GE 安全仪表培训讲义

SIS的相关标准及认证机构
在国内石化行业中应用的SIS产品中，经过TUV认证的主要 有：

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）。 FSC（Fail safe control），由荷兰P&F（Pepper&Fuchs） 公司开发，1994年被Honeywell公司收购。安全等级可达 AK6（SIL3）
故障安全原则
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-Process Safety Time）内检测到故障，自动执行纠错程序，排 除故障。
SIS的相关标准及认证机构
③ 国际电工委员会1997年制定的IEC 61508/61511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》。
图2 安全仪表Z带电。 2. Z1常闭接点打开，S线圈断电。
3. 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。 4. K起：按钮开关：起动联锁保护回路兼有复位作用。 5. K停：起人工强制起动联锁保护作用。 6. K旁：旁路联锁保护作用，用于开车或检修联锁信号 仪表。
3 SIS和DCS的比较
SIS和DCS的比较
DCS与由PES构成的SIS的主要区别有：
DCS 构 成 不含检测、执行 SIS 含检测、执行单元 超限安全停车 静态、间断 高、需认证
作用（功能） 使生产过程在正常工况乃至最佳工 况下运行 工 作 动态、连续 低、不需认证
安全级别
SIS和DCS的比较
SIS安全仪表系统
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（Safety Interlock System—SIS） 安全关联系统（Safety Related System—SRS） 仪表保护系统（Instrument Protective System—IPS） 透平压缩机集成控制系统（Integrated Turbo & Compressor Control System—ITCC） 火灾及气体检测系统（Fire and gas systems—F&G） 紧急停车系统（Emergency Shutdown Device—ESD） 燃烧管理系统（Burner Management System） 列车自动防护系统（ATP）
SIS的相关标准及认证机构




Regent Trusted，美国ICS利用宇航技术开发的安全系统。 安全等级AK4~AK6（SIL2~SIL3）； GMR90-70，美国GE Fanuc公司开发。其中GMR90-70(模 块式冗余容错)的安全等级为class 5（2oo3），class 4 （1oo2）和class 5（2oo2）； TRIGUARD SC300E， AUGUST公司开发，1999年成为 ABB集团成员之一，安全等级为class 5和class 6，系统结 构为2oo3； Safeguard 400&300，ABB Industry公司开发，系统结构 1oo2D。

SIS的相关标准及认证机构

HIMA PES，HIMA是德国一家专业生产安全控制设备的 公司，PES (Programmable Electronic System)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TUV AK1~6级认证。
图3 SIS逻辑图
SIS安全仪表系统
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。
6 隐故障与显故障
隐故障与显故障


隐故障（Covert Fault）：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）。 Covert Fault：Fault that can be classified as hidden， concealed， undetected， unrevealed， latent， ect. （ISA-S84.01-1996） 显故障（Overt Fault）：能显示出故障自身存在的故 障，是故障安全故障（SHB-Z06-1999）。 Overt Fault：Fault that can be classified as announced， detected， revealed，ect.（ISA-S84.01-1996）
SIS和DCS的比较

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。 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。
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HSE PES-1987， 《可编程电子系统在安全领域的应用》。
SIS的相关标准及认证机构
⑦ 德国国家标准中有安全系统制造厂商标准-DIN V VDE 0801、过程操作用户标准-DIN V 19250和DIN V 19251、燃烧管理系统标准-DIN VDE 0116等。 ⑧ 德国技术监督协会（TÜV）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 TUV认证的SIS产品
2 SIS的相关标准及认证机构
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。

4 SIS设计应遵循的原则
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
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（Fault to 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。
图1 SIS的构成
下图为由PES构成的SIS
检测单元
输入模块
PES 控制模块
输出模块
执行单元
SIS安全仪表系统



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。 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（Continuous Mode）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。 SIS可以包括或不包括软件 SIS的一部分也可能是人的动作
安全仪表系统(SIS )
中海石油建滔化工有限公司 电仪技术部
1 什么是安全仪表系统?
1 什么是安全仪表系统?
在IEC61508 中，SIS被称为安全相关系统（Safety Related System）,将被控对象称为被控设备（EUC）。 IEC61511将安全仪表系统SIS定义为用于执行一个或多个安全仪 表功能（Safety Instrumented Function,SIF）的仪表系统。SIS是由 传感器（如各类开关、变送器等）、逻辑控制器、以及最终元件 （如电磁阀、电动门等）的组合组成,如图1所示。 IEC61511又进一步指出，SIS可以包括，也可以不包括软件。另 外，当操作人员的手动操作被视为SIS的有机组成部分时，必须在安 全规格书（Safety Requirement Specification,SRS)中对人员操作动作 的有效性和可靠性做出明确规定，并包括在SIS的绩效计算中。 从SIS的发展过程看，其控制单元部分经历了电气继电器 （Electrical）、电子固态电路（Electronic）和可编程电子系统 （Programmable Electronic System），即E/E/PES三个阶段。