最初，所有的控制分布在每一個特定流程的附近。 這種控制多為手動， 構(gòu)成了氣動式自動化孤島。后來出現(xiàn)了名不副實 的“分布式控制系統(tǒng)”，他是一種集中在中控室的自動化，因為系統(tǒng)是由集中式控制器和相伴的I/O所組成。
后來智能儀表、閥門控制器、數(shù)字現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和其他新技術(shù)把控制轉(zhuǎn)移到了現(xiàn)場—靠近流程，經(jīng)常就在現(xiàn)場操作人員的身邊。這導(dǎo)致了流程自動化系統(tǒng)的當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)：即具有自動化和操作員界面的分布式控制，就放在需要的地方，遍布整個工廠。
流程安全系統(tǒng)遵循大致相同路徑：先是分布，這常常為新系統(tǒng)；然后通過三重化安全控制器和本地I/O構(gòu)成集中式系統(tǒng)；現(xiàn)在是由SIL等級的安全控制器和網(wǎng)絡(luò)連接安全的智能I/O、智能儀表構(gòu)成分布式安全系統(tǒng)。
分布式安全系統(tǒng)的概念相對比較新，現(xiàn)在還有爭議，很多用戶都不愿意討論安全系統(tǒng)。 但根據(jù)福斯特和蘇利文（Frost＆Sullivan）分析師在最近發(fā)表的“歐洲流程安全市場的戰(zhàn)略分析 ”研究報告中說：流程安全市場正在迅速增長，并預(yù)測歐洲的流程安全市場將從2010年的6.32億美元增長到2016年的4.59億美元，其中部分增長來自于分布式安全系統(tǒng)，因為他們比集中式安全系統(tǒng)更有優(yōu)勢。
即使流程工廠沒有直接購買和實施分布式安全系統(tǒng)，他們也會發(fā)現(xiàn)：在他們的設(shè)施中比比皆是，從OEM購買的流程剎車和包裝機器就具有類似的系統(tǒng)。 這些設(shè)備通常有自己的安全控制，有些還帶操作員界面。
在有些情況下，某些剎車和機器沒有自動化系統(tǒng)，而是由工廠現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)進行控制。但即便如此，一些 安全相關(guān)的控制和操作員界面常常保留，以確保在主自動化系統(tǒng)出故障時，能夠?qū)崿F(xiàn)本地操作和安全關(guān)機。
分布式安全系統(tǒng)的很多優(yōu)點類似于實現(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)。其中最主要的是能獨立運行，在主自動化系統(tǒng)發(fā)生故障時能安全停車。
在流程工廠，分布式安全系統(tǒng)的構(gòu)成也和分布式控制系統(tǒng)相似。工廠的有些區(qū)域比其他區(qū)域更危險，這些區(qū)域最好使用分布式安全系統(tǒng)。
在地下實施中實現(xiàn)安全功能
馬庫斯? 海德倫德是北歐化工公司（Borealis AB）的控制工程師，公司位于瑞典的斯泰農(nóng)松德?克拉克，在一個地下設(shè)施（見圖1）中，安裝了一套霍尼韋爾（Honeywell）的安全管理器（SM）系統(tǒng)。
圖1遠離中央控制室的子系統(tǒng)，如這個地下設(shè)施，就非常適合使用分布式安全系統(tǒng)。
“北歐化工在控制室安裝了SM，在地下設(shè)施附近，安裝了分布式遠程安全I/O，相距約1.5公里，” 海德倫德解釋說?！斑@種結(jié)構(gòu)的主要好處是所有的安全功能都可以在一個環(huán)境下實現(xiàn)編程。盡量減化系統(tǒng)是非常重要的，因為系統(tǒng)大部分的問題都出在系統(tǒng)間的接口?！?BR> 北歐化工項目使用了霍尼韋爾具有SIL 3等級的網(wǎng)絡(luò)SafeNet，通過冗余光纖，連接分布式智能安全I/O。分布式安全系統(tǒng)的另一個好處是具有本地操作員界面。
“有一種觀點：僅在地下設(shè)施附近的儀表室內(nèi)安裝操作員站。 這主要為儀表技術(shù)員和電工在故障排除時使用。主操作員站安裝在主控制室，只把鍵盤/視頻/鼠標信號傳送到遠程位置。這就簡化了維護，也出于安全的考慮。本地操作員的輸入接口包括了用于緊急停車和復(fù)位的按鈕，” 海德倫德補充說。
“在Experion DCS系統(tǒng)中集成了SM的全部功能，安全功能都非常明確地顯示給操作員。這在很大程度上幫助了操作員排除故障，因為安全信息現(xiàn)在已經(jīng)跳出了黑盒子” 海德倫德說。
埃里克? 德格魯特，霍尼韋爾安全系統(tǒng)的市場營銷經(jīng)理補充說：“一切功能都可以在相同的環(huán)境下編程完成。 這大大地簡化了工程，因為 實現(xiàn)控制與安全的CPU和I/O在兩個地方， 如報警與撤銷在中控室，而變送器信號和命令執(zhí)行則在遠程?！?BR> 分布式安全系統(tǒng)的另一個主要優(yōu)點是更容易在將來進行擴展?！斑h程I/O比電纜I/O的可擴展性更強。 電纜I/O通常只有25％的備用量，而遠程I/O通過簡單地添加遠程I/O模塊幾乎有無限的備用量，” 德格魯特說。
簡化分布式安全系統(tǒng)
在許多情況下，簡單的便是更好和更可靠的，尤其要實現(xiàn)一個關(guān)鍵性功能，如安全性?！按蠖鄶?shù) 集中式安全PLC或DCS覆蓋多個流程，甚至整個的設(shè)施，”安吉拉? 薩默斯說，她是SIS技術(shù)公司（SIS-Tech Solutions）的總裁。
“在這樣的系統(tǒng)中，集中式系統(tǒng)的性能會影響多個流程，而且他的運行和維護也會受到流程生產(chǎn)的約束。在許多情況下，分布式安全系統(tǒng)可以相對簡單，更容易實施和運維，更具有成本效益?！彼_默斯增加道。
位于田納西州孟菲斯的瓦萊羅（Valero）煉油廠，在餾分油加氫處理單元安裝了SIS技術(shù)公司的鉆石SIS（Diamond-SIS）分布式安全系統(tǒng)，監(jiān)視液位、流量、壓力等可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)危險的各種變量。
“鉆石SIS 安全系統(tǒng)會把每個危險輸入到系統(tǒng)中，所有的操作與其他自動化系統(tǒng)彼此獨立，”薩默斯解釋說?！坝脴藴释ㄐ艆f(xié)議把信息從每個安全系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂剖遥虼藦牟僮鲉T的角度來看，整個系統(tǒng)的功能集成到了一起，他們能夠接收到流程信息和診斷報警，并在操作員控制臺對系統(tǒng)采取行動。
每個獨立的鉆石SIS使用脫扣模塊，接收離散量和/或模擬量輸入信號，產(chǎn)生數(shù)字量接點輸出，使最終元件斷電，如電磁閥或電動機控制電路?！跋啾扔诩惺?的PLC或DCS，鉆石SIS具有較少的共因失效，”薩默斯說?！笆褂梅植际?SIS，每個功能的操作、檢查、維護、測試都是獨立的，每個SIS的性能只影響他要保護的設(shè)備。”
埃迪?布勞納是路易斯安那州查爾斯湖卡爾克蘇煉油廠的儀表與電氣主管，他認為簡單是一個優(yōu)點?？柨颂K煉油廠需要為穩(wěn)定劑單元更換過時且不符合標準的加熱器保護系統(tǒng)，需要同時滿足 SIS標準--ANSI/ISA84.00.01-2004和國家消防協(xié)會NFPA 86標準。
卡爾克蘇為穩(wěn)定劑單元加熱器安裝了一套SIS技術(shù)公司的系統(tǒng)，作為燃燒器管理系統(tǒng)（BMS）?！癝IS系統(tǒng)的主要優(yōu)點之一是安裝和啟動都非常節(jié)省時間，因為BMS面板的設(shè)計和布局通俗易懂。把舊系統(tǒng)改造成新系統(tǒng)的過程非常順利，因為系統(tǒng)基本上采用的是即插即用。操作員非常欣賞加熱器點火過程的易操作性和在BMS停機時的本地信息清晰顯示?！?BR> BMS面板與卡爾克蘇煉油控制系統(tǒng)的連接通過離散量和模擬量I/O的硬接線實現(xiàn)。
分布式安全脫扣模塊
摩爾工業(yè)（Moore Industries）公司提供一種使用安全級脫扣模塊的分布式安全解決方案。這些SIL級模塊通常用于開/關(guān)控制、有害工藝條件警告和緊急停車。
他們接受變送器（如 4-20mA或1-5V）、傳感器（包括熱電阻和熱電偶）、其他監(jiān)測和控制設(shè)備的輸入信號。
摩爾工業(yè)歐洲公司的總經(jīng)理羅布?斯托克姆說：“摩爾已經(jīng)安裝了數(shù)百個分布安全系統(tǒng)。最近的一項需求是：在英國的一家高分子材料廠，對老式的模擬超限報警脫扣裝置進行更換，”斯托克姆說。
“由于聚合物處理的放熱反應(yīng)要求具有快速的脫扣響應(yīng) ，脫扣響應(yīng)時間需要與現(xiàn)有的模擬安全脫扣系統(tǒng)相同?！?BR> 斯托克姆提出了一個有趣的問題，老的用硬接線連接的離散量和模擬量I/O系統(tǒng)有著極快的響應(yīng)時間，對比現(xiàn)代的集中式安全系統(tǒng)，I/O系統(tǒng)是通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)連接的。
解決現(xiàn)代集中式安全系統(tǒng)速度較慢的辦法是使用分布式安全系統(tǒng)，在這種情況下，使用本地脫扣模塊?！盎诠碳臄?shù)字設(shè)備響應(yīng)較慢，因為要處理固件和為了防止環(huán)境干擾輸入信號需要過濾，”斯托克姆說。
“數(shù)字系統(tǒng)的整體響應(yīng)是稍微慢一些，從輸入信號變化到輸出反應(yīng)，通常需要1秒鐘?！?BR> 摩爾工業(yè)的軟件工程師更改了公司現(xiàn)場可編程報警產(chǎn)品的固件，增加了“快速響應(yīng)”選項，從而滿足了客戶對系統(tǒng)響應(yīng)的性能要求。
分布式安全理念具有積極的意義
主要自動化供應(yīng)商走在分布式安全系統(tǒng)的最前沿?；裟犴f爾具有安全管理（SM）系統(tǒng)，而艾默生過程（Emerson Process）管理提供了DeltaV SIS （見圖2），大部分自動化供應(yīng)商也提供了各種版本的分布式安全系統(tǒng)。
圖2. 分布式安全系統(tǒng)允許在全廠安裝安全控制器、安全I/O和操作員界面面板。
DeltaV SIS的項目經(jīng)理金?康納說：“艾默生已安裝了超過170套的DeltaV SIS系統(tǒng)。許多新建的DeltaV SIS項目是用分布式實施的。作為例子，浮式采油、儲油和卸油（FPSO）船舶應(yīng)用是按照模塊構(gòu)建的。每個模塊，或FPSO的一部分，是分開建造的，甚至在世界的不同地方制造。分布式安全系統(tǒng)使得每個模塊中的設(shè)備能夠連接到分布式的DeltaV SIS邏輯解算器，在模塊建設(shè)時完成調(diào)試工作。”
接受一種新的安全理念并不容易，德?格魯特說，“分布式安全的最大挑戰(zhàn)涉及到安全策略，”他說?！耙簿褪钦f，關(guān)于安全分布式系統(tǒng)，何種方法是最安全和最可靠的？這是一個需要討論的平衡，因為他要考慮到：安全要求、可用性要求、技術(shù)和公司經(jīng)營理念?！?BR> 海上項目似乎引導(dǎo)了分布式安全系統(tǒng)的實施。艾默生做了幾個，霍尼韋爾也完成了一些?！皩τ谠谠侥系目蛻簦覀冊诤Ｉ掀脚_部署了遠程安全I/O?！钡?格魯特說?！霸撈脚_定位在海上，在第四季度開始生產(chǎn)。該系統(tǒng)具有28個冗余I/O模塊，分配給兩個安全管理器。”
系統(tǒng)集成商米克自動化（Mick Automation）的總裁，理查德?麥克米克喜歡分布式安全的想法，公司位于加拿大魁北克的里維斯?！拔艺J為這是未來的趨勢，主要原因是可以降低設(shè)備成本，而集中式安全系統(tǒng)是相當(dāng)昂貴的?！?BR> 他 認為隨著實施的數(shù)目增加，分布式安全系統(tǒng)會變得更為認可，更為業(yè)界的接受。事實上，麥克米克準備親自參與這樣系統(tǒng)的實施?！拔覀儸F(xiàn)在打算使用的是遠程I/O安全系統(tǒng)，用霍尼韋爾的安全管理器， 與愛默生 Delta V可配置的I / O配合。因此，分布式不單是在處理器級別，也意味著安全網(wǎng)絡(luò)?！?BR> 在許多方面，分布式安全系統(tǒng)仍處于早期階段，很像在20世紀90年代的分布式控制系統(tǒng)。但是，就像分布式控制系統(tǒng)，隨著越來越多的最終用戶實現(xiàn)他的優(yōu)勢，隨著供應(yīng)商推出更適用的產(chǎn)品，隨著監(jiān)管機構(gòu)采用和批準相關(guān)的安全標準，分布式安全系統(tǒng)有望有著更為廣泛的應(yīng)用。
（原創(chuàng)）
