SIS安全仪表系统解析Word文档格式.docx

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图1 

SIS的构成 

SIS安全仪表系统

（1）SIF安全仪表功能可以是安全仪表保护功能，也可以是安全仪表控制功能，或包含这两者。

（2）需要说明的是，这里所说的安全仪表控制功能，是指以连续模式（ContinuousMode）操作并具有特定的SIL,用于防止危险状态发生或者减轻其发生的后果，与常规的PID控制功能是完全不同的概念。

（3）SIS可以包括或不包括软件

（4）SIS的一部分也可能是人的动作

如图2所示，这是一个气液分离容器A液位控制的安全仪表功能回路图。

对这个安全仪表功能完整的描述是：

当容器液位开关达到安全联锁值时，逻辑运算器（图3）使电磁阀2断电，则切断进调节阀膜头信号，使调节阀切断容器A进料，这个动作要在3秒内完成，安全等级必须达到SIL2。

这是一个安全仪表功能的完整描述，而所谓的安全仪表系统，则是类似一个或多个这样的安全仪表功能的集合。

图2 

安全仪表回路图

图2说明：

L液面超高-L1接点闭合-Z带电。

Z1常闭接点打开，S线圈断电。

S电磁阀切断，往调节阀膜头的控制信号调节阀切断工艺进料，完成联锁保护作用。

K起：

按钮开关：

起动联锁保护回路兼有复位作用。

K停：

起人工强制起动联锁保护作用。

K旁：

旁路联锁保护作用，用于开车或检修联锁信号仪表。

图3 

SIS逻辑图

大多石油和化工生产过程具有高温、高压、易燃、易爆、有毒等危险。

当某些工艺参数超出安全极限，未及时处理或处理不当时，便有可能造成人员伤亡、设备损坏、周边环境污染等恶性事故。

这就是说，从安全的角度出发，石油和化工生产过程自身存在着固有的风险。

总之，SIS是一种经专门机构认证，具有一定安全完整性水平，用于降低生产过程风险的仪表安全保护系统。

它不仅能响应生产过程因超过安全极限而带来的风险，而且能检测和处理自身的故障，从而按预定条件或程序使生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。

按照SIS的定义，下述系统均属于安全仪表系统：

安全联锁系统（SafetyInterlockSystem—SIS）；

安全关联系统（SafetyRelatedSystem—SRS）；

仪表保护系统（InstrumentProtectiveSystem—IPS）；

透平压缩机集成控制系统（IntegratedTurbo&

CompressorControlSystem—ITCC）；

火灾及气体检测系统（Fireandgassystems—F&

G）；

紧急停车系统（EmergencyShutdownDevice—ESD）；

燃烧管理系统（BurnerManagementSystem）；

列车自动防护系统（ATP）

2、SIS的相关标准及认证机构

鉴于SIS涉及到人员、设备、环境的安全，因此各国均制定了相关的标准、规范，使得SIS的设计、制造、使用均有章可循。

并有权威的认证机构对产品能达到的安全等级进行确认。

这些标准、规范及认证机构主要有：

（1）我国石化集团制定的行业标准SHB-Z06-1999《石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则》。

（2）2006年、2007年等同采用IEC61508、IEC61511的中国国家标准GB/T20438、GB/T21109相继发布，中国的功能安全标准开始规范我国的功能安全工作。

（3）国际电工委员会1997年制定的IEC61508/61511标准，对用机电设备（继电器）、固态电子设备、可编程电子设备（PLC）构成的安全联锁系统的硬件、软件及应用作出了明确规定。

（4）美国仪表学会制定的ISA-S84.01-1996《安全仪表系统在过程工业中的应用》。

（5）美国化学工程学会制定的AICHE（ccps）-1993，《化学过程的安全自动化导则》。

（6）英国健康与安全执行委员会制定的HSEPES-1987，《可编程电子系统在安全领域的应用》。

（7）德国国家标准中有安全系统制造厂商标准-DINVVDE0801、过程操作用户标准-DINV19250和DINV19251、燃烧管理系统标准-DINVDE0116等。

（8）德国技术监督协会（Tü

V）是一个独立的、权威的认证机构，它按照德国国家标准（DIN），将ESD所达到的安全等级分为AK1～AK8，AK8安全级别最高。

其中AK4、AK5、AK6为适用于石油和化学工业取得Tü

V认证的SIS产品。

在国内石化行业中应用的SIS产品中，经过Tü

V认证的主要有：

（1）Tricon、Triden，美国Triconex公司开发用于压缩机综合控制（ITCC）和紧急停车系统。

安全等级为AK6（SIL3）。

（2）FSC（Failsafecontrol），由荷兰P&

F（Pepper&

Fuchs）公司开发，1994年被Honeywell公司收购。

安全等级AK6（SIL3）

（3）和利时集团HiaGuard（SIS），我国首套获Tü

VSIL3认证的安全仪表系统。

（4）HIMAPES，HIMA是德国一家专业生产安全控制设备的公司，PES（ProgrammableElectronicSystem）是可编程电子系统的简称，是近几年来国内引进较多的一种安全仪表系统。

主要由H41q和H51q系统组成。

H41q也叫小系统，它分为不冗余的系统和冗余的系统，不冗余系统型号为H41q—M，冗余系统又分为高可靠系统H41q—H和高性能系统H41q—HR。

H51q称为模块化的系统，它也分为不冗余的系统和冗余的系统，不冗余的系统型号为H51q—H和高性能系统H51q—HR。

各种型号的PES都具有Tü

VAK1~6级认证。

（仪控工程网在线学习频道，有关于HIMA公司及产品的介绍）

（5）Prosafe—RS，是横河电机安全仪表系统，其特点是与CENTUMCS.3000R3的技术融合，即实现了与DSC的无缝集成。

非冗余取量即可实现SIL3，通过冗余取量实现更高的可用性。

（6）QUADLOG，由MOORE公司开发，日本横河电机公司收购后称prosafeplc，其1oo2D结构安全等级达AK6（SIL3）；

（7）SIMATICS7—400F/FH，德国SIEMENS公司产品。

400F和400FH分别为1个CPU和2个CPU运行fail-safe（F）用户程序，均取得TUV认证，安全等级为AK1~AK6（SIL1~SIL3）；

（8）RegentTrusted，美国ICS利用宇航技术开发的安全系统。

安全等级AK4~AK6（SIL2~SIL3）；

（9）GMR90-70，美国GEFanuc公司开发。

其中GMR90-70（模块式冗余容错）的安全等级为class5（2oo3），class4（1oo2）和class5（2oo2）；

（10）TRIGUARDSC300E，AUGUST公司开发，1999年成为ABB集团成员之一，安全等级为class5和class6，系统结构为2oo3；

（11）DeltaVSIS是艾默生推出的Tü

V认证的新型整体回路概念的智能安全仪表系统，安全等级SIL3。

（12）Safeguard400&

300，ABBIndustry公司开发，系统结构1oo2D。

（篇幅有限不再一一列举）

3、SIS和DCS的比较

DCS与由PES构成的SIS的主要区别有：

（1）系统的组成：

DCS一般是由人机界面操作站、通信总线及现场控制站组成；

而SIS系统是由传感器、逻辑解算器和最终元件三部分组成。

及DCS不含检测执行部分。

（2）实现功能：

DCS用于过程连续测量、常规控制（连续、顺序、间歇等）操作控制管理使生产过程在正常情况下运行至最佳工况；

而SIS是超越极限安全即将工艺、设备转至安全状态。

（3）工作状态：

DCS是主动的、动态的，它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程动态控制确保产品质量和产量。

而SIS系统是被动的、休眠的。

（4）安全级别：

DCS安全级别低，不需要安全认证；

而SIS系统级别高，需要安全认证。

（5）应对失效方式：

DCS系统大部分失效都是显而易见的，其失效会在生产的动态过程中自行显现，很少存在隐性失效；

SIS失效就没那么明显了，因此确定这种休眠系统是否还能正常工作的唯一方法，就是对该系统进行周期性的诊断或测试。

因此安全仪表系统需要人为的进行周期性的离线或在线检验测试，而有些安全系统则带有内部自诊断。

4、SIS设计应遵循的原则

（1）原则上应独立设置（含检测和执行单元）；

（2）中间环节最少；

（3）应为故障安全型；

（4）采用冗余容错结构。

5、故障安全原则

组成SIS的各环节自身出现故障的概率不可能为零，且供电、供气中断亦可能发生。

当内部或外部原因使SIS失效时，被保护的对象（装置）应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态（Faultto 

Safety），这就是故障安全原则。

具体体现：

（1）现场开关仪表选用常闭接点，工艺正常时，触点闭合，达到安全极限时触点断开，触发联锁动作，必要时采用“二选一”、“二选二”或“三选二”配置。

（2）电磁阀采用正常励磁，联锁未动作时，电磁阀线圈带电，联锁动作时断电。

（3）送往电气配电室用以开/停电机的接点用中间继电器隔离，其励磁电路应为故障安全型。

（4）作为控制装置（如PLC）“故障安全”意味着当其自身出现故障而不是工艺或设备超过极限工作范围时，至少应该联锁动作，以便按预定的顺序安全停车（这对工艺和设备而言是安全的）；

进而应通过硬件和软件的冗余和容错技术，在过程安全时间（PST-ProcessSafetyTime）内检测到故障，自动执行纠错程序，排除故障。

6、隐故障与显故障

隐故障（CovertFault）：

不对危险产生报警，允许危险发展的故障，是故障危险故障（SHB-Z06-1999）。

CovertFault：

Faultthatcanbeclassifiedashidden，concealed，undetected，unrevealed，latent，ect.（ISA-S84.01-1996）

显故障（OvertFaul