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可燃有毒氣體為何不能用總線制?

轉載。

01

某業(yè)主被檢查出一般隱患，具體內容如下：有毒可燃報警系統(tǒng)現場檢測器信號采用總線通訊方式進入控制器，不符合《國家安全監(jiān)管總局關于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導意見》安監(jiān)總管三【2014】116號(一)化工安全儀表系統(tǒng)(SIS)包括安全聯鎖系統(tǒng)、緊急停車系統(tǒng)和有毒有害、可燃氣體及火災檢測保護系統(tǒng)等。《石油化工安全儀表系統(tǒng)設計規(guī)范》GBT50770-2013第6.1.5項：測量儀表不應采用現場總線或其他通信方式作為安全儀表系統(tǒng)的輸入信號。專家建議改變有毒可燃報警系統(tǒng)現場檢測器信號進入控制器方式。

對于這個問題，我們分2部分內容進行分析：
（1）GDS是否需要采用SIS架構？不需要。因為116號中安全儀表系統(tǒng)是廣義的安全功能（職責、管理方面的），并非是我們所說的GBT50770的安全儀表系統(tǒng)，后者需要測量元件、邏輯控制器、最終執(zhí)行元件，組成一個安全功能回路并有SIL認證，而普通的GDS是不具備回路功能也無須SIL認證。如需要進SIS，SIS的可燃氣體探測器和GDS的應獨立設置，詳細參考GBT50493的附錄C和GBT50770的相關要求。

注：通常情況下，GDS在洋蔥模型中，屬于減緩層而非保護層，更很少作為獨立保護層。

（2）可燃氣體的總線通訊與GBT50770中的現場總線和其他通訊方式是否一樣？可燃氣體的總線通訊（一般是Modbus RTU協(xié)議 RS485接口）不是指儀表常說的基金會現場總線（FF），但屬于GBT50770中的其他通訊方式。如果可燃氣體檢測器需要進入安全儀表系統(tǒng)，則其信號是不應采用總線接線到系統(tǒng)中。


注：GBT50770中6.1.5所指輸入信號不應采用通訊信號，其包括采用Hart、FF、PROIFBUS-PA、MODBUS RTU、TCP/IP等通訊協(xié)議的通訊信號。對于計算機控制系統(tǒng)常用的通訊可參考GBT50892中4.6.1條文說明，通訊接口見4.6.5條文說明。

02

有業(yè)主詢問現場可燃有毒氣體檢測器的輸出信號可否采用總線形式通訊到GDS。結合GB/T50493-2019 5.2.1條探測器的輸出可選用4~20mA的DC信號、數字信號、觸點信號。筆者認為數字信號指的是通訊說明規(guī)范是允許使用通訊的。

分析：

部分儀表人看到“總線”就會想到”FF總線“，實際不是這樣。這涉及到民建的火災報警系統(tǒng)和化工項目GDS的分工、專業(yè)術語的應用，民建的火災報警系統(tǒng)按照GB50116中的消防設備（也可能包含可燃氣體探測器）多采用總線接線制，而化工項目的可燃氣體探測器則采用分線接線制。前者屬于電信專業(yè)，后者屬于自控專業(yè)。

至于可燃氣體檢測器是否采用總線接線制，GB50116規(guī)范中也有明確的說法。

可燃氣體探測報警系統(tǒng)作為一個獨立的由可燃氣體報警控制器和可燃氣體探測器組成的子系統(tǒng)，不能將可燃氣體探測器接入火災探測報警系統(tǒng)總線中，主要有以下4方面的原因：

（1）目前應用的可燃氣體探測器功耗很大，一般在幾十毫安，接入總線后對總線穩(wěn)定工作十分不利。

（2）現在使用可燃氣體探測器的使用壽命一般只有3、4年，到壽命后對同一總線配接的火災探測器的正常工作也會產生不利影響。

（3）現在使用可燃氣體探測器每年都需要標定，標定期間對同一總線配接的火災探測器的正常工作也會產生影響。

（4）可燃氣體報警信號與火災報警信號的時間、含義均不相同，需要采取的處理方式也不同。

因此，不管是火災報警系統(tǒng)還是GDS，氣體探測器可以總線接線制，但不建議。

注：（1）此處所說的總線，具體指總線接線制，不是基金會現場總線（FF），其多采用的4芯屏蔽線，2根電源線，2根信號線，總線接線制對應我們常說的通訊（MODBUS RS485）。

（2）分線接線制，3芯線，2根電源線，1根信號線，電源負極和信號線公用，用以傳輸模擬量信號（也可以是數字量信號），也是儀表常說的硬接線。

（3）線型（光束）可燃氣體探測器很多情況下也是采用通訊的。

內容僅代表作者觀點，用于交流學習~


03

有業(yè)主詢問：有一獨立罐區(qū)，公司領導想安裝無線氣體報警儀，采用無線傳輸方式引入GDS，不知道規(guī)范是否允許？

分析：

這里是講信號采用的傳輸方式，就問題而言，可以采用無線傳輸方式，但不建議這種做法。從以下角度考慮：

（1）從規(guī)范來說，是可以采用無線儀表，如SHT3005中4.6；無線網絡也是可以使用的，如SHT3092、HGT20573、GBT50823等，但無線網絡存在的問題比較多。

  • 安全性問題

與有線網絡相比，無線網絡無法通過物理方式阻隔和加強管理的方式切斷來自外部的破壞和惡意代碼入侵的途徑。規(guī)范和嚴格的管理是防范病毒的有效措施，嚴格限制存儲介質和網絡訪問非常重要，這也是限制無線網絡使用的原因之一。

  • 可靠性問題

現場的儀表安裝環(huán)境非常復雜，無線信號的傳輸容易受到射頻干擾、信號衰減、信號屏蔽等方面的影響，使信號中斷或出錯，因而降低無線信號傳輸的可靠性。

  • 實時性問題

無線網絡中數據包傳遞的特殊方式使得信號的確定性和實時性都難以得到保證。

  • 分散性問題

多個信號必須共用同一傳播途徑和接入設備，這在很大程度上增加了共因失效的概率。

  • 兼容性問題

目前工業(yè)無線標準有Wireless HART、ISA100和WIA-PA三個協(xié)議，分別自成體系，互不兼容。

從上述內容來看，建議盡量不選用無線，但有些場景中可以考慮，如很分散的油氣田井、不重要的場合的氣體探測器/氣體報警器、廠區(qū)偏遠的水井/水池的液位等。問題中的罐區(qū)中GDS屬于一個減緩層的保護措施，且監(jiān)管對GDS要求很高，故在實際應用中，除非得到充分的驗證和認可，否則不建議采用無線。

（2）從安全儀表的角度，總線（FF）、無線、通訊等不可以參與安全聯鎖。如：

  • GBT50770中8.5.4 輸入、輸出卡件不應采用現場總線數字信號。6.1.5 測量儀表不應采用現場總線或其他通信方式作為安全儀表系統(tǒng)的輸入信號。

安全儀表系統(tǒng)的輸入信號不應采用通訊信號，包括采用Hart、FF、PROFIBUS-PA、MODBUS RTU、TCP/IP等通訊協(xié)議的通信信號。

  • GBT50892中5.1.4安全儀表系統(tǒng)和火氣系統(tǒng)應通過硬線與現場儀表和設備連接。5.4.3 當火氣系統(tǒng)與安全儀表系統(tǒng)完全獨立時，兩者之間的信號應通過硬線連接。

  • GB/T 50823-2013 油氣田及管道工程計算機控制系統(tǒng)設計規(guī)范

5.1.4 安全儀表系統(tǒng)和火氣系統(tǒng)應通過硬線與現場儀表和設備連接。

  • GB 50253-2014 輸油管道工程設計規(guī)范

7.3.2中第7 安全儀表系統(tǒng)的控制信號應采用硬線連接；

  • SY/T 6966-2013 輸油氣管道工程安全儀表系統(tǒng)設計規(guī)范

3.1.6中第2 邏輯控制單元與檢測元件、執(zhí)行元件間均應采用硬線方式直接連接。


注：（1）SHT3092中6.2.2.2采用無線網絡的控制系統(tǒng)及儀表設備不得接入DCS網絡。
（2）無線信號是對應有線信號，按傳輸介質分類；

（3）數字信號是對應模擬信號、數-模和模-數轉換信號，按照幅值是否連續(xù)分類；


從上述內容來看，不管是現場安全還是網絡安全，化工項目中都盡量不選用無線。

（3）關于這個問題，有供應商廠家也咨詢了50493標準編制組的意見：

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