力控在过程控制系统安全设计中的应用

　　1 引言

　　工业过程控制领域中的事故容易造成人员伤亡和财产损失，甚至是大规模的环境问题，因此，降低风险、提高工业过程的安全十分必要。计算机控制时代的到来，为过程控制系统的开发带来了革命性的变革：软件以其良好的可修改性和灵活性突破了机械连接限制，代替物理硬件成为控制系统中各系统组件间、系统与环境间交互作用的控制和协调器。这给大型控制系统的设计提供了良好的机遇，但同时也带来挑战：随着控制权由人转移到计算机，过程控制中的安全问题没有被消除，而是由设备运行阶段转移到了过程工程设计阶段。

　　长期以来在系统设计特别是软件设计中对安全(Safety)的研究远远不及信息安全(Security)，后者研究的出发点是保密技术，关注对数据的恶意攻击，而安全处理的是能导致严重后果的故障。这是由于过去安全问题并不十分突出，事故主要体现在人的不安全行为和物的不安全状态上，一般通过传统的安全技术(即工业安全技术和可靠性技术)就能满足系统的安全需要。这种格局随着计算机的广泛应用和系统结构的日趋复杂化被打破了，系统当前面临的安全问题让传统的安全技术渐感力不从心，系统安全问题被提到了大型系统设计首要考虑的位置。我们需要更加全面和更加完善的方法。本文通过对密相干塔烟气脱硫系统的设计，阐述了力控在系统安全设计中的应用，给出了一种利用控制策略实现过程控制安全性设计的方法。

　　2 脱硫系统简介：

　　烟气脱硫是控制环境污染的一项重要措施，烧结过程的二氧化硫(SO2) 排放量约占钢铁企业排放总量的40%～60% ，控制烧结机生产过程SO2 的排放是钢铁企业控制SO2 污染的重点。目前，我国在烧结烟气SO2脱除方面基本上还处于空白状态，本研究以北京科技大学针对河北省某钢厂密相干塔烧结烟气脱硫系统的设计研究为背景，面向过程控制系统安全性的问题，对安全策略的实现方法进行了新的尝试。系统硬件采用了工业控制计算机作为上位机，工业自动化软件使用力控软件，下位机为德国西门子公司生产的S7-300系列可编程控制器(PLC)的控制系统，其中PLC主机为CPU315-2dp，配合DI、AI、DO、AO模块完成数据的采集、运算和现场设备的控制，系统通过Profibus协议进行站间的通讯，主站通过Mpi协议与两台工控机通讯。系统硬件配置如图1.1所示：　　

图1.1 系统硬件配置图

　　脱硫系统安全性有着重要意义，系统一旦发生故障导致停机，含硫烟气会直接排入大气造成环境污染，事故严重者还会发生设备损坏、造成人员伤亡。同时，脱硫系统设备多，控制算法复杂，在系统的设计过程中对软件设计的要求很高。