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)中報警和聯(lián)鎖部分，對控制系統(tǒng)中檢測的結(jié)果實施報警動作或調(diào)節(jié)或停機控制，是工廠企業(yè)自動控制中的重要組成部分。

　　特點

　?。?）以IEC61508作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，符合國際安全協(xié)會規(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，能夠檢測并預(yù)防潛在的危險。（3）容錯性的多重冗余系統(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)實際需要對軟件進行修改。（5）自診斷覆蓋率大，工人維修時需要檢查的點數(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)時間一般在10—50ms左右，一些小型SIS的響應(yīng)時間更短。（7）可實現(xiàn)從傳感器到執(zhí)行元件所組成的整個回路的安全性設(shè)計，具有I/O短路、斷線等監(jiān)測功能。

　　基本組成

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

　　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)（每路稱為一個分電路）和廣泛的診斷集成在一個系統(tǒng)中，用三取二表決提供高度完善、無差錯，不會中斷的控制，如圖2 所示。TRICON、ICS均是采用TMR結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。

　　（2）2004D結(jié)構(gòu)：2004D系統(tǒng)是有2套獨立并行運行的系統(tǒng)組成，通訊模塊負責(zé)其同步運行，當(dāng)系統(tǒng)自診斷發(fā)現(xiàn)一個模塊發(fā)生故障時，CPU將強制其失效，確保其輸出的正確性。同時，安全輸出模塊中SMOD功能（輔助去磁方法），確保在兩套系統(tǒng)同時故障或電源故障時，系統(tǒng)輸出一個故障安全信號。一個輸出電路實際上是通過四個輸出電路及自診斷功能實現(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)的正常運轉(zhuǎn)、事故安全聯(lián)鎖（控制系統(tǒng)CPU掃描時間一定要達到ms毫秒等級）

　　2. 安全聯(lián)鎖報警（對于一般的工藝操作參數(shù)都會有設(shè)定的報警值和聯(lián)鎖值）

　　3. 聯(lián)鎖動作和投運顯示

　　安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的附加功能

　　1. 安全聯(lián)鎖的預(yù)報警功能

　　2.安全聯(lián)鎖延時

　　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.分級安全聯(lián)鎖

　　6.手動緊急停車

　　7.安全聯(lián)鎖復(fù)位

　　安全儀表系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

        1.信號報警、聯(lián)鎖點的設(shè)置，動作設(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)盡量選擇線路簡單、元器件數(shù)量少的方案。

　　3.信號報警、安全聯(lián)鎖設(shè)備應(yīng)當(dāng)安裝在震動小、灰塵少、無腐蝕氣體、無電磁干擾的場所。

　　4.信號報警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)可采用有觸點的繼電器線路，也可采用無觸點式晶體管電路、DCS、PLC來構(gòu)造信號報警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

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

　　6.信號報警系統(tǒng)供點要求與一般儀表供電等級相同。

　　安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計原則

       傳感器的設(shè)計原則

　　F 獨立原則

　　F 冗余準(zhǔn)則

　　Ø最終執(zhí)行元件的設(shè)計原則

　　F 閥門獨立原則

　　F 閥門冗余準(zhǔn)則

　　F 電磁閥配合準(zhǔn)則

　　F 電動機啟動器配合準(zhǔn)則

　　邏輯單元的設(shè)計原則 F 邏輯單元獨立原則

　　F 邏輯單元冗余準(zhǔn)則

　　Ø通信接口的設(shè)計原則

　　安全儀表系統(tǒng)的分級

　　IEC-61508將過程安全所需要的安全度等級劃分為4級（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劃分為3級（SIL1-SIL3）。

　　鑒于我國目前的實際情況，一般通過對所有事件發(fā)生的可能性與后果的嚴重程度及其他安全措施的有效性進行定性的評估，從而確定適當(dāng)?shù)陌踩鹊燃墸?/p>

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

　　2級用于事故偶爾發(fā)生。如發(fā)生事故，對裝置和產(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)濟損失較大；

　　3.級用于事故經(jīng)常發(fā)生。如發(fā)生事故，對裝置和產(chǎn)品將造成嚴重的影響，并造成嚴重的環(huán)境污染和人員傷亡，經(jīng)濟損失嚴重。