可燃氣體控制器

可燃氣體控制器，是一種用於控制燃氣的裝置。

基本介紹

• 中文名：可燃氣體控制器
• 用途：防止易燃有毒氣體使用不當
• 組成：報警控制器和探測器組成
• 優點：節省維護費用

安全現狀

在我國工業化程度不斷提升的今天，每年由於對易燃易爆，有毒有害氣體使用不當或者安全防護不到位造成爆炸事故的新聞報導層出不窮，這些事故都造成了不同程度的人員傷亡和財產損失，嚴重影響了當事企業的生產經營活動和發展。

從這些事故的原因來看主要因為生產生活過程中不正確使用易燃易爆、有毒有害氣體造成的，同時由於缺乏必要安全防護措施，致使人員傷亡和財產損失加大。因此在存在易燃易爆、有毒有害氣體爆炸隱患的場所必須安裝氣體檢測報警系統，最大限度的減少人員傷亡和財產損失，甚至避免事故的發生就顯得尤為重要。

氣體報警控制器發展

通常氣體檢測報警系統由報警控制器和探測器組成，控制器可放置於值班室內，主要對各監測點進行監測控制，探測器安裝於氣體最易泄露的地點，其核心部件為內置的氣體感測器，感測器檢測空氣中氣體的濃度。探測器將感測器檢測到的氣體濃度轉換成電信號，通過線纜傳輸到氣體控制器，氣體濃度越高，電信號越強，當氣體濃度達到或超過報警控制器設定的報警點時，報警器發出報警信號，以提醒採取安全措施，並驅動排風、切斷、噴淋系統，防止發生爆炸、火災、中毒事故，從而保障安全生產活動。

目前市場上常見的氣體控制器有點對點式光柱式模擬報警控制器，點對點式數顯式報警控制器，RS-485/HART匯流排制氣體報警控制器，以及最新基於CAN匯流排的氣體報警系統。傳統的點對點式氣體報警控制器在大容量系統套用時，總體投資費用很高，後期系統升級困難，維護工作量大，邏輯輸出功能欠缺，相比較，匯流排制氣體控制器具備非常明顯的優勢，尤其是CAN匯流排，在數據實時性和網路可靠性上具備突出的優勢，目前，很多世界知名的安全設備製造商都在向這方面發展，陸續推出相關產品，例如MSA（梅思安）的SupremaTouch火氣控制系統（CAN匯流排），Honeywell(霍尼韋爾)的System 57氣體控制系統（RS485串列匯流排），以及Drager(德爾格)的Regard氣體控制系統（HART匯流排）等等；

其中MSA的氣體控制器在CAN匯流排上已經具備20多年的實際套用經驗，最新發布的的這款SupremaTouch火氣控制系統使用了最新的CAN2.0版本匯流排技術，集成傳統的點對點式模擬量採集模組，以及觸控顯示技術，可以說是代表了當今氣體控制器發展的最高水平，那么使用CAN匯流排技術能給用戶具體帶來什麼好處呢？我們先來認識一下什麼是CAN。

圖一，傳統串列匯流排制氣體控制器

圖2，智慧型CAN匯流排氣體報警控制器

CAN匯流排簡述

CAN是控制器區域網路(ControllerArea Network, CAN)的簡稱，是由研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH博世公司開發，並最終成為國際標準（ISO11898），是國際上套用最廣泛的現場匯流排之一。 在北美和西歐，CAN匯流排協定已經成為汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制區域網路的標準匯流排，近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛套用於汽車計算機控制系統和環境溫溫濕度惡劣、電磁輻射強和振動強烈的工業環境。

如今，CAN 的高性能和高度可靠性已被廣泛認同，並優先套用於汽車工業、安全設備、醫療設備、軍工等對產品可靠性有高度要求的行業和領域，從上面的系統架構圖可以看到，SupremaTouch的產品使用了雙重CAN冗餘網路，同樣，硬體設備也使用了雙重冗餘架構，現場設備通過模擬量輸入模組接入系統網路，對外連線接口方面，具備模擬量輸出，通訊接口，以及繼電器輸出功能，整個系統的硬體結構和通訊網路，包括底層應用程式都獲得德國TUV萊茵實驗室的SIL3整體系統安全等級認證，遵循EN50270，EN50271，EN50054以及IEC61508標準，現場安全和系統可靠性得到可靠保證。

另外使用CAN匯流排設備還具備以下優勢：

節省硬體數量與投資

由於現場匯流排系統中分散在設備前端的智慧型設備能直接執行多種感測、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數量，不再需要單獨的控制器、計算單元等，也不再需要DCS系統的信號調理、轉換、隔離技術等功能單元及其複雜接線，還可以用工控PC機作為操作站，從而節省了一大筆硬體投資，由於控制設備的減少，還可減少控制室的占用面積。

節省維護費用

由於控制卡件設備具有自診斷與故障自恢復能力，並通過數字通訊將相關的診斷維護信息集中顯示，用戶可以輕鬆查詢所有設備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因並快速排除，大量縮短維護停工時間，同時由於系統結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量。

用戶具有高度的系統集成主動權

用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設備來集成系統，避免因選擇了某一品牌的產品被“框死”了設備的選擇範圍，不會為系統集成中不兼容的協定、接口而一籌莫展，使系統集成過程中的主動權完全掌握在用戶手中。

提高了系統的準確性與可靠性

由於系統內部結構使用了CAN匯流排結構，從根本上提高了測量與控制的實時性和準確度，避免了模擬量傳輸經常出現的過程誤差。同時，由於系統的結構簡化，設備與連線減少，提高了系統的工作可靠性。此外，由於它的設備標準化和功能模組化，因而還具有設計簡單，易於重構等優點。

氣體報警系統設計規範

FGS火氣報警控制系統是一個與DCS，SIS分開且需獨立設定的安全控制系統，需要遵守國內及國際相關的法律法規，例如GB16808《可燃氣體控制器》，GB12358-2006《作業場所環境氣體檢測報警儀通用技術要求》，GB 50493-2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規範》,以及IEC16508的相關規範和要求，遵循安全可靠、經濟合理、獨立設定的基本三原則進行配置和選型，尤其對於國內的在建石化項目，必須嚴格參考並遵守GB50493設計規範的相關規定和要求，在這個標準里，對於檢測點的確定，控制系統的技術要求，設備安裝等都有明確的規定，對於可燃氣體報警控制系統，還需要特別注意一點，涉及產品必須通過GB16808的標準認證，具備CCCF消防強制檢驗證書。

目前存在的問題

目前，我們可以看到有一些在建或待建項目存在一些不規範的系統設計方案，現場的氣體探測器隨意接入PLC系統或直接連線至DCS模擬量輸入卡件，可以看出在項目初期，這類設計方案可以給用戶節約一筆硬體投資費用，但其中存在的安全隱患以及後期的維護費用都不容忽視：首先，在硬體的功能及可靠性上，絕大部分都沒有取得SIL及GB16808的相關認證；在網路結構和軟體組態方面，需要單獨定製化開發，開發者的水平決定了整套系統的可靠性，更無從談起相關認證，存在很大的安全風險，在項目關閉後期，任何的變動，例如增加系統容量等操作，都需要額外的維護工作，並增加了系統的安全不確定性。

除了上面一些因素，也有一些用戶認為單獨的氣體控制系統沒有必要，DCS集控系統可以涵括這一功能，實際上，從工業現場控制系統的發展來看，正如當年SIS從DCS系統分離開來自成系統一樣，隨著石化裝置的不斷擴大，對火氣控制系統的要求也越來越高，這些氣體檢測信號，火災檢測信號等也單獨分離出來，與報警設備、連鎖裝置等組成單獨的FGS火氣控制系統，整個現場的自動化控制系統已經分為三個部分，DCS專注於設備正常運轉時的監控，SIS則專注於異常及極端情況的處理，FGS則負責生產工藝過程中的氣體火災早期預防和報警，協同DCS,SIS實現全廠安全的自動化控制系統。

項目設計注意事項

最後，再說明一些火氣系統設計中需注意的問題：

1. 火氣系統及相關的現場設備，應符合石化裝置的防爆要求，產品必須具備相關的在危險區域使用的安全證書，例如防爆證書；

2.系統的所有組成部分都應該易於維護和測試，在維護和測試狀態時，不影響工廠的常規運營，不中斷系統對全廠的安全監測；

3.火氣監測系統必須能長期線上運行，可靠穩定，產品必須符合GB16808和IEC61508的要求，取得消防型式認可證書和SIL系統整體安全等級證書。

4.在考慮系統整體安全時，不能忽略現場探測器的安全要求，現場探測器安全等級不能低於控制系統的安全等級要求。