1概述
SIS安全仪表系统也称紧急停车系统（ESD）、安全联锁系统（SIS）或仪表保护系统（IPS）。安全仪表系统是指能实现一个或多个安全功能的系统，用于监视生产装置或独立单元的操作，如果生产过程超出安全操作范围，可以使其进入安全状态，确保装置或独立单元具有一定的安全度。安全系统不同于批量控制、顺序控制及过程控制的工艺联锁，当过程变量（温度、压力、流量、液位等）超限，机械设备故障，系统本身故障或能源中断时，安全仪表系统自动（必要时可手动）地完成预先设定的动作，使操作人员、工艺装置处于安全状态,同时也充分运用了信息技术的记忆、计算、通信和控制规律多样性的优点，便于操作和统一管理。随着天然气处理装置规模越来越大型化，连续化，加之化工过程具有易燃、易爆、高温、高压、有毒、有害、有腐蚀等特点，生产过程中稍有失误将会酿成灾难性事故，造成生产、设备、人员等多方面不可挽回的重大损失，所以SIS/DCS系统共同使用也就得到了越来越广泛的应用。故此应需要有一个与此相适应的电源系统来支撑SIS/DCS系统可靠运行，要提高SIS/DCS控制系统供电系统的可靠性，选用较好的UPS（不间断电源）和冗余电源切换装置是至关重要的。对DCS系统选用的UPS电源一定要是在线式，即在供给UPS的电源出现故障时，UPS能利用本身的蓄电池保证系统有一定的供电时间（最少为60min），SIS/DCS供电间断时间一般不得大于20ms，这就要求冗余电源切换装置在供电电源故障时，能在ms级的时间内切换，确保SIS/DCS系统供电的连续、可靠，还必须根据各厂的实际情况和不同控制系统的具体要求设计供电方案.
因此，如何合理而有效的进行控制系统电源冗余设计保证自控系统设备安全可靠性是值得我们研究的课题。我厂天然气处理SIS/DCS两套自控系统均采用单UPS，且SIS/DCS系统的主控器、通讯模块、I/O模块、交换机、24V稳压电源、工程师站及操作员站全部由单UPS输出做为电源，因此，一旦UPS出现故障，无法在线更换故障UPS，另外UPS出现电气故障（UPS无任何输出），会使整个装置出现非计划停产，甚至造成停泵憋压安全事故，因此对SIS/DCS系统电源部分的改造是有必要的。
2UPS工作原理及组成
UPS即不间断电源(UninterruptiblePowerSupply)，是一种含有储能装置的不间断电源。主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备，提供不间断的电源。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
2.1不间断UPS结构组成
不间断电源（UPS）常见有：后备式UPS、在线式UPS、互换式UPS、变换UPS四种架构。我厂SIS/DCS系统原设计为单UPS供电，且UPS均为后备式，是由UPS主机、电池、市电、后台监控或网络监控软/硬件等单元共同组成的。
2.2后备式UPS工作原理
电路结构如图1－1所示，输入滤波器实质上就是EMI滤波器，一方面滤除、隔离市电以UPS系统的干扰，另一方面也避免UPS内部的高频开关信号“污染”市电。
后备式式UPS不论是由市电还是由蓄电池供电，其输出功率总是由逆变器提供。市电中断或送电时，无任何转换时间。平时，市电经整流器变成直流，然后由逆变器将直流转换成纯净的正弦电压供给负载。另一路，市电经滤波后对蓄电池进行充电。正常供电时的工作原理见图1。
图1正常供电时后备式UPS工作原理示意图
一旦市电中断时，转为蓄电池供电，经逆变器把直流转变为正弦交流供给负载。市电中断时的工作原理见图2。
图2市电中断时在线式UPS工作原理示意图
3改造前DCS控制系统供电存在的问题
（1）由于该DCS系统供电采用单UPS供电，当UPS出现软故障，虽然各接受供电的部分没有断电，但无法在线更换UPS。
（2）当UPS出现硬故障，则造成所有工程师站监控画面无法显示，所有现场仪表停止供电，所有调节阀恢复到初始状态。从而造成整个装置停车，甚至会造成安全事故。
（3）虽然该系统UPS后面的有两个主控器，实行冗余控制，但电源并没有冗余，所以，该系统为不冗余系统。
4DCS控制系统供电改造
根据以上存在的问题，提出解决方案：
（1）天然气处理站低压配电室供电电源由401段和402段两路进线电源接入，401段和402段两路电源分裂运行，通过母联断路器可以互切。401段市电经UPS后供后面供电设备，将402段市电直接供后面供电设备。
（2）1#直流24V稳压电源由UPS供电，2#直流24V稳压电源由市电供电。由于原两台24V稳压电源为非冗余，因此，两台电源不能直接并接同时给现场仪表供电，所以要进行电源处理，如图3所示直流电源供电图。
图3改造后直流24V供电示意图
（3）工程师站、操作员站、总交换机、服务器市电电源通过STS静态无扰动转换开关实现冗余电源配置。
图4为天然气处理装置DCS系统供电改造后状况
图4天然气处理装置DCS系统供电改造后系统供电示意图
图5为天然气处理装置SIS系统供电改造后状况。
图5天然气处理装置SIS系统供电改造后系统供电示意图
经过上述改造后，实现了机笼电源冗余、服务器电源冗余、通讯冗余、I/O冗余卡及现场仪表供电冗余，真正实现整个SIS/DCS系统的冗余。
5DCS控制系统供电改造需注意的几点问题
DCS冗余供电方案的优点是只要很小的投资，就可起到甚至连两台UPS1+1冗余供电方案都无法比拟的效果。特别适合于老装置改造。但在实施时必须注意下列几点：
（1）对DCS控制站电源、常规仪表总24V电源装置要认真核算，必须保证单组电源能满足整个负荷要求；
（2）两路市电相序必须相同；
（3）对特殊仪表电源故障信号与联锁/控制信号运算逻辑，要根据装置的具体情况进行组态；
（4）实施后要进行严格的测试，合理设置相关时间参数。确保动作可靠。
6结束语
该冗余供电方式已在我厂天然气处理装置自控系统两套SIS/DCS系统供电实施。经过半年多的运行，效果良好。由于改造时对UPS电源故障、市电故障的影响进行了严格的测试，确保任何一路供电中断都不对仪表控制构成影响，任何一路供电中断，装置都处于安全状态。大大提高了仪表系统供电的可靠性及安全性。
参考文献：
[1]SH/T3082-2019石油化工仪表供电设计规范.
[2]陈世剑，郑民，高进，罗仁江.自控仪表系统在含硫天然气净化装置应用综述.《仪器仪表用户》.2014（3）：19-22.
[3]李映霞，张国栋，陆艳萍.DCS在天然气处理装置中的应用.《石油化工自动化》.2009（4）：77-78.
作者简介：
张传荣，男，1976年12月出生，高级技师，从事电气自控系统技术管理工作。
