安全控制系统（SCS）系列：Siemens SIMATIC Safety (用于石油和天然气行业)_10.案例研究：石油和天然气应用中的SIMATIC_Safety系统.docx

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10.案例研究：石油和天然气应用中的SIMATIC_Safety系统

10.1案例背景

在石油和天然气行业中，安全控制系统（SCS）的应用至关重要。这些系统旨在确保生产过程的安全，防止设备故障、操作失误或外部因素引起的事故发生。本节将通过一个具体的案例研究，探讨如何在石油和天然气行业中使用SiemensSIMATICSafety系统来实现安全控制。案例背景设定如下：

项目名称：海上钻井平台安全控制系统升级

项目地点：北海某海上钻井平台

项目目标：提升现有安全控制系统的可靠性和响应速度，确保平台操作的安全性和连续性。

主要挑战：

高度复杂的操作环境，包括极端天气和海况。

多种安全设备的集成，包括紧急关断系统（ESD）、火灾和气体检测系统（FGD）等。

需要满足国际安全标准，如IEC61511和API670。

10.2系统架构设计

10.2.1系统概述

SiemensSIMATICSafety系统的设计必须考虑多个方面，包括系统的冗余性、模块化和灵活性。系统架构设计的目的是确保在各种操作条件下都能可靠地执行安全功能。以下是系统架构设计的详细内容：

10.2.1.1硬件架构

冗余性：采用双重冗余的硬件架构，确保在单个组件故障时，系统仍能正常运行。

模块化：系统采用模块化设计，便于扩展和维护。

通信：系统通过PROFIsafe协议与现场设备进行安全通信，确保数据的可靠性和完整性。

10.2.1.2软件架构

编程语言：使用IEC61131-3标准编程语言，如StructuredText(ST)和FunctionBlockDiagram(FBD)。

安全功能块：利用SIMATICSafety的功能块，实现安全逻辑的快速配置。

诊断和报警：系统具备完善的诊断和报警功能，及时发现和处理潜在的安全隐患。

10.2.2系统组件

10.2.2.1中央安全控制器(PLC)

型号：SIMATICS7-1500SafetyPLC

功能：处理安全逻辑，监控现场设备状态，执行紧急关断等安全操作。

配置：采用双重冗余配置，确保高可靠性。

10.2.2.2现场安全设备

紧急关断系统(ESD)

类型：SIMATICET200SPSafety

功能：在检测到危险状况时，立即关闭关键设备，防止事故进一步扩大。

火灾和气体检测系统(FGD)

类型：SiemensFGS2000

功能：实时检测火灾和气体泄漏，触发相应的安全响应。

安全仪表系统(SIS)

类型：SIMATICSafetyIntegrated

功能：集成各种安全仪表，实现综合安全监控。

10.2.3通信网络

网络协议：PROFIsafe

网络结构：采用环形网络结构，增强通信的可靠性和容错能力。

网络设备：使用西门子的CP1543-1Safety通信模块。

10.3安全功能实现

10.3.1紧急关断系统(ESD)功能实现

10.3.1.1安全逻辑编程

使用StructuredText(ST)编程语言实现紧急关断系统的安全逻辑。以下是一个简单的示例代码，展示了如何在检测到危险信号时关闭关键设备：

//定义输入和输出变量

VAR

DangerSignal:BOOL;//危险信号输入

ESDOutput:BOOL;//紧急关断输出

SafetyTimer:TON;//安全定时器

ResetButton:BOOL;//重置按钮输入

END_VAR

//安全逻辑

IFDangerSignalTHEN

SafetyTimer(IN:=TRUE,PT:=T#5S);//启动5秒定时器

IFSafetyTimer.QTHEN

ESDOutput:=TRUE;//关闭关键设备

END_IF;

ELSE

SafetyTimer(IN:=FALSE);//停止定时器

ESDOutput:=FALSE;//重置紧急关断输出

END_IF;

IFResetButtonTHEN

ESDOutput:=FALSE;//重置紧急关断输出

SafetyTimer(IN:=FALSE);//重置定时器

END_IF;

10.3.1.2现场设备集成

将紧急关断系统的输出信号连接到现场的关键设备，如阀门、泵和电机。以下是现场设备的集成示例：

//定义现场设备信号

VAR

Valve1:BOOL;//阀门1

Pump2:BOOL;//泵2