如果我們有機(jī)會重返青春現(xiàn)場，一定發(fā)現(xiàn)，那個青春，與我們相攜終身，不斷懷念，驚鴻照影的青春有異，我們對它的懷念，是一種刻骨的高估?！?韓松落
儀表圈祝所有圈友們節(jié)日快樂！
五一勞動節(jié) ——安全出行 快樂過節(jié)
本文主要講解了安全儀表系統(tǒng)SIS的基本知識，從四個方面，教會圈友們認(rèn)識什么是安全儀表系統(tǒng)，它有哪些特點，同時，在工作中SIS的重要性，為儀表人在SIS系統(tǒng)方面提供借鑒和參考。
SIS是Safety Instrumented System的簡稱,中文的意思是安全儀表系統(tǒng), 它是根據(jù)美國儀表學(xué)會(ISA)對安全控制系統(tǒng)的定義而得名的。安全儀表系統(tǒng)(SIS)包括安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、緊急停車系統(tǒng)和有毒有害、可燃?xì)怏w及火災(zāi)檢測保護(hù)系統(tǒng)等。 簡要的說，安全儀表系統(tǒng)(SIS)是指能實現(xiàn)一個或多個安全功能的系統(tǒng)。每個安全功能都能把事故發(fā)生的概率和風(fēng)險降低到一個可以接受的水平。
SIS能夠檢測潛在的危險故障，具有高安全性，覆蓋范圍寬的自診斷功能。
SIS需符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的儀表安全標(biāo)準(zhǔn)，從系統(tǒng)開發(fā)階段開始，要接受第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)的審查，取得認(rèn)證資格，系統(tǒng)方可投入實際運行。
SIS自診斷覆蓋率大，維修時檢查的點數(shù)非常少。診斷覆蓋率是指可在線診斷出的故障系統(tǒng)全部故障的百分?jǐn)?shù)。
SIS由采取冗余邏輯表決方式的輸入單元、邏輯結(jié)構(gòu)單元、輸出單元三部分組成系統(tǒng)，邏輯表決的應(yīng)用程序修改容易，特別是可編程型SIS，根據(jù)工程實際，修改軟件即可。
SIS由局域網(wǎng)、DCSI/F（人機(jī)接口）及開放式網(wǎng)絡(luò)等組成多種系統(tǒng)。
SIS設(shè)計特別重視從傳感器到最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成的回路整體的安全性保證，具有I/O斷線、短路等的監(jiān)測功能。
安全儀表系統(tǒng)（SIS）在生產(chǎn)裝置的開車、停車階段，運行以及維護(hù)操作期間，對人員健康、裝置設(shè)備及環(huán)境提供安全保護(hù)。無論是生產(chǎn)裝置本身出現(xiàn)的故障危險，還是人為因素導(dǎo)致的危險以及一些不可抗拒因素引發(fā)的危險，SIS系統(tǒng)都應(yīng)立即作出正確反應(yīng)并給出相應(yīng)的邏輯信號，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車，阻止危險的發(fā)生和事故的擴(kuò)散，使危害減少到最小。SIS系統(tǒng)應(yīng)具備高的可靠性（Reliability) 、可用性（Availability）和可維護(hù)性（Maintainability）。當(dāng)SIS系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時仍能提供安全保護(hù)功能。
（1）安全度及安全度等級
安全聯(lián)鎖系統(tǒng)在一定條件和一定時間周期內(nèi)執(zhí)行指定安全功能的概率稱為安全度。安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全等級稱為安全度等級，用PED（Probability of Failure on Demand）即危險概率來定義。
（2）SIL及SIL分級
SIL是Safety Integrity Level的簡稱，中文意思是綜合安全級別也稱為安全度等級。是美國儀表學(xué)會（ISA）在S84.01標(biāo)準(zhǔn)中對過程工業(yè)中安全儀表系統(tǒng)所作的分類等級，分為1、2、3三級：
SIL1級每年故障危險的平均概率為0.10～0.01之間；
SIL2級每年故障危險的平均概率為0.01～0.001之間；
SIL3級每年故障危險的平均概率為0.001～0.0001之間。
SIL等級的確認(rèn)：
1級：裝置可能很少發(fā)生事故。如發(fā)生事故，不會立即造成環(huán)境污染和人員傷亡，經(jīng)濟(jì)損失不大。用于本級別的安全儀表系統(tǒng)，需取得SIL1級和TüV2-3級認(rèn)證，對裝置和產(chǎn)品起一般的保護(hù)。
2級：裝置可能偶爾發(fā)生事故。如發(fā)生事故，對裝置和產(chǎn)品有較大的影響，并有可能造成環(huán)境污染和人員傷亡，經(jīng)濟(jì)損失較大。用于本級別的安全儀表系統(tǒng)，需取得SIL2級和TüV4級認(rèn)證，對裝置和產(chǎn)品提供保護(hù)。
3級：裝置可能經(jīng)常發(fā)生事故。如發(fā)生事故，對裝置和產(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。用于本級別的安全儀表系統(tǒng)，需取得SIL3級和TüV5-6級認(rèn)證，對裝置和產(chǎn)品提供保護(hù)。
（3）IEC61508標(biāo)準(zhǔn)
IEC61508標(biāo)準(zhǔn)是國際電工委員會（IEC）對與安全相關(guān)的安全控制系統(tǒng)制定的性能安全標(biāo)準(zhǔn)，與ISA的SIL相比，除了覆蓋ISA中的SIL1～3等級以外，增加了第四級標(biāo)準(zhǔn)，IEC SIL4級標(biāo)準(zhǔn)每年故障危險的平均概率為0.0001～0.00001之間。
工藝過程的風(fēng)險是以惡性事故概率及其造成的后果來衡量的。目標(biāo)安全水平是以可接受的惡性事故概率及其造成的后果來確定的。目標(biāo)安全水平與惡性事故概率之間的差值就是安全功能的SIL等級，即SIS系統(tǒng)中采用SIL等級的安全功能來使惡性事故概率低于目標(biāo)安全水平。
SIL等級現(xiàn)有三種技術(shù)來確定：定性風(fēng)險評估技術(shù)，半定量風(fēng)險評估技術(shù)及定量風(fēng)險評估技術(shù)。
安全功能故障率
DIN V，19250/ IEC61508標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險分析圖中，IEC61508標(biāo)準(zhǔn)安全度等級SIL與DIN V，19250最小抑制風(fēng)險級別AK（TüV標(biāo)準(zhǔn)）的對應(yīng)關(guān)系如下表所示：
SIS系統(tǒng)的組成分為傳感器部分、邏輯運算部分和最終執(zhí)行器單元三部分。
其結(jié)構(gòu)簡圖如下：
傳感器單元采用多臺儀表或系統(tǒng)，將控制功能與安全聯(lián)鎖功能隔離，即傳感器分開獨立配置的原則，做到安全儀表系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)的實體分離。
最終執(zhí)行元件（切斷閥、電磁閥）是安全儀表系統(tǒng)中危險性最高的設(shè)備。
邏輯運算單元由輸入模塊、控制模塊、診斷回路、輸出模塊4部分組成。
SIS與DCS在石油、石化生產(chǎn)過程中分別起著不同的作用，如下圖所示：生產(chǎn)裝置從安全角度來講，可分為3個層次：第一層為生產(chǎn)過程層，第二層為過控制層，第三層為安全儀表系統(tǒng)停車保護(hù)層。
SIS與DCS的區(qū)別見下表：
故障
針對控制系統(tǒng)的安全而言，故障分為安全故障和嚴(yán)禁故障。安全故障是指此故障不會引起生產(chǎn)裝置災(zāi)難性事故，而嚴(yán)禁故障是指故障一旦發(fā)生，會引起裝置災(zāi)難性后果。
可用性（利用率）（Availability）
可用性是指系統(tǒng)可以使用時間的概率，用字母A表示。其表達(dá)式為：
A=平均工作時間（MTTF）/(平均工作時間（MTTF）+平均修復(fù)時間（MTTR）
下表以ESS為例，說明系統(tǒng)的可用性（利用率）情況：
在第1種情況下，ESS與裝置兩者都處于可用狀態(tài)。
在第2種情況下，ESS與裝置兩者都處于不可用狀態(tài)。
在第3種情況下，ESS處于不可使用狀態(tài)，而裝置繼續(xù)運行，但處于危險的可使用狀態(tài)。
分析上表可知：追求高的可用性，其安全風(fēng)險大，追求高的安全性，則可用性就要降低。
可靠性（Reliability）
可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的時間間隔內(nèi)發(fā)生故障的概率，用字母R表示。具體來講，可靠性指的是安全聯(lián)鎖系統(tǒng)在故障危險模式下，對隨機(jī)硬件或軟件故障的安全度。
可靠性計算是根據(jù)故障（失效）模式來確定的。
故障模式有顯性故障模式（失效-安全型模式）和隱性故障模式（失效-危險型模式）兩種。顯性故障模式表現(xiàn)為系統(tǒng)誤動作，可靠性取決于系統(tǒng)硬件所包含的元器件總數(shù)，一般由MTBF表示。隱性故障模式表現(xiàn)為系統(tǒng)拒動作，可靠性取決于系統(tǒng)的拒動作率（PFD），一般表示為：R=1-PFD
牢固性（Integrity）
可靠性與牢固性在意義上極為相似，很難加以區(qū)分。
IEC和SP4對安全性（Safety Integrity）的定義：在規(guī)定時間和條件下，PES完成安全功能的可靠性。
IEC（WG10）：硬件牢固性（Hardware Integrity）：是系統(tǒng)安全性的組成部分，它指在危險方式下硬件的隨機(jī)故障。
英國的PES：安全性（Safety Integrity）：安全系統(tǒng)在規(guī)定的條件下或者需要它去執(zhí)行的要求下，按人們的要求完成功能時所表現(xiàn)的特性。
從可靠性、牢固性定義中可以看出，牢固性這個術(shù)語用在安全保護(hù)系統(tǒng)中，而可靠性的適用范圍則相對廣泛。
冗余及冗余系統(tǒng)
冗余（Redundant）指為實現(xiàn)同一功能，使用多個相同功能的模塊或部件并聯(lián)。冗余也可定義為指定的獨立的N：1重元件，且可自動地檢測故障，并切換到備用設(shè)備上。
冗余系統(tǒng)（Redundant System）指并行使用多個系統(tǒng)部件，并具有故障檢測和校正功能的系統(tǒng)稱為冗余系統(tǒng)。
安全儀表系統(tǒng)的冗余包括兩部分：邏輯單元本身的冗余；傳感器和執(zhí)行器的冗余。針對不同的場合，冗余的次數(shù)及實現(xiàn)冗余的軟邏輯不同。
冗錯、冗錯技術(shù)及冗錯系統(tǒng)
（1）冗錯（Fault Tolerant）是指功能模塊在出現(xiàn)故障或錯誤時，可以繼續(xù)執(zhí)行特定功能的能力。進(jìn)一步講冗錯是指對失效的控制系統(tǒng)元件（包括軟件和硬件）進(jìn)行識別和補(bǔ)償，并能夠在繼續(xù)完成指定的任務(wù)、不中斷過程控制的情況下進(jìn)行修復(fù)的能力。冗錯是通過冗余和故障屏蔽（旁路）的結(jié)合來實現(xiàn)的。
（2）冗錯技術(shù)是發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤，同時使系統(tǒng)繼續(xù)正確運行的技術(shù)，包括錯誤檢測和校正用的各種編碼技術(shù)、冗余技術(shù)、系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)、指令復(fù)軌、程序復(fù)算、備件切換、系統(tǒng)重新復(fù)合、檢查程序、論斷程序等。
（3）冗錯系統(tǒng)是對系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件進(jìn)行冗余備份，并且通過一定的檢測手段，能夠在系統(tǒng)內(nèi)的軟件和硬件故障時，切換到冗余部件工作，以保證整個系統(tǒng)能夠不因這些故障而導(dǎo)致處理中斷。在故障修復(fù)后，又能夠恢復(fù)到冗余備份狀態(tài)。具備此種能力的系統(tǒng)即為冗錯系統(tǒng)。
冗錯系統(tǒng)又分為硬件冗錯系統(tǒng)和軟件冗錯系統(tǒng)，硬件冗錯系統(tǒng)在SIS系統(tǒng)中更有優(yōu)勢。
故障安全
故障安全是安全儀表系統(tǒng)在故障時按一個已知的方式進(jìn)入安全狀態(tài)。
故障安全是指ESD系統(tǒng)發(fā)生故障時，不會影響到被控過程的安全運行。ESD系統(tǒng)在正常工況時處于勵磁（得電）狀態(tài)，故障工況時應(yīng)處于非勵磁（失電）狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生故障時，ESD系統(tǒng)通過保護(hù)開關(guān)將其故障部分?jǐn)嚯?，稱為故障旁路或故障自保險，因而在ESD自身故障時，仍是安全的。
故障性能遞減
故障性能遞減指的是在SIS系統(tǒng)CPU發(fā)生故障時，安全等級降低的一種控制方式。故障性能遞減可以根據(jù)使用的要求通過程序來設(shè)定。在CPU發(fā)生故障時，安全等級大降，但仍能保持一段時間的正常運行，此時必須在允許故障修復(fù)時間修復(fù)，否則系統(tǒng)將出現(xiàn)停車。
儀表圈 | 技術(shù)交流群
現(xiàn)向所有圈友開放！
(進(jìn)群請與圈秘書甜甜：DHE-china聯(lián)系，獲得入群資格。)
儀表圈，儀表人自己的圈子！
經(jīng)驗+知識+見解+工具
儀表圈微信號：yibiaoquan
圈秘書微信號：DHE-china(甜甜)
儀表圈公開課精彩課程：
儀表圈公開課六《十大經(jīng)典液位儀表工作原理及優(yōu)缺點分析》課程回顧
儀表圈微信公開課5《自動化工程設(shè)計基礎(chǔ)》課程回顧
儀表圈公開課4《淺談?wù){(diào)節(jié)閥與球閥的選型與應(yīng)用》課程回顧！
儀表圈公開課2《互聯(lián)網(wǎng)思維下儀表人的春天》課程回顧！
聯(lián)系客服
