安全仪表基本概念及配置原则

安全仪表基本概念及配置原则

2016-06-02大圣+网络过程安全管理

1. 安全仪表系统（SIS）

实现一个或多个安全仪表功能的仪表系统

组成：测量仪表、逻辑控制器、最终元件及相关软件构成，作为系统还有通信接口、人机接口。系统特征为故障安全型。

2. 安全仪表功能（SIF）

为了防止、减少危险事件发生或保持过程安全状态，用测量仪表、逻辑控制器、最终元件及相关软件等实现的安全保护功能或安全控制功能。

3. 风险、安全

风险：预期可能发生的特定危险事件和后果。

安全：简单的说，可以接受的风险就是安全。

4. 安全完整性、安全完整性等级（SIL）

安全完整性：在规定的条件和时间内，SIS完成SIF的平均概率。

安全完整性等级（SIL）：安全功能的等级，由低到高分SIL1—SIL4。

本规范要求在安全功能分配时，安全完整性等级最高为SIL3。

低要求操作模式：

SIL1为平均每年失效的概率

SIL2为平均每年失效的概率

SIL3为平均每年失效的概率

SIL评估内容：

1）确定每个SIF的SIL

2）确定诊断、维护和测试要求，包括测试间隔时间。

5. 基本过程控制系统（BPCS）

响应过程测量以及其它设备、其它仪表、控制系统或操作员的输入信号，按过程控制规律、算法、方式，产生输出信号实现过程控制及其相关设备运行的系统。

（理解就是SIS以外的控制系统，不执行SIF的系统）。

6. 保护层

通过预防、控制、减缓等手段降低风险的措施

安全生命周期：从工程方案设计开始到所有安全仪表功能停止使用的全部过程。

分三个阶段：

1）工程设计阶段，从方案设计到详细工程设计完。自控专业从收到SIL评估及审查前的过程为参与者，后为主导者。

2）集成调试验收测试阶段，集成商为主。

3）操作维护阶段，业主自控专业为主。

三.测量仪表

测量仪表包括模拟量和开关量两种类型仪表

1. 一般规定

● 测量仪表宜采用4～20mA+HART的智能变送器

● 爆炸危险场所优先使用隔爆型仪表

● 现场安装测量仪表防护等级不应低于IP65

● 测量仪表及取源点宜独立设置

● 不应采用现场总线或其它通信方式作为SIS的输入信号

2. 测量仪表独立设置和冗余设置原则

● 完成SIL1的SIF：测量仪表可与BPCS共用，可采用单一测量仪表

● 完成SIL2的SIF：测量仪表宜与BPCS分开，宜采用冗余测量仪表

● 完成SIL3的SIF：测量仪表应与BPCS分开，应采用冗余测量仪表

3. 冗余方式

● 当系统要求高安全性时，应采用“或”逻辑结构

● 当系统要求高可用性时，应采用“与”逻辑结构

● 当系统要求兼顾高安全性和高可用性时，应采用三取二逻辑结构

四.最终元件

最终元件包括控制阀（调节阀、切断阀）、电磁阀、电机等执行设备

1. 一般规定

● 最终元件宜采用气动控制阀，不宜采用电动控制阀

● 气动控制阀执行安全仪表功能时，SIS应优先动作，也就是说调节阀带的电磁阀应安装在定位器和执行机构之间，切断阀带的电磁阀应安装在执行机构上。电磁阀电源应由SIS提供

● 气动控制阀宜采用弹簧复位单气缸执行机构，当采用双气缸执行机构时，宜配空气储罐或专用仪表气源管线

● 爆炸危险场所优先使用隔爆型电磁阀、阀位开关

● 现场安装电磁阀、阀位开关防护等级不应低于IP65

2. 控制阀独立设置和冗余设置原则

● 完成SIL1的SIF：控制阀可与BPCS共用，但SIS应优先动作，可采用单一控制阀

● 完成SIL2的SIF：控制阀宜与BPCS分开，宜采用冗余控制阀

● 完成SIL3的SIF：控制阀应与BPCS分开，应采用冗余控制阀

3. 冗余方式

● 控制阀冗余可采用一个调节阀和一个切断阀，也可采用二个切断阀

● 当系统要求高安全性时，冗余电磁阀宜采用“或”逻辑结构

● 当系统要求高可用性时，冗余电磁阀宜采用“与”逻辑结构

五.逻辑控制器

逻辑控制器宜采用可编程电子系统，简单场合可采用继电器系统，或可编程电子系统、继电器系统混合构成。

1. 一般规定: 当逻辑控制器为可编程电子系统时

● 逻辑控制器总响应时间宜为100ms---300ms,总响应时间指信号从进逻辑控制器到出逻辑控制器所需的全部时间

● 逻辑控制器的中央处理单元负荷不应超过50%

● 逻辑控制器的内部通信负荷不应超过50%，若采用以太网的通信负荷不应超过20%

2. 逻辑控制器独立设置和冗余设置原则

● 完成SIL1的SIF：逻辑控制器宜与BPCS分开，可采用冗余逻辑控制器

● 完成SIL2的SIF：逻辑控制器应与BPCS分开，宜采用冗余逻辑控制器

● 完成SIL3的SIF：逻辑控制器应与BPCS分开，应采用冗余逻辑控制器

3. 逻辑控制器的配置原则

● 逻辑控制器符合SIL要求，应独立完成SIF

● 逻辑控制器的软硬件版本应是正式发布的

● 逻辑控制器的中央处理单元、I/O单元、电源单元、通信单元等应是独立的单元，应允许在线更换单元而不影响逻辑控制器的正常运行

● 逻辑控制器应有软件和硬件诊断和测试功能，诊断和测试信息应在工程师站和/或操作站显示、记录

● 逻辑控制器的系统故障宜在SIS的操作站报警，也可在BPCS的操作站报警

4. 逻辑控制器的接口配置原则

● I/O卡信号通道应带光电或电磁隔离，I/O卡不应采用现场总线数字信号

● 检测同一过程变量的多台测量仪表信号宜接到不同输入卡件

● 冗余的最终元件应接到不同的输出卡件，每一个输出信号通道应只接一个最终元件