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SIS聯(lián)鎖邏輯幾取幾是否有規(guī)定?
  
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在石油化工生產(chǎn)過程中,SIS(Safety Instrumented System)聯(lián)鎖邏輯是確保工藝過程安全的重要手段之一。SIS聯(lián)鎖邏輯中,常見一取一、二取二、二取一、三取二等不同的配置方案。最近工藝提出了一個新的說法:四取四。那么到底如何配置呢?本文一起嘮嘮,僅供參考,歡迎底部留言一起交流?。?span style="padding: 0px;outline-style: initial;outline-width: 0px;max-width: 100%;visibility: visible;box-sizing: border-box ;overflow-wrap: break-word ">注:本文件僅針對SIF聯(lián)鎖
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01

SIS聯(lián)鎖邏輯幾取幾的規(guī)定及其影響因素是什么?


在一般情況下,選擇方案是根據(jù)工藝過程的特點(diǎn)、安全要求、可用性要求及合規(guī)性要求來確定的。常見的測量儀表幾取幾方案包括:

  • 取一:只要輸入信號滿足觸發(fā)條件,就會觸發(fā)聯(lián)鎖。儀表有故障將可能觸發(fā)聯(lián)鎖。
  • 二取二:兩個輸入信號同時滿足觸發(fā)條件才會觸發(fā)聯(lián)鎖。只有一臺儀表有故障不會觸發(fā)聯(lián)鎖。因此二取二安全性相對低一些,可用性相對較高。
  • 二取一:兩個輸入信號中任一個信號滿足觸發(fā)條件,就會觸發(fā)聯(lián)鎖。只有一臺儀表有故障時,另一臺正常運(yùn)行的儀表尚可繼續(xù)執(zhí)行安全儀表功能(表決結(jié)構(gòu)有降級),所以一臺儀表的故障不會引起聯(lián)鎖的拒動,但是一臺儀表的故障可能引起聯(lián)鎖誤動作。因此二取一安全性相對較高,可用性相對較低。
  • 三取二:三個輸入信號中的任意兩個滿足觸發(fā)條件,才會觸發(fā)聯(lián)鎖。一臺儀表的故障即不會引起聯(lián)鎖誤動作,也不會引起聯(lián)鎖的拒動。只有一臺儀表有故障時,另兩臺正常運(yùn)行的儀表尚可繼續(xù)執(zhí)行安全儀表功能(表決結(jié)構(gòu)有降級)。因此,三取二同時具有較高的安全性和可用性,兼顧了安全性和可用性。
  • 除了以上常見的方案,還有一些特殊的方案,如:四取四、六取三等。四取四方案要求四個輸入信號同時滿足觸發(fā)條件才會觸發(fā)聯(lián)鎖。一臺儀表故障、兩臺儀表同時故障、三臺儀表同時故障,都不會引起聯(lián)鎖誤動作。因此,四取四具有很高的可用性,安全性則很低。實(shí)際工程中通常不會采用這種方案。
注1:儀表故障時,輸出信號可能達(dá)到了聯(lián)鎖觸發(fā)條件,也可能沒有達(dá)到聯(lián)鎖觸發(fā)條件,取決于故障類型以及儀表的組態(tài)設(shè)置等情況。

注:2:上述“故障”的定義--由于某個內(nèi)部狀態(tài),無能力按要求執(zhí)行。[來源:GB/T21109.1-2022,3.2.19]。

注3:對于一些智能型儀表具有故障自診斷功能,當(dāng)自診斷發(fā)現(xiàn)特定的故障時,可以通過設(shè)定輸出預(yù)定信號,可能會對上述聯(lián)鎖表決產(chǎn)生影響。檢測到故障時的系統(tǒng)行為可參考值GB/T 20438.2-2017的7.4.8的要求。

幾取幾方案需要考慮以下幾個因素:
  • 工藝過程的特點(diǎn):不同的工藝過程具有不同的特點(diǎn),例如復(fù)雜程度、風(fēng)險(xiǎn)等級等。選擇方案應(yīng)根據(jù)工藝過程的特點(diǎn)來確定,以確保系統(tǒng)的安全性。
  • 安全性:不同的工藝過程對安全性的要求不同,幾取幾方案應(yīng)根據(jù)安全要求來確定。對于對安全性要求高的工藝過程,可能需要高安全性的配置方案。
  • 可用性:選擇方案的確定還需要考慮實(shí)際的可用性。如果具備了高安全性,但是可用性很差,也是不具備工程實(shí)際價值的。工程中應(yīng)綜合考慮安全性和可用性。
  • 合規(guī)性:比如安全儀表聯(lián)鎖回路的SIL等級、儀表可靠性能、硬件故障裕度HFT、系統(tǒng)能力SC等合規(guī)性要求,本文拓展知識摘錄舉例說明了硬件故障裕度HFT的要求,其他合規(guī)性要求見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件的要求。
綜上所述,SIS聯(lián)鎖邏輯幾取幾的配置方案是根據(jù)工藝過程的特點(diǎn)、安全性要求、可用性、合規(guī)性要求來確定的。選擇合適的方案需要確保系統(tǒng)的安全性,同時一定程度的兼顧可用性。
02

SIS聯(lián)鎖邏輯幾取幾配置方案確定方法是什么?


  • 安全評估:進(jìn)行全面的安全評估,分析工藝過程的風(fēng)險(xiǎn)等級、可能的故障模式和影響,以及對安全性的要求。根據(jù)評估結(jié)果,確定適合的幾取幾方案。

  • 功能需求分析:明確SIS聯(lián)鎖邏輯的功能需求,包括輸入信號的類型和數(shù)量,觸發(fā)條件,輸出信號的類型和邏輯關(guān)系等。根據(jù)功能需求,選擇合適的幾取幾方案。

  • 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和指南:參考相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和指南,如GB/T21109系列(IEC 61511 series IDT)、GB/T20438系列(IEC 61508 series IDT)和ISA 84等,了解其中對幾取幾方案的規(guī)定和建議。這些標(biāo)準(zhǔn)和指南提供了一些通用的原則和方法,可作為選擇方案的參考。比如合規(guī)性要求,本文拓展知識摘錄舉例說明了硬件故障裕度HFT的要求,其他合規(guī)性要求見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件的要求。

  • 經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識:借鑒過往的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識,特別是針對類似工藝過程的案例。了解在類似情況下采用的幾取幾方案,以及其效果和可行性。

  • 可行性分析:對候選的幾取幾方案進(jìn)行可行性分析,考慮實(shí)施的技術(shù)可行性、成本效益、可靠性和維護(hù)難度等因素。根據(jù)分析結(jié)果,選擇最適合的方案。

需要強(qiáng)調(diào)的是,選擇方案是一個綜合考慮的過程,需要結(jié)合實(shí)際情況和需求進(jìn)行靈活的判斷。在確定選擇方案時,最好借助專業(yè)工程師的意見和經(jīng)驗(yàn),以確保選擇的方案能夠滿足安全性和可用性的要求。
03

SIS聯(lián)鎖邏輯在石油化工行業(yè)的應(yīng)用案例


以下舉例僅從主要的通用原則考慮,實(shí)際工程中考慮因素可能會更多。

案例1:
SIS測量儀表配置舉例,工藝要求一取一,SIL定級為SIL2,按照功能安全標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合選擇儀表的情況,為滿足SIL2,當(dāng)測量儀表需要HFT=1依據(jù)GB/T20438.2—2017中7.4.4.2(路線1H)。儀表為SC3的測量儀表。這樣,確定采用二取一配置。經(jīng)SIL驗(yàn)算,二取一配置滿足失效率的驗(yàn)證。綜合以上,采用二取一的配置。如果業(yè)主想提高可用性,可以將二取一修改為三取二配置。

案例2:

SIS測量儀表配置舉例,工藝要求三取二,SIL定級為SIL2,按照功能安全標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合選擇儀表的情況,為滿足SIL2,當(dāng)測量儀表需要HFT=1依據(jù)GB/T20438.2—2017中7.4.4.2(路線1H)。儀表為SC3的測量儀表。這樣,確定采用三取二配置。經(jīng)SIL驗(yàn)算,三取二配置滿足失效率的驗(yàn)證。綜合以上,采用三取二的配置。


拓展知識

HFT的確定原則
GB/T 21109.1-2022 《過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全第1部分:框架、定義、系統(tǒng)、硬件和應(yīng)用編程要求》

11.4.3 SIS或SIS子系統(tǒng)的HFT應(yīng)符合:

— 11.4.5~11.4.9;

— GB/T20438.2—2017中7.4.4.2(路線1H);

— GB/T20438.2—2017中7.4.4.3(路線2H)。
注:IEC61511中建立的路線源自GB/T20438.2—2017中的路線2H。
11.4.4 確定實(shí)現(xiàn)的HFT時,如果某些故障發(fā)生的可能性相較于安全完整性要求來說非常低,那么可以排除這些故障。這樣的故障排除都應(yīng)進(jìn)行論證和記錄。
注:關(guān)于故障排除的進(jìn)一步信息可參見ISO13849-1:2006和ISO13849-2:2012。
11.4.5 執(zhí)行某個具有特定SIL的SIF的SIS(或SIS子系統(tǒng)的最小HFT應(yīng)符合表6,以及11.4.6和11.4.7(如果適用。
注:表6中的HFT要求表示最小的系統(tǒng)或SIS子系統(tǒng)冗余度。取決于具體應(yīng)用、設(shè)備失效率和檢驗(yàn)測試間隔,根據(jù)11.9要求,可能需要額外的冗余來滿足SIF的SIL對應(yīng)的失效量。

11.4.6 對于未使用FVL或LVL可編程設(shè)備的SIS或SIS子系統(tǒng),若表6規(guī)定的最小HFT導(dǎo)致額外故障并導(dǎo)致整體過程安全降級,則HFT 可以減小。這種情況應(yīng)開展論證并形成文檔。論證時應(yīng)有證據(jù)證明計(jì)劃的架構(gòu)符合預(yù)期目的并且滿足安全完整性要求。
注:故障裕度是實(shí)現(xiàn)要求置信度(實(shí)現(xiàn)健壯的架構(gòu))的首選解決方案。當(dāng)應(yīng)用本條時,論證的目的是證明提議的替代架構(gòu)提供了等效的或更好的解決方案。這可能取決于應(yīng)用或使用的技術(shù);如備用設(shè)置(例如,解析冗余,用其他傳感器輸出量的物理計(jì)算結(jié)果代替某個失效的傳感器輸出量);使用同類技術(shù)的更可靠產(chǎn)品(如果有);改用更可靠的技術(shù);通過使用多樣性技術(shù)減小共因失效的影響;提高設(shè)計(jì)余量;限制環(huán)境條件(例如:針對電子組件);通過收集更多的現(xiàn)場反饋或?qū)<遗袛鄿p小可靠度的不確定性。
11.4.7 應(yīng)用11.4.6時,如果得出某個故障裕度等于0的結(jié)果,11.4.6中要求的論證應(yīng)提供證據(jù)證明相關(guān)的危險(xiǎn)失效模式可被排除(根據(jù)11.4.4要求,包括對系統(tǒng)性失效的可能性的考慮
11.4.8 FVL和LVL可編程設(shè)備的診斷覆蓋率不應(yīng)小于60%。
11.4.9 失效量計(jì)算中使用的可靠性數(shù)據(jù)應(yīng)由不小于70%的統(tǒng)計(jì)置信區(qū)間上限確定。
GB/T 20438.2-2017 電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全 第2部分:電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的要求
7.4.4.2 路線1H

注:這里只摘錄了7.4.4.2中的表2和表3,其他具體要求見GB/T 20438.2-2017,7.4.4 硬件安全完整性架構(gòu)約束。
7.4.4.3 路線2H
略。

(上下滑動)

關(guān)于SIS聯(lián)鎖邏輯幾取幾你怎么看?歡迎大家在下方留言,分享經(jīng)驗(yàn)并共同探討!

來源:公眾號 儀表圈

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