安全仪表系统解析
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安全仪表系统
2013年6月4日
1
安全仪表系统
主要内容：
一、概述 二、安全仪表系统的组成 三、工艺过程的风险评估及安全功能SIS 等级的确定 四、SIS安全仪表系统常用术语
2
一、概述
主要内容：
1.安全仪表系统的定义 2.安全仪表系统(SIS)的分类 3. 安全仪表系统(SIS)的特点
3
1.安全仪表系统(SIS)的定义
11
SIS由采取冗余逻辑表决方式的输入单元、 逻辑结构单元、输出单元三部分组成系统， 逻辑表决的应用程序修改容易，特别是可编 程型SIS，根据工程实际，修改软件即可。 SIS由局域网、DCSI/F（人机接口）及开 放式网络等组成多种系统。 SIS设计特别重视从传感器到最终执行机构 所组成的回路整体的安全性保证，具有I/O 断线、短路等的监测功能。
12
二、安全仪表系统(SIS)的组成
1. SIS系统的组成部分 2. SIS与DCS的区别 3. SIS系统的配置方案
13
1. SIS系统的组成部分
SIS系统的组成分为传感器部分、逻辑运算 部分和最终执行器单元三部分。 其结构简图如下：
14
传感器单元采用多台仪表或系统，将控制功 能与安全联锁功能隔离，即传感器分开独立 配置的原则，做到安全仪表系统与过程控制 系统的实体分离。 最终执行元件（切断阀、电磁阀）是安全仪 表系统中危险性最高的设备。 逻辑运算单元由输入模块、控制模块、诊断 回路、输出模块4部分组成。
以微处理器技术为基础的PLC，采用模块化 结构，通过微处理器和编程软件来执行逻辑 。 强大、方便灵活的编程能力，有内部自测试 和自诊断功能可进行双重化串行通信，可配 置成冗余或三重模块冗余（TMR）系统，可 带操作和编程终端，可带时序事件记录（ SER）。
10
3. 安全仪表系统(SIS)的六大特点
SIS是Safety Instrumented System的 简称,中文的意思是安全仪表系统,,它是根据 美国仪表学会(ISA)对安全控制系统的定义 而得名的。安全仪表系统(SIS)也称为紧急 停车系统（ESD）、安全联锁系统(SIS)或 仪表保护系统（IPS）。 简要的说，安全仪表系统(SIS)是指能实现 一个或多个安全功能的系统。
16
安全仪表系统的逻辑单元结构选择见 下表：
逻辑单元结 构 1。。1 1。。1D 1。。2 1。。2D 2。。3 IEC61508 SIL 1 2 2 3 3 Tü V AK AK2，AK3 AK4 AK4 AK5,6 AK5,6 DIN V19520 1,2 3,4 3,4 5,6 5,6
2。。4
6
2.安全仪表系统(SIS)的分类
从SIS发展历史来看，安全仪表系统(SIS) 经历了继电器系统、固态电路系统和可编程 电子系统3个阶段。
7
（1）继电器系统
采用单元化结构，由继电器执行逻辑，通过 重新接线来重新编程。 可靠性高，具有故障安全特性，电压适用范 围宽，一次性投资较低，可分散于工厂各处 ，抗干扰能力强。 系统庞大而复杂，灵活性差，进行功能修改 或扩展不方便，无串行通信功能，无报告和 文档功能。易造成误停车，无自诊断能力。 用户维修周期长，费用高。
8
（2）固态电路系统
采用模块化结构，采用独立固态器件，通过 硬接线来构成系统，实现逻辑功能。 结构紧凑，可进行在线测试，易于识别故障 ，易于更换和维护，可进行串行通信，可配 置成冗余系统。 灵活性不够，逻辑修改或扩展必须改变系统 硬连线，大系统操作费用较高，可靠性不如 继电器系统。
9
（3）可编程电子系统
4
安全仪表系统在石油、石油化工等领域已有 较多的产品：
例如Honeywell公司的FSC（Fail Safe Control System）故障安全控制系统、德 国HIMA公司的PES（Programmable Electronic System）可编程电子系统等。
5
安全仪表系统(SIS)主要包括三大部分：传 感器部分、逻辑运算部分和最终执行元件部 分。 SIS系统具有高可靠性（Reliability）、 可用性（Availability）和可维护性（ Maintainability），并且在SIS内部出 现故障或外界干扰的情况下是安全的。
15
SIS故障有两种：显性故障（安全故障）和 隐性故障（危险故障）。
显性故障（如系统短路等），由于故障出现使数据产生 变化，通过比较可立即检测出，系统自动产生矫正作用 ，进入安全状态，因此显性故障不影响系统安全性，仅 影响系统可用性，故又称为无损害故障（Fail to Nuisance，FTN）。 隐性故障（如I/O短路等），开始不影响到数据，仅能 通过自动测试程序方可检测出，它不会使正常得电的元 件失电，因此又称为危险故障（Fail to Danger，FTD ），系统不能产生动作进入安全状态。隐性故障影响系 统的安全性，隐性故障的检测和处理是SIS系统的重要 内容。
3
AK5,6
5,6
17
2. SIS与DCS的区别
SIS与DCS在石油、石化生产过程中分别起 着不同的作用，如下图所示：
生产装置从安全角度来讲，
可分为3个层次：第一层为 生产过程层，第二层为过 程控制层，第三层为安全
仪表系统停车保护层。
பைடு நூலகம்18
SIS与DCS的区别见下表：
DCS SIS DCS 用与过程连续测量、常规控制 SIS 用与监视生产装置的运行状况，对出现 （连续、顺序、间歇等）、操作控制 异常工况迅速进行处理，使故障发生的可能 管理，保证生产装置平稳运行 性降到最低，使人和装置处于安全状态 SIS 是静态系统，在正常工况下，它始终监 DCS是“动态”系统，它始终对过程 视装置的运行，系统输出不变，对生产过程 变量连续进行检测、运算和控制，对 不产生影响，在异常工况下，它将按着预先 生产过程动态控制，确保产品质量和 设计的策略进行逻辑运算，使生产装置安全 产量 停车 DCS可进行故障自动显示 SIS必须测试潜在故障
SIS能够检测潜在的危险故障，具有高安全 性，覆盖范围宽的自诊断功能。 SIS需符合国际安全标准规定的仪表安全标 准，从系统开发阶段开始，要接受第三方认 证机构的审查，取得认证资格，系统方可投 入实际运行。 SIS自诊断覆盖率大，维修时检查的点数非 常少。诊断覆盖率是指可在线诊断出的故障 系统全部故障的百分数。
2013年6月4日
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安全仪表系统
主要内容：
一、概述 二、安全仪表系统的组成 三、工艺过程的风险评估及安全功能SIS 等级的确定 四、SIS安全仪表系统常用术语
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一、概述
主要内容：
1.安全仪表系统的定义 2.安全仪表系统(SIS)的分类 3. 安全仪表系统(SIS)的特点
3
1.安全仪表系统(SIS)的定义
11
SIS由采取冗余逻辑表决方式的输入单元、 逻辑结构单元、输出单元三部分组成系统， 逻辑表决的应用程序修改容易，特别是可编 程型SIS，根据工程实际，修改软件即可。 SIS由局域网、DCSI/F（人机接口）及开 放式网络等组成多种系统。 SIS设计特别重视从传感器到最终执行机构 所组成的回路整体的安全性保证，具有I/O 断线、短路等的监测功能。
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二、安全仪表系统(SIS)的组成
1. SIS系统的组成部分 2. SIS与DCS的区别 3. SIS系统的配置方案
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1. SIS系统的组成部分
SIS系统的组成分为传感器部分、逻辑运算 部分和最终执行器单元三部分。 其结构简图如下：
14
传感器单元采用多台仪表或系统，将控制功 能与安全联锁功能隔离，即传感器分开独立 配置的原则，做到安全仪表系统与过程控制 系统的实体分离。 最终执行元件（切断阀、电磁阀）是安全仪 表系统中危险性最高的设备。 逻辑运算单元由输入模块、控制模块、诊断 回路、输出模块4部分组成。
以微处理器技术为基础的PLC，采用模块化 结构，通过微处理器和编程软件来执行逻辑 。 强大、方便灵活的编程能力，有内部自测试 和自诊断功能可进行双重化串行通信，可配 置成冗余或三重模块冗余（TMR）系统，可 带操作和编程终端，可带时序事件记录（ SER）。
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3. 安全仪表系统(SIS)的六大特点
SIS是Safety Instrumented System的 简称,中文的意思是安全仪表系统,,它是根据 美国仪表学会(ISA)对安全控制系统的定义 而得名的。安全仪表系统(SIS)也称为紧急 停车系统（ESD）、安全联锁系统(SIS)或 仪表保护系统（IPS）。 简要的说，安全仪表系统(SIS)是指能实现 一个或多个安全功能的系统。
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安全仪表系统的逻辑单元结构选择见 下表：
逻辑单元结 构 1。。1 1。。1D 1。。2 1。。2D 2。。3 IEC61508 SIL 1 2 2 3 3 Tü V AK AK2，AK3 AK4 AK4 AK5,6 AK5,6 DIN V19520 1,2 3,4 3,4 5,6 5,6
2。。4
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2.安全仪表系统(SIS)的分类
从SIS发展历史来看，安全仪表系统(SIS) 经历了继电器系统、固态电路系统和可编程 电子系统3个阶段。
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（1）继电器系统
采用单元化结构，由继电器执行逻辑，通过 重新接线来重新编程。 可靠性高，具有故障安全特性，电压适用范 围宽，一次性投资较低，可分散于工厂各处 ，抗干扰能力强。 系统庞大而复杂，灵活性差，进行功能修改 或扩展不方便，无串行通信功能，无报告和 文档功能。易造成误停车，无自诊断能力。 用户维修周期长，费用高。
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（2）固态电路系统
采用模块化结构，采用独立固态器件，通过 硬接线来构成系统，实现逻辑功能。 结构紧凑，可进行在线测试，易于识别故障 ，易于更换和维护，可进行串行通信，可配 置成冗余系统。 灵活性不够，逻辑修改或扩展必须改变系统 硬连线，大系统操作费用较高，可靠性不如 继电器系统。
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（3）可编程电子系统
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安全仪表系统在石油、石油化工等领域已有 较多的产品：
例如Honeywell公司的FSC（Fail Safe Control System）故障安全控制系统、德 国HIMA公司的PES（Programmable Electronic System）可编程电子系统等。
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安全仪表系统(SIS)主要包括三大部分：传 感器部分、逻辑运算部分和最终执行元件部 分。 SIS系统具有高可靠性（Reliability）、 可用性（Availability）和可维护性（ Maintainability），并且在SIS内部出 现故障或外界干扰的情况下是安全的。
15
SIS故障有两种：显性故障（安全故障）和 隐性故障（危险故障）。
显性故障（如系统短路等），由于故障出现使数据产生 变化，通过比较可立即检测出，系统自动产生矫正作用 ，进入安全状态，因此显性故障不影响系统安全性，仅 影响系统可用性，故又称为无损害故障（Fail to Nuisance，FTN）。 隐性故障（如I/O短路等），开始不影响到数据，仅能 通过自动测试程序方可检测出，它不会使正常得电的元 件失电，因此又称为危险故障（Fail to Danger，FTD ），系统不能产生动作进入安全状态。隐性故障影响系 统的安全性，隐性故障的检测和处理是SIS系统的重要 内容。
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AK5,6
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2. SIS与DCS的区别
SIS与DCS在石油、石化生产过程中分别起 着不同的作用，如下图所示：
生产装置从安全角度来讲，
可分为3个层次：第一层为 生产过程层，第二层为过 程控制层，第三层为安全
仪表系统停车保护层。
பைடு நூலகம்18
SIS与DCS的区别见下表：
DCS SIS DCS 用与过程连续测量、常规控制 SIS 用与监视生产装置的运行状况，对出现 （连续、顺序、间歇等）、操作控制 异常工况迅速进行处理，使故障发生的可能 管理，保证生产装置平稳运行 性降到最低，使人和装置处于安全状态 SIS 是静态系统，在正常工况下，它始终监 DCS是“动态”系统，它始终对过程 视装置的运行，系统输出不变，对生产过程 变量连续进行检测、运算和控制，对 不产生影响，在异常工况下，它将按着预先 生产过程动态控制，确保产品质量和 设计的策略进行逻辑运算，使生产装置安全 产量 停车 DCS可进行故障自动显示 SIS必须测试潜在故障
SIS能够检测潜在的危险故障，具有高安全 性，覆盖范围宽的自诊断功能。 SIS需符合国际安全标准规定的仪表安全标 准，从系统开发阶段开始，要接受第三方认 证机构的审查，取得认证资格，系统方可投 入实际运行。 SIS自诊断覆盖率大，维修时检查的点数非 常少。诊断覆盖率是指可在线诊断出的故障 系统全部故障的百分数。