安全儀表系統(tǒng)

　　安全儀表系統(tǒng)

　　安全儀表系統(tǒng)，Safety instrumentation System，簡(jiǎn)稱SIS；又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（Safety interlocking System）。主要為工廠控制系統(tǒng)中報(bào)警和聯(lián)鎖部分，對(duì)控制系統(tǒng)中檢測(cè)的結(jié)果實(shí)施報(bào)警動(dòng)作或調(diào)節(jié)或停機(jī)控制，是工廠企業(yè)自動(dòng)控制中的重要組成部分。

　　特點(diǎn)

　?。?）以IEC61508作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，符合國(guó)際安全協(xié)會(huì)規(guī)定的儀表的安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。（2）具有覆蓋面廣、安全性高、有自診斷功能，能夠檢測(cè)并預(yù)防潛在的危險(xiǎn)。（3）容錯(cuò)性的多重冗余系統(tǒng)，SIS一般采用多重冗余結(jié)構(gòu)以提高系統(tǒng)的硬件故障裕度，單一故障不會(huì)導(dǎo)致SIS安全功能喪失。（4）應(yīng)用程序容易修改，可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)軟件進(jìn)行修改。（5）自診斷覆蓋率大，工人維修時(shí)需要檢查的點(diǎn)數(shù)比較少。（6）響應(yīng)速度快，從輸入變化到輸出變化的響應(yīng)時(shí)間一般在10—50ms左右，一些小型SIS的響應(yīng)時(shí)間更短。（7）可實(shí)現(xiàn)從傳感器到執(zhí)行元件所組成的整個(gè)回路的安全性設(shè)計(jì)，具有I/O短路、斷線等監(jiān)測(cè)功能。

　　基本組成

　　安全儀表系統(tǒng)包括傳感器、邏輯運(yùn)算器和最終執(zhí)行元件，即檢測(cè)單元、控制單元和執(zhí)行單元。SIS系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的或者潛伏的危險(xiǎn)，發(fā)出告警信息或直接執(zhí)行預(yù)定程序，立即進(jìn)入操作，防止事故的發(fā)生、降低事故帶來(lái)的危害及其影響。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　SIS的主流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有TMR（三重化）、2004D（四重化）2種。

　?。?）TMR結(jié)構(gòu)：它將三路隔離、并行的控制系統(tǒng)（每路稱為一個(gè)分電路）和廣泛的診斷集成在一個(gè)系統(tǒng)中，用三取二表決提供高度完善、無(wú)差錯(cuò)，不會(huì)中斷的控制，如圖2 所示。TRICON、ICS均是采用TMR結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。

　?。?）2004D結(jié)構(gòu)：2004D系統(tǒng)是有2套獨(dú)立并行運(yùn)行的系統(tǒng)組成，通訊模塊負(fù)責(zé)其同步運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)自診斷發(fā)現(xiàn)一個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)，CPU將強(qiáng)制其失效，確保其輸出的正確性。同時(shí)，安全輸出模塊中SMOD功能（輔助去磁方法），確保在兩套系統(tǒng)同時(shí)故障或電源故障時(shí)，系統(tǒng)輸出一個(gè)故障安全信號(hào)。一個(gè)輸出電路實(shí)際上是通過(guò)四個(gè)輸出電路及自診斷功能實(shí)現(xiàn)的，如圖3所示。這樣確保了系統(tǒng)的高可靠性，高安全性及高可用性。HONEYWELL、HIMA的SIS均采用了2004D結(jié)構(gòu)。[1]

　　安全儀表系統(tǒng)的功能和要求

　　安全儀表系統(tǒng)的基本功能和要求

　　1. 保證生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、事故安全聯(lián)鎖（控制系統(tǒng)CPU掃描時(shí)間一定要達(dá)到ms毫秒等級(jí)）

　　2. 安全聯(lián)鎖報(bào)警（對(duì)于一般的工藝操作參數(shù)都會(huì)有設(shè)定的報(bào)警值和聯(lián)鎖值）

　　3. 聯(lián)鎖動(dòng)作和投運(yùn)顯示

　　安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的附加功能

　　1. 安全聯(lián)鎖的預(yù)報(bào)警功能

　　2.安全聯(lián)鎖延時(shí)

　　3.第一事故原因區(qū)別

　　4.安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的投入和切換

　　5.分級(jí)安全聯(lián)鎖

　　6.手動(dòng)緊急停車

　　7.安全聯(lián)鎖復(fù)位

　　安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

        1.信號(hào)報(bào)警、聯(lián)鎖點(diǎn)的設(shè)置，動(dòng)作設(shè)定值及調(diào)整范圍必須符合生產(chǎn)工藝的要求。

　　2.在滿足安全生產(chǎn)的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量選擇線路簡(jiǎn)單、元器件數(shù)量少的方案。

　　3.信號(hào)報(bào)警、安全聯(lián)鎖設(shè)備應(yīng)當(dāng)安裝在震動(dòng)小、灰塵少、無(wú)腐蝕氣體、無(wú)電磁干擾的場(chǎng)所。

　　4.信號(hào)報(bào)警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)可采用有觸點(diǎn)的繼電器線路，也可采用無(wú)觸點(diǎn)式晶體管電路、DCS、PLC來(lái)構(gòu)造信號(hào)報(bào)警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

　　5.信號(hào)報(bào)警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中安裝在現(xiàn)場(chǎng)的檢出裝置和執(zhí)行器應(yīng)當(dāng)符合所在場(chǎng)所的防爆、防火要求。

　　6.信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)供點(diǎn)要求與一般儀表供電等級(jí)相同。

　　安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

       傳感器的設(shè)計(jì)原則

　　F 獨(dú)立原則

　　F 冗余準(zhǔn)則

　　Ø最終執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)原則

　　F 閥門(mén)獨(dú)立原則

　　F 閥門(mén)冗余準(zhǔn)則

　　F 電磁閥配合準(zhǔn)則

　　F 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器配合準(zhǔn)則

　　邏輯單元的設(shè)計(jì)原則 F 邏輯單元獨(dú)立原則

　　F 邏輯單元冗余準(zhǔn)則

　　Ø通信接口的設(shè)計(jì)原則

　　安全儀表系統(tǒng)的分級(jí)

　　IEC-61508將過(guò)程安全所需要的安全度等級(jí)劃分為4級(jí)（SIL1- SIL4，)。

　　ISA-S84.01根據(jù)系統(tǒng)不響應(yīng)安全聯(lián)鎖要求的概率將安全度等級(jí)劃分為3級(jí)（SIL1-SIL3）。

　　鑒于我國(guó)目前的實(shí)際情況，一般通過(guò)對(duì)所有事件發(fā)生的可能性與后果的嚴(yán)重程度及其他安全措施的有效性進(jìn)行定性的評(píng)估，從而確定適當(dāng)?shù)陌踩鹊燃?jí)：

　　1級(jí)用于事故很少發(fā)生。如發(fā)生事故，對(duì)裝置和產(chǎn)品有輕微的影響，不會(huì)立即造成環(huán)境污染和人員傷亡，經(jīng)濟(jì)損失不大；

　　2級(jí)用于事故偶爾發(fā)生。如發(fā)生事故，對(duì)裝置和產(chǎn)品有較大影響，并有可能造成環(huán)境污染和人員傷亡，經(jīng)濟(jì)損失較大；

　　3.級(jí)用于事故經(jīng)常發(fā)生。如發(fā)生事故，對(duì)裝置和產(chǎn)品將造成嚴(yán)重的影響，并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和人員傷亡，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。