0引言

西气东输工程中大部分压气站场的压缩机组均配备有火气系统来保障站场和机组的安全稳定运行,目前红柳压气三站所用的火气系统控制器均为德国HIMA公司生产的HIMatrix^[1]系列CPU，包括F60/F35/F30/F20等型号。作为紧凑型PLC，该系列产品满足SIL3等级要求。是需要联网、响应时间要求特别高的过程工业控制等进行设计的安全性较高的控制系统。红柳压气三站的(FIRE FIGHTING)火气系统，应用的控制器为HIMA F35系列。因红柳三站的火气系统频繁故障报警，一是影响机组的高质量稳定运行，二是会降低监控人员对真实危机火情判断的敏锐度，影响危机火情的处置。本文就提升红柳压气三站机组火气系统的稳定性进行探讨。

1压缩机组火气系统

红柳压气三站所应用的火气系统主要是指用于探测现场火灾隐患、控制火灾蔓延并对关键设备进行灭火的一整套装置，含现场探测器、控制系统和消防系统。该套系统所使用的控制器为HIMA公司HIMatrix系列自动化控制产品（冗余配置），该产品应用领域广泛。现场探测器主要使用美国迪创公司生产的火焰（3个）和可燃气体探头（9个）。灭火装置使用的的是南京消防的二氧化碳消防系统（双气瓶组）。

2西三线HIMA控制系统及供电回路

德国HIMA公司创建于1908年，是世界著名安全控制系统专业制造商。1970年HIMA公司生产出世界上第一套TüV认证的故障安全型控制系统HIMA-Planar-System^[2]。八十年代末九十年代初，其它安全控制系统厂家陆续出现，所采用的技术一般为1oo2D或2oo3表决（TMR）技术，并将该技术沿用至今。1997年HIMA推出世界首例经TüV认证的四重化（QMR）CPU结构的A型系统产品，即2oo4D。1998年HIMA推出第三代经TüV认证PES系统H41q和H51q,采用四重化QMR）CPU结构,即2oo4D（HIMAX、HIMatrix、HIQuad）。

HIMA系统的优势^[3]：

1）整体响应时间≤20ms。输入响应时间，循环扫描周期，输出响应时间总和不超过20ms。

2）安全认证等级为SIL3级。如果工厂一年发生一次事故征兆，那么一千年才会遇到一次由于控制器失效导致的事故。

西三线HIMA系统所使用的CPU及远程I/O模块其供电回路可概括成以下流程：UPS提供220V交流电源，经过一组220V转24V电源模块转换为PLC使用的直流电源，再经过一组两个冗余二极管模块将24V电源送至一组24V转24V的UPS模块，该模块各带有一块能提供30分钟工作时长的电源模块，UPS后加装一组冗余二极管模块作为隔离，最后将电源送至控制器。

3HIMA系统软件及西三线红柳站逻辑介绍

SILworX为西三线机组火气系统使用的编程软件，执行对控制器的全部的控制。使用一体化的SILworX软件，可以编程和配置HIQuad X、HIMatrix和HIMax控制器，以及远程I/O系统。错误诊断也可以通过同一的直观用户界面显示。SILworX软件可在所有标准Windows电脑上运行，并与所有主要的防病毒程序兼容。

SILworX支持功能块(FBD)和顺序功能图(SFC)安全系统进行编程。也可以使用结构化文本(ST)来编程计算或者C语言代码功能块选项。

同时SILworX具有网络安全功能，在软件启动后，会自动执行循环冗余校验(CRC)以检测安装数据中的错误并识别篡改操纵。

西三线HIMA系统中只包含机组火气系统的判断逻辑，其中较为重要的有：1、箱体火焰探测器（45UV-1/2/3）的三选二逻辑；2、箱体前舱温升探头（45FT-1/2/3/4/5/6）的高高报2oo4跳机逻辑；3、箱体后舱温升探头（45FT-5/6）2oo2高报跳机逻辑；4、现场ESD按钮触发判断逻辑；5、箱体报警指示灯、箱体警铃报警逻辑；6、CO2手动释放按钮判断；7、CO2气瓶快速释放瓶头阀和CO2气瓶慢速释放瓶头阀触发的相关逻辑。

4影响火气系统稳定性的因素及优化方案

红柳三站火气系统在运行多年后暴露出一系列问题，较为影响机组稳定的是HIMA系统l86FG消防系统故障报警。

1、通过检查HIMA诊断信息发现，控制器CPU及通讯模块诊断日志中均有多次通讯丢失及重连事件。

通过比对l86FG故障出现日期，检查消防系统各IO无故障，回路接线牢固，探头传感器均工作正常，交换机均进行更新过。故障问题的根源在于CPU A/B之间通讯链路故障。

分析原CPU A/B之间通讯链路方式为：HIMA CPU-A/B之间通过NTRON交换机互连实现数据通讯，HIMA至上位机之间的报警数据通讯通过PDH网络实现传输，以至于PDH网络中所有的EGD/MODBUS/OPC数据均会经过HIMA的NTRON交换机转发，增加了交换机及CPU网络端口的负担。其次通过对网络拓扑图检查发现，在NTRON交换机至上层交换机（ESW1A和ESW1B）的链路中，因存在级联线，导致存在环网。环网形成后，因数据通信量大，极易导致HIMA系统故障报警。

针对这一问题，解决方案一是通过配置端口将组态中safeethernet中的CPU网络端口2#加入通讯链路，HIMA A/B控制器之间不经过交换机而是直接通过2#网络端口连接，二是NTRON交换机之间互连网线断开，消除环网结构。

通过更换HIMA CPU A/B之间的通讯链路，以直连方式彻底排除交换机硬件及CPU端口故障的可能性，同时可以减轻交换机及CPU网络端口的数据负载，避免出现通信拥堵带来的中断。

5总结

红柳压气三站火气系统经过稳定性提升后，报警频率大幅度下降，可靠性强，进一步保障了机组的平稳运行。总体而言，西三线红柳站火气系统数据采用树形拓扑连接，末端设立上级交换机汇总，容易造成单个交换机因数据量过大造成的通信堵塞，交换机假死等。建议采用Profibus总线的形式去建立机组控制系统MarkIVe与HIMA系统之间的通讯以减少层级的数量，或者单一通信之间直接相联不经过上级交换机的转发等形式解决网络通信的问题，如能解决上述问题，火气系统的稳定性将进一步提升。

参考文献：

[1]曹永乐,刘海静.HIMA系列ESD系统在西气东输中卫压气站的应用分析[J].化工管理,2017,36(12):72-73.

[2]郭铁石.HIMA SIS系统在硫酸再生装置中的应用[J].化工自动化及仪表,2019,46(05):402-405.

[3]朱江.HIMA SIS系统在间蒸制浆生产线中的应用[J].轻工标准与质量,2019(01):90-91.