1、2022-8-8HIMA CHINA1安安 全全 控控 制制 系系 统统安全技术交流安全技术交流2022-8-8HIMA CHINA2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）2022-8-8HIMA CHINA3Welcome onHIMA Training Center欢迎体验黑马欢迎体验黑马值得信赖的安全性、可用性和可靠性值得信赖的安全性、可用性和可靠性2022-8-8HIMA CHINA4HIMA Paul Hildebrandt GmbH+Co
2、 KGBrhl.Mannheim.GHIMA（Shanghai）Safety System Co.,Ltd.上海黑马安全自动化系统有限公司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上海浦东外高桥保税区希雅路350号号5号楼号楼4层层A部部2022-8-8HIMA CHINA5里程碑里程碑主要产品主要产品应用领域应用领域参考项目参考项目全球网络全球网络亚亚太地区太地区系统系统分布分布里程碑里程碑 1908 由由Johannes Hildebrandt先生创建于曼海姆先生创建于曼海姆,HIMA的的名字源于名字源于 Hildebrandt 和和 Mannheim；1970 世界上第一套
3、获世界上第一套获TV认证认证的安全的安全系统系统:Planar；1986 世界上世界上第一套获第一套获TV认证认证的的PES系统系统:H50；1991 世界上世界上第一个获第一个获TV认证认证的的 软件软件-反向反向编译功能；编译功能；1994 通过通过DIN ISO 9001、DQS 认证认证；1997 世界上世界上第一家获第一家获TV认证认证的的 安全以太网安全以太网通讯技术；通讯技术；1997 世界上世界上第一套获第一套获TV认证认证的的 2004D/QMR系统系统:H41q/H51q；2002 世界上世界上运算速度最快的获运算速度最快的获TV和和BG认证的认证的工厂自动化工厂自动化 安
4、全系统；安全系统；2002 作为世界上第一家安全系统生产厂商，作为世界上第一家安全系统生产厂商，HIMA首家获得首家获得TV 授予授予的的IEC 61508“全面安全功能管理全面安全功能管理”证书。证书。2022-8-8HIMA CHINA6里程碑里程碑主要产品主要产品应用领域应用领域参考项目参考项目全球网络全球网络亚亚太地区太地区系统系统分布分布主要主要产品产品可编程电子系统（可编程电子系统（PES）：）：A1系列系列-A1/A1 digital（AK4/SIL2）H41q/H51q系列系列-MS/HS/HRS(AK6/SIL3）硬连线逻辑电子系统（硬连线逻辑电子系统（E）：）：PLANAR
5、系列系列-Planar 4（AK7/SIL4）继电器（继电器（AK6/SIL3）报警设定器（报警设定器（AK6/SIL3）*2022-8-8HIMA CHINA7里程碑里程碑主要产品主要产品应用领域应用领域参考项目参考项目全球网络全球网络亚亚太地区太地区系统系统分布分布应用领域应用领域炼油、炼油、化工、化工、石油化工、石油化工、海上油气开采以及钢铁、电力海上油气开采以及钢铁、电力等行业的等行业的:紧急停车系统紧急停车系统(SIS)；火气火气保护系统保护系统(F&G)；LNG保护系统保护系统高压高压保护系统保护系统(HIPPS)；燃烧炉燃烧炉控制系统控制系统(BMS)；油油/气长输管线监测；气长
6、输管线监测；反反应器控制等。应器控制等。*2022-8-8HIMA CHINA8里程碑里程碑主要产品主要产品应用领域应用领域参考项目参考项目全球网络全球网络亚亚太地区太地区系统系统分布分布参参考项目考项目辽化催化重整（辽化催化重整（SIS);南京惠生甲醇（南京惠生甲醇（SIS);兖矿煤气化（兖矿煤气化（SIS);胜利抽油厂（胜利抽油厂（SIS）；）；正和加氢焦化（正和加氢焦化（SIS)；东明催化裂化（东明催化裂化（SIS);湛江炼油厂（湛江炼油厂（SIS）；）；京博重油催化（京博重油催化（SIS);海科重催（海科重催（SIS)；山东海化苯乙烯装置（山东海化苯乙烯装置（SIS)；齐鲁石化公司第二
7、化肥厂（齐鲁石化公司第二化肥厂（SIS）；）；齐鲁石化苯乙烯装置（齐鲁石化苯乙烯装置（SIS）；齐鲁煤气化装置（齐鲁煤气化装置（SIS）。）。*2022-8-8HIMA CHINA9里程碑里程碑主要产品主要产品应用范围应用范围参考项目参考项目全球网络全球网络亚亚太地区太地区系统系统分布分布参参考项目考项目中中海油渤海公司海上采油平台海油渤海公司海上采油平台QK18-2（SIS，F&G）；）；兰州乙烯装置（兰州乙烯装置（SIS）；）；茂名乙烯装置（茂名乙烯装置（SIS）；）；上海（拜尔）聚合物有限公司（上海（拜尔）聚合物有限公司（BMS，HIPPS）；）；BP 赛科（赛科（SECOO）90万吨乙
8、烯联合万吨乙烯联合（SIS,F&G）36套系统套系统108个机柜个机柜BASF 漕泾漕泾THF/PolyTHF(SIS)扬巴苯乙烯（扬巴苯乙烯（SIS）镇海镇海100万吨乙烯联合装置万吨乙烯联合装置目前，目前，共共有有18000 多套在世界各地运多套在世界各地运行。行。*2022-8-8HIMA CHINA10里程碑里程碑主要产品主要产品应用领域应用领域参考项目参考项目全全球网络球网络亚亚太地区太地区系统系统分布分布全球网络全球网络美美洲洲欧洲欧洲中中东和非洲东和非洲亚亚洲及太平洋地区洲及太平洋地区 2022-8-8HIMA CHINA11总部：马来西亚总部：马来西亚的吉隆坡的吉隆坡澳大利亚澳
9、大利亚 韩国韩国中国（中国（北京北京/上海上海/沈阳）沈阳）印度印度 印度尼西亚印度尼西亚 伊朗伊朗泰国泰国科威特科威特里程碑里程碑主要产品主要产品应用领域应用领域参考项目参考项目全球网络全球网络亚亚太地区太地区亚洲亚洲及太平洋地区及太平洋地区2022-8-8HIMA CHINA12第一部分第一部分安全控制系统的理念安全控制系统的理念2022-8-8HIMA CHINA14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TV的的安全证书、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2022-
10、8-8HIMA CHINA15SIS&ESD SIS-Safety Instrumented System (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。2022-8-8HIMA CHINA16Sensors IS BarriersTrip AmplifiersSafety SystemIS Barriers RelaysActuatorsRC-6/SIL-3RC-6/SIL-3RC-6/SIL-3Only HIMA can offer RC-6/SIL-3 components beyond the
11、 system HIMA-HIMA IS Barriers,Relays and Trip Amplifiers are stand alone products-Can be used regardless of the safety system technology and brand installed-Existing equipment can easily be exchanged with HIMA productsRedundant or TUV approvedRedundant or TUV approvedAdditional Advantages:OthersHIMA
12、的安全回路SIS系统系统2022-8-8HIMA CHINA17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DIN 19250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。2022-8-8HIMA CHINA18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
13、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。2022-8-8HIMA CHINA19本质故障安全型本质故障安全型PES原理框图原理框图DPRDPRCU1CU21st I/O BUS 2nd I/O BUS WD WD 1st I/O BUS 2nd I/O BUS WD WD Output moduleOutput moduleBSBSTTXXField2022-8-8HIMA CHINA20重化&冗余 需要明确的是重化就是重化
14、，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。2022-8-8HIMA CHINA21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。2022-8-8HIMA CHINA22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
15、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。2022-8-8HIMA CHINA23HIMA H51q-HRS（一）（一）既冗余又容错既冗余又容错卡笼间冗余，系统共损因数最小2022-8-8HIMA CHINA24HIMA H51q-HRS（二）（二）SIL3SIL32022-8-8HIMA CHINA25SIS可以做什么？可以做什么？控制高限控制高限临界报警值临界报警值SIS控制控制控制低限控制低限BPCS 控制控制失控的过程参数失控的过程参数SIS使装置紧急停车使装置紧急停车机械泄放机构动作机械泄放机构动作正常的工
16、艺参数正常的工艺参数Boom!联锁动作值联锁动作值2022-8-8HIMA CHINA26SIS设计应用示例设计应用示例 T1-101LRC101I/PLCV101ALT101PSV101RAW MATREIALFEEDFCATMFCSSLASH101 LS101HS101AHS101B iManualShutdownRESETEXHEXHAIRLCV101B2022-8-8HIMA CHINA27Safety Integrity Levels(SIL)Distribution of the Failure Measures 35%Sensors 15%Logic solver 50%Fina
17、l elementsSAFETY INTEGRITYLEVELPFD AVERAGE RANGE(PFD=Probability of Failureon Demand)SAFETY AVAILABILITYRANGE410-4 to 10-60.9999 to 0.999999310-3 to 10-40.999 to 0.9999210-2 to 10-30.99 to 0.999110-1 to 10-20.9 to 0.992022-8-8HIMA CHINA28系统系统/装置的安全等级装置的安全等级2022-8-8HIMA CHINA29第二部分第二部分HIMA的安全控制系统的安全控
18、制系统提高生产力的关键提高生产力的关键H41q/H51q 安全控制系统安全控制系统HIMA Paul Hildebrandt GmbH+Co KG2022-8-8HIMA CHINA31在中央单元（在中央单元（CU）上设置了双上设置了双CPU；一个中央单元即可满足安全等级一个中央单元即可满足安全等级 AK6/SIL3 CU之间的通讯由高速之间的通讯由高速 双口双口RAM（DPR）来完成；来完成；2oo4/QMR 结构结构(Quadruple Modular Redundant)；最大的实用性和冗余容错结构最大的实用性和冗余容错结构 （全冗余、两级容错）；（全冗余、两级容错）；HI-Quad 安
19、全技术的成熟理念安全技术的成熟理念2022-8-8HIMA CHINA32在每个在每个CU 模件上有两个模件上有两个CPU和硬电路比较器；和硬电路比较器；AK6/SIL3安全等级；安全等级；100%兼容功能；兼容功能；重新开发设计的重新开发设计的 P 电路板；电路板；开发设计了新的风扇结构，使开发设计了新的风扇结构，使CPU的温度低于环的温度低于环境温度境温度10C,因而具有更高的可靠性；因而具有更高的可靠性；仍提供原型号仍提供原型号 F 8650/F8650A&F 8653/F8653A的服务和备件；的服务和备件；*中央单元（中央单元（CU）模件模件 F 8650E-F 8653E2022-
20、8-8HIMA CHINA33H41/51q-MS系统系统 AK6SIL3&较高的实用性较高的实用性 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AK6SIL3 的安 全等级要求2022-8-8HIMA CHINA34H41/51q-HS系统系统AK6/SIL3&高实用性高实用性2022-8-8HIMA CHINA35H41/51q-HRS系统系统 AK6/SIL3&最高的实用性最高的实用性系统特点系统特点:无故障修复时间限制；无故障修复时间限制；实用性实用性99.99%以上；以上；平均无故障时间平均无故障时间200年以上；年以上；系统
21、故障诊断率系统故障诊断率99.99%以以 上，上，HIMA特有的冗余、特有的冗余、容错和故障分离技术，使容错和故障分离技术，使 系统对硬件和软件诊断的系统对硬件和软件诊断的 准确性、及时性和灵敏度准确性、及时性和灵敏度 得到极大改善，使误报率得到极大改善，使误报率 和漏报率大幅降低；和漏报率大幅降低；2022-8-8HIMA CHINA36Scalable Availability2022-8-8HIMA CHINA372022-8-8HIMA CHINA38主机架主机架:2 个个CU 模件模件,最多最多 5 个通讯模件个通讯模件 CM;3 块电源卡块电源卡(2oo3):24V dc/5V D
22、C;1 块电源监视卡块电源监视卡(F7131);16 个子机架个子机架/每个主机架每个主机架;16 个个 I/O 模件模件/每个子机架每个子机架;系统机柜系统机柜:Rittal 800*800*(2000+100)或或 800*600*(2000+100)H51q 系统系统 I/O Details Cabinets Busstructure Mechanical Design Location/IP/SIL I/O Details Cabinets Busstructure Mechanical Design Location/IP/SILK1412B3x F7126F71312xF8650X
23、Z6018,3 fansHIMA System Rack H51q-HS/HRS 2022-8-8HIMA CHINA40 The H41q compact System The H51q modular SystemDesignMono RedundantMono RedundantAvailabilitynormalhighvery highnormalhighvery highTypeH41q-MH41q-HH41q-HRH51q-MH51q-HH51qHRSafetyRC 1.6RC 1.6RC 1.6RC 1.6RC 1.6RC 1.6TypeH41q-MSH41q-HSH41q-H
24、RSH51q-MSH51q-HSH51qHRSTech.FeaturesMax.I/O-Racks0*0*0*16162 x 8I/O buses112112Notes:RC=(AC)requirement class according to DIN V 19250I/O=input&output*Central modules and I/O modules are installed in the same subrack!Racks I/O Details Cabinets Busstructure Mechanical Design2022-8-8HIMA CHINA41 DI(a)
25、DI(b)CU 12 cpu in the CU CU 22 cpu in the CU DO(b)DO(a)I/O rack(A)I/O rack(B)I/O rack(B)I/O rack(A)I/O bus(1)I/O bus(1)I/O bus(2)I/O bus(2)Switch in siteSolenoid valve in siteH41/51q-HRS 系统架构示意图系统架构示意图 TS101TAHS101TAHS101TV101TSV101TSV101SIL3SIL32022-8-8HIMA CHINA42Fail-Safe WatchdogCPU 1CPU 2Memory
26、 directMemory inverseComparatorMultiplexerDiagnosticDPRFail-Safe WatchdogCPU 1CPU 2Memory directMemory inverseComparatorMultiplexerDiagnosticDPRI/O bus(1)I/O bus(2)WD(1)WD(2)1oo2DCU 1CU 21oo2D2oo4D故障安全型故障安全型PES原理框图原理框图2022-8-8HIMA CHINA43输入模件输入模件 故障的测试故障的测试/反应反应Failure in the input module 在用户程序中以L-信
27、号值操作 (数字量输入)在用户程序中以“0”值操作(模拟量输入)故障显示:机柜,机架,模件输入线路上的故障输入线路上的故障 以L-信号作为“0”信号操作 故障显示:机柜,机架,模件，通道冗余输入模件冗余输入模件 正常工作模件的值monitoringtest valuefunction testcross talkline breakline short circuittransmitter supplycross talklinearity1,Z21,Z2EN12#function testcross talkdigitaldigital with monitoringanalogSignal
28、TestSignalTestanalog valueTest Racks Cabinets Busstructure Mechanical Design Location/IP/SIL2022-8-8HIMA CHINA44ControlRead backControlRead backMonitoringdigitaldigital with line monitoring输出模件故障时输出模件故障时 安全被赋予第二个独立的电路等-全部切除-组切除-切除有缺陷的模件(整体切除)故障显示:机柜,机架,模件线路上的故障线路上的故障 故障显示:机柜,机架,模件，通道 Racks Cabinets
29、Busstructure Mechanical Design Location/IP/SIL输出模件输出模件 故障的测试故障的测试/反应反应2022-8-8HIMA CHINA45F 6217F 8628 Racks Cabinets Busstructure Mechanical Design Location/IP/SILELOP IISafety Certificate第三部分第三部分基于基于PC机的系统软件机的系统软件HIMA Paul Hildebrandt GmbH+Co KG2022-8-8HIMA CHINA47 提供工程、设计、逻辑和离线提供工程、设计、逻辑和离线(off-l
30、ine)测试所必须的完备的测试所必须的完备的功能功能 ELOP II 工程软件包满足工程软件包满足HIMA PES硬件工程设计和编程的所有硬件工程设计和编程的所有要求要求 操作软件包集成了操作软件包集成了HIMA PES安安全操作和平稳维护的所有功能全操作和平稳维护的所有功能*完整的功能完整的功能2022-8-8HIMA CHINA48工程组态工程组态逻辑的输入由逻辑的输入由 拖拖/放放(Drag&Drop)功能实现功能实现无须无须连接连接PES，对控制逻辑进行对控制逻辑进行 离线离线(off-line)仿真仿真自动连线自动连线编程语言编程语言:FBD,SFC 变量的导入变量的导入/导出功能导
31、出功能(CSV)位号名可达位号名可达256个字符个字符(KKS 标准)用户访问级别限制用户访问级别限制直接在直接在 ELOP II中进行挡案管理中进行挡案管理*开放的系统开放的系统2022-8-8HIMA CHINA49 变量列表 FBD-编辑器 FBD 图 页图拖拖&放放 双击,打开 FBD编辑器2022-8-8HIMA CHINA50 控制盘 Off line 测试图 Off line 测试区2022-8-8HIMA CHINA51Drag&Drop 机柜 子机架 主 机架 卡件列表2022-8-8HIMA CHINA52通讯功能通讯功能 CU 模件和协处理器模件上的模件和协处理器模件上的
32、RS485接口，用接口，用MODBUS通讯协通讯协议与上位控制系统通讯；议与上位控制系统通讯；模件模件 F 8627和和 F 8628 可以放入可以放入H51q PES 的主机架中；的主机架中；无任何无任何附加的组态要求；附加的组态要求；由简单的拖由简单的拖/放放(Drag&Drop)即即可实现到上级自动控制系统的通可实现到上级自动控制系统的通讯；讯；*F8627 Ethernet plus TCP/IP F8628 Profibus-DP Slave2022-8-8HIMA CHINA53完美的安全性完美的安全性ELOP II 应用软件具有通过应用软件具有通过TV认证的反向编译功认证的反向编
33、译功能：能：在新项目中用安全码编译器在新项目中用安全码编译器(GNU-C 编译器编译器)；GNU-C 编译器进行两次编辑；编译器进行两次编辑；目标码在目标码比较器进行比较；目标码在目标码比较器进行比较；安全数据下载至目标系统中；安全数据下载至目标系统中；增改逻辑时增改逻辑时“旧旧C”码与码与“新新C”码码 比较；比较；对在每个对在每个程序中的逻辑程序中的逻辑,变量变量 和常数的改变进行和常数的改变进行 安全检测安全检测*2022-8-8HIMA CHINA54用户规范文挡C-码C-码(旧)C-码比较器变换目标码输入数据备份数据目标码目标码比较器PESH41q/H51qGNU C-编译器 当对系
34、统的应用程序当对系统的应用程序进行修改时，可以在进行修改时，可以在线下装；线下装；H51q/H41q 系列不需系列不需要全部逻辑功能的重要全部逻辑功能的重新测试；新测试；仅仅测试修改部分即仅仅测试修改部分即可；可；*为了更大的效率为了更大的效率2022-8-8HIMA CHINA55HIMAHIMA的安全以太网的安全以太网HIMA 的安全以太网解决了安全控制系统用以太网连接的问题，的安全以太网解决了安全控制系统用以太网连接的问题，具有：具有：安全性安全性可靠性可靠性确保性确保性 HIMA 提供提供 经经TV 认证的安全以太网，等级为认证的安全以太网，等级为 AK6/SIL3 HIMA 提供了一
35、个完全可靠的理念提供了一个完全可靠的理念 冗余以太网冗余以太网 HIMA 确保时间响应确保时间响应 确定性以太网确定性以太网*HIMA 是世界上第一家把这种安全技术商业化的公司，这使得安全控制系统的分布式控制成为事实.2022-8-8HIMA CHINA56Redundant,safety-relatedEthernet communication(up to AK6)Realisation of variousEthernet segmentsUsing standardEthernet componentsEthernet 通信网络通信网络Segment 1Segment 22022-8-8HIMA CHINA57 控制室控制室Safety-Ethernet 结构结构冗余控制网络100 Mbps实时安全控制域实时安全控制域实时控制域实时控制域Real Time Safety Control Domain快速以太环快速以太环 冗余管理器实时安全控制域实时安全控制域2022-8-8HIMA CHINA58
