SIS 设计中应注意的几个问题[优化].docVIP

SIS 设计中应注意的几个问题 摘要: 在SIS设计中,回路设计的基本原则; 可用性和安全性及其关注的重点. 关键词:SIS,可用性,安全性,硬件容错能力 1．什么是安全仪表系统(SIS) 根据IEC 61511的定义，安全仪表系统是指实现一个或者多个安全仪表功能（Safety Instrument Function)的仪表系统，它通常由传感器，逻辑运算器和执行元件组成。 所谓的安全仪表功能，类似于我们传统说法上的安全仪表回路。一个安全仪表功能由5个要素组成： 传感器，逻辑运算器，执行元件，安全完整性等级（SIL）和响应时间。 图1 安全仪表回路图 说明： L液面超高-L1接点闭合-Z带电。 Z1常闭接点打开，S线圈断电。 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。 K起：按钮开关：起动联锁保护回路兼有复位作用。 K介：起人工强制起动联锁保护作用。 K旁：旁路联锁保护作用，用于开车或检修联锁信号仪表。 图2 SIS逻辑图 如图1所示，这是一个容器A液位控制的安全仪表功能。对这个安全仪表功能完整的描述是：当容器液位开关达到安全联锁值时，逻辑运算器（图2）使电磁阀2断电，则切断进调节阀膜头信号，使调节阀切断容器A进料，这个动作要在3秒内完成，安全等级必须达到SIL2。这是一个安全仪表功能的完整描述，而所谓的安全仪表系统，则是类似一个或多个这样的安全仪表功能的集合。 2．SIS设计原则 安全仪表系统的主要作用是在工艺生产过程发生危险故障时将其自动或手动带回到预先设计的安全状态，以确保工艺装置的生产的安全，避免重大人身伤害及重大设备损坏事故。在安全仪表系统的设计过程中，IEC 61508，IEC 61511提供了极好的国际通用技术规范和参考资料。IEC于2000年5月发布了IEC 61508标准，2003年1月颁布IEC 61511标准。这两个标准有很密切的关系，IEC 61508标准是综合性基础标准，主要为装置的制造商和供应商使用，IEC 61511可以说是IEC 61508的延续，主要针对具体的仪器仪表设计者和用户使用。2006年，2007年等同采用IEC 61508，IEC 61511的中国国家标准 GB/T 20438，GB/T 21109相继发布，中国的功能安全标准开始规范我们的功能安全工作。在安全仪表系统的设计领域，通常将IEC 61508与IEC 61511 结合使用。在安全仪表系统回路设计过程中，一般需要遵循下列几点原则。 2．1 SIS设计的可靠性原则（安全性原则） 为了保证工艺装置的生产安全，安全仪表系统必须具备与工艺过程相适应的安全完整性等级SIL（Safety Integrity Level）的可靠度。对此，IEC 61508进行了详细的技术规定。对于安全仪表系统，可靠性有两个含义，一个是安全仪表系统本身的工作可靠性；另一个是安全仪表系统对工艺过程认知和联锁保护的可靠性，还应有对工艺过程测量，判断和联锁执行的高可靠性。 评估安全完整性等级SIL的主要参数就是PFDavg(probability of failure on demand 平均危险故障率)，按其从高到低依次分为1~4级。在石化行业中一般涉及到的只有1，2，3级，因为SIL4级投资大，系统复杂，一般只用于核电行业。 详细分类见表1 所示 表1 SIL等级与故障几率相应关系 SIL Low demand mode of operation average (Probability of Failure to perform its design function on Demand) High demand or continuous mode of operation (Probability of dangerous Failure per Hour) 4 ≥ 10-4 ~ 10-6 ≥ 10-9 ~ 10-8 3 ≥ 10-3 ~ 10-4 ≥ 10-8 ~ 10-7 2 ≥ 10-2 ~ 10-3 ≥ 10-7 ~ 10-6 1 ≥ 10-1 ~ 10-2 ≥ 10-6 ~ 10-5 IEC 61508 对安全仪表功能所属的过程工艺定义了两种模式：低要求(Low demand)模式和高要求(High demand)模式。而IEC 61511则称之为要求模式和连续模式。两种分类方式有着类似的含义，我们只分析低要求模式和高要求模式。低要求模式和高要求模式定义上的区别在于，低要求模式下，安全仪表功能每年被执行的次数少于一次，并且每个验证测试周期中不超过2次。而高要求模式每年安全仪表功能被执行的次数超过一次，每个验证测试周期中执行次数超过2次。通常来讲，