIL2/AK4時，就不復存在。2025/7/2818HIMACHINA本質(zhì)故障安全型PES原理框圖DPRDPRCU1CU21stI/OBUS2ndI/OBUSWDWD1stI/OBUS2ndI/OBUSWDWDOutputmoduleOutputmoduleBSBSTTXXField2025/7/2819HIMACHINA重化&冗余需要明確的是重化就是重化，冗余就是冗余，不能混為一談。二重化(1oo2)、三重化(2oo3)等都是為了達到一定的安全等級來設計的，即沒有優(yōu)先級的表決系統(tǒng)，統(tǒng)稱為結構安全設計；冗余是為實現(xiàn)控制元器件功能上的獨立對等而開發(fā)的，其目的是不停車，即可用性。2025/7/2820HIMACHINA冷備、熱備&在線

此概念為冗余的工作方式；熱備為備卡帶電但不工作；冷備為不帶電也不工作；在線為冗余部分都同時在工作，只有這種方式才能實現(xiàn)無擾動切換。2025/7/2821HIMACHINA點冗余、卡件冗余&卡籠間冗余

此概念為冗余的結構方式，直接決定了系統(tǒng)的可用性；點冗余為一塊卡上多點（專業(yè)也叫重化）冗余，往往跟安全性有關；卡件冗余則為卡件的左右冗余方式；卡籠間冗余是上下兩個卡籠冗余，此冗余方式為全冗余，此方式的系統(tǒng)共損因數(shù)最小，它包含了點和卡件冗余。2025/7/2822HIMACHINAHIMAH51q-HRS（一）既冗余又容錯卡籠間冗余，系統(tǒng)共損因數(shù)最小2025/7/2823HIMACHINAHIMAH51q-HRS（二）SIL3SIL32025/7/2824HIMACHINASIS可以做什么？控制高限臨界報警值SIS控制控制低限BPCS控制失控的過程參數(shù)SIS使裝置緊急停車機械泄放機構動作正常的工藝參數(shù)Boom!聯(lián)鎖動作值2025/7/2825HIMACHINASIS設計應用示例

T1-101LRC101I/PLCV101ALT101PSV101RAWMATREIALFEEDFCATMFCSSLASH101

LS101HS101AHS101B

iManualShutdownRESETEXHEXHAIRLCV101B2025/7/2826HIMACHINASafetyIntegrityLevels(SIL)DistributionoftheFailureMeasures35% Sensors15% Logicsolver50% FinalelementsSAFETYINTEGRITYLEVELPFDAVERAGERANGE(PFD=ProbabilityofFailureonDemand)SAFETYAVAILABILITYRANGE410-4

to10-60.9999to0.999999310-3

to10-40.999to0.9999210-2

to10-30.99to0.999110-1

to10-20.9to0.992025/7/2827HIMACHINA系統(tǒng)/裝置的安全等級2025/7/2828HIMACHINA第二部分

HIMA的安全控制系統(tǒng)2025/7/2829HIMACHINA提高生產(chǎn)力的關鍵H41q/H51q安全控制系統(tǒng)HIMAPaulHildebrandtGmbH+CoKG2025/7/2830HIMACHINA在中央單元（CU）上設置了雙CPU；一個中央單元即可滿足安全等級

AK6/SIL3

CU之間的通訊由高速雙口RAM（DPR）來完成；2oo4/QMR

結構(QuadrupleModularRedundant)；最大的實用性和冗余容錯結構（全冗余、兩級容錯）；HI-Quad安全技術的成熟理念2025/7/2831HIMACHINA在每個CU模件上有兩個CPU和硬電路比較器；AK6/SIL3安全等級；100%兼容功能；重新開發(fā)設計的μP電路板；開發(fā)設計了新的風扇結構，使CPU的溫度低于環(huán)境溫度10°C,因而具有更高的可靠性；仍提供原型號

F8650

/F8650A&

F8653/F8653A的服務和備件；*中央單元（CU）模件F8650E-F8653E2025/7/2832HIMACHINAH41/51q-MS系統(tǒng)

AK6\SIL3&

較高的實用性系統(tǒng)的基本掃描周期達5ms;

基于HiQuad技術的CU結構，即使是單CU、單I/O模件，系統(tǒng)仍能達到AK6\SIL3

的安全等級要求2025/7/2833HIMACHINAH41/51q-HS系統(tǒng)

AK6/SIL3&高實用性2025/7/2834HIMACHINAH41/51q-HRS系統(tǒng)

AK6/SIL3&最高的實用性系統(tǒng)特點:無故障修復時間限制；實用性99.99%以上；平均無故障時間200年以上；系統(tǒng)故障診斷率99.99%以上，HIMA特有的冗余、容錯和故障分離技術，使系統(tǒng)對硬件和軟件診斷的準確性、及時性和靈敏度得到極大改善，使誤報率和漏報率大幅降低；2025/7/2835HIMACHINAScalableAvailability2025/7/2836HIMACHINA

2025/7/2837HIMACHINA主機架:2個CU模件,最多5個通訊模件

CM;3塊電源卡(2oo3):24Vdc/5VDC;1塊電源監(jiān)視卡(F7131);16個子機架/每個主機架;16個I/O模件/每個子機架;系統(tǒng)機柜:Rittal800*800*(2000+100)或800*600*(2000+100)H51q系統(tǒng)RacksI/ODetailsCabinetsBusstructureMechanicalDesignLocation/IP/SIL2025/7/2838HIMACHINARacksI/ODetailsCabinetsBusstructureMechanicalDesignLocation/IP/SILK1412B3xF7126F71312xF8650XZ6018,3fansHIMASystemRackH51q-HS/HRSB5233-1/-2

Location/IP/SILRacksI/ODetailsCabinetsBusstructureMechanicalDesign2025/7/2840HIMACHINA

DI(a)

DI(b)

CU12cpuintheCU

CU22cpuintheCU

DO(b)DO(a)I/O

rack(A)I/O

rack(B)I/O

rack(B)I/O

rack(A)I/Obus(1)I/Obus(1)I/Obus(2)I/Obus(2)SwitchinsiteSolenoidvalveinsiteH41/51q-HRS系統(tǒng)架構示意圖TS101TAHS101TAHS101TV101TSV101TSV101SIL3SIL32025/7/2841HIMACHINAFail-SafeWatchdogCPU1CPU2MemorydirectMemoryinverseComparatorMultiplexerDiagnosticDPRFail-SafeWatchdogCPU1CPU2MemorydirectMemoryinverseComparatorMultiplexerDiagnosticDPRI/Obus(1)I/Obus(2)WD(1)WD(2)1oo2DCU1CU21oo2D2oo4D故障安全型PES原理框圖2025/7/2842HIMACHINA輸入模件–故障的測試/反應Failureintheinputmodule在用戶程序中以L-信號值操作

(數(shù)字量輸入)在用戶程序中以“0”值操作(模擬量輸入)故障顯示:機柜,機架,模件輸入線路上的故障以L-信號作為“0”信號操作故障顯示:機柜,機架,模件，通道冗余輸入模件正常工作模件的值

monitoringtestvaluefunctiontest

crosstalk

linebreak

lineshortcircuittransmittersupply

crosstalk

linearity 1,Z2 1,Z2EN12##functiontest

crosstalkdigitaldigitalwithmonitoringanalogSignalTestSignalTestanalogvalueTest

I/ODetailsRacksCabinetsBusstructureMechanicalDesignLocation/IP/SIL2025/7/2843HIMACHINAControlReadbackControlReadbackMonitoringdigitaldigitalwithlinemonitoring輸出模件故障時安全被賦予第二個獨立的電路等全部切除組切除切除有缺陷的模件(整體切除)故障顯示:機柜,機架,模件線路上的故障故障顯示:機柜,機架,模件，通道

I/ODetailsRacksCabinetsBusstructureMechanicalDesignLocation/IP/SIL輸出模件–故障的測試/反應2025/7/2844HIMACHINAF6217F8628

I/ODetailsRacksCabinetsBusstructureMechanicalDesignLocation/IP/SIL2025/7/2845HIMACHINAELOPIISafetyCertificate第三部分基于PC機的系統(tǒng)軟件HIMAPaulHildebrandtGmbH+CoKG2025/7/2846HIMACHINA提供工程、設計、邏輯和離線(off-line)測試所必須的完備的功能ELOPII

工程軟件包滿足HIMAPES硬件工程設計和編程的所有要求操作軟件包集成了HIMAPES安全操作和平穩(wěn)維護的所有功能*完整的功能2025/7/2847HIMACHINA工程組態(tài)邏輯的輸入由拖/放(Drag&Drop)

功能實現(xiàn)無須連接PES，對控制邏輯進行離線(off-line)仿真自動連線編程語言:FBD,SFC

變量的導入/導出功能(CSV)位號名可達256個字符(KKS標準)用戶訪問級別限制直接在ELOPII中進行擋案管理*開放的系統(tǒng)2025/7/2848HIMACHINA變量列表

FBD-編輯器

FBD圖頁圖拖&放雙擊,打開FBD編輯器2025/7/2849HIMACHINA控制盤

Offline測試圖

Offline測試區(qū)2025/7/2850HIMACHINADrag&Drop機柜子機架主機架卡件列表2025/7/2851HIMACHINA通訊功能CU

模件和協(xié)處理器模件上的RS485接口，用MODBUS通訊協(xié)議與上位控制系統(tǒng)通訊；模件F8627和F8628

可以放入H51qPES的主機架中；無任何附加的組態(tài)要求；由簡單的拖/放(Drag&Drop)即可實現(xiàn)到上級自動控制系統(tǒng)的通訊；*F8627EthernetplusTCP/IP

F8628Profibus-DP