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安全仪表系统 一、概述 1. 安全仪表系统(SIS)的定义 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。 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。 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。 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。 （1）继电器系统 A．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。 B．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。 C．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。 （2）固态电路系统 A．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。 B．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。 C．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。 （3）可编程电子系统 A．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。 B．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）。 3. 安全仪表系统(SIS)的特点 (1) 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。 （2）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（TüV等）的审查，取得认证资格，系统方可投入实际运行。 （3）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。 （4）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，根据工程实际要求，修改软件即可。 （5）SIS由局域网、DCSI/F（人机接口）及开放式网络等组成多种系统。 （6）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。 二、安全仪表系统(SIS) 的组成 1. 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： A.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。 B.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。 C.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。 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。 安全仪表系统的逻辑单元结构选择见下表： 逻辑单元结构 IEC61508 SIL TüV AK DIN V19520 1。。1 1 AK2，AK3 1,2 1。。1D 2 AK4 3,4 1。。2 2 AK4 3,4 1。。2D 3 AK5,6 5,6 2。。3 3 AK5,6 5,6 2。。4 3 AK5,6 5,6 2. SIS与DC