安全仪表基本概念及配置原则
安全人员应该知道安全仪表系统基础知识
安全人员应该知道安全仪表系统基础知识安全人员应该知道的安全仪表系统基础知识SIS 的全称是安全仪表系统，它对生产装置或设备可能发生的危险采取紧急措施，并对继续恶化的状态进行及时响应，使其进入一个预定义的安全停车工况，从而使危险和损失降到最低程度，保证生产设备、环境和人员安全。
目前，SIS 已经被广泛应用于石化等流程工业领域，是工厂企业自动控制中的重要组成部分。
SIS 涉及到的一些专业术语安全仪表系统/safety instrumented system实现一个或多个安全仪表功能的仪表系统。
过程风险/process risk因非正常事件引起过程条件改变而产生的风险。
安全生命周期/safety lifecycle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时间。
安全仪表功能/safety instrumented function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、最终元件以及相关软件等实现的安全保护功能或安全控制功能。
安全完整性/safety integrity在规定的条件和时间内，安全仪表系统完成安全仪表功能的平均概率。
安全完整性等级/safety integrity level安全功能的等级，安全完整性等级由低到高为SIL1~SIL4。
危险失效/dangerous failure可能导致安全仪表系统处于潜在危险或丧失功能的失效。
测量仪表/sensorSIS 的组成部分，用于测量过程变量的设备。
逻辑控制器/logic solverSIS 的组成部分，用于测量过程变量的设备。
最终元件/final elementSIS 的组成部分，执行逻辑控制器指令或设定的动作，使过程达到安全状态的设备。
基本过程控制系统/basic process control system相应过程测量以及其他相关设备、其他仪表，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。
安全仪表系统
一、标准规范及法律法规 2、国标及行标 ◆ GB/T 20438《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》( 等同采用IEC 61508) ◆ GB/T 21109《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》（等同采 用IEC 61511 ） ◆ GB/T 50770-2013石油化工安全仪表系统设计规范（针对石油化工 厂或装置） ◆SY/T6966-2013《输油气管道工程安全仪表系统设计规范》（2014 年4月1日实施，适用于陆上原油、成品油和天然气管道）
用来实现一个或多个安全仪表功能的仪表系统。 3、紧急停车系统 （ESD，emergency shutdown system）
当生产过程出现紧急情况时，应在允许的时间内做出响应，及时地 发出保护信号，对管道或现场设备进行安全保护的系统。
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一、系统的定义 3、火灾及可燃气体报警系统（FGS，fire & gas alarm System）
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五、安全仪表PLC 3、安全仪表 PLC 的冗余结构
在构建一个安全系统时，可以有很多方式来安排安全系统部件，主 要考虑系统的可用性和安全性，侧重点不同则冗余结构的选择不同。
◆ 1oo2 两个控制器并行处理和连线可以降低单个PLC危险失效的影响，两 个输出电路采用串行连接，以防止任何一个控制器在危险的方式下失 效。1oo2 结构具有高安全性，但降低了可靠性。
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五、安全仪表PLC ◆ 1oo2D
使用两重1oo1D（一个带有诊断功能的控制器通道，一个诊断通 道利用串行连接构成输出回路）结构，并有额外的控制线路。既有较 高的可用性，又有较高的安全性。
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四、执行元件 4、仪九线ESD阀介绍：
仪九线干线进出站采用34”CL600开维喜球阀，配套德国法奥克电 液联动执行机构SEHAZ-E-1-125-KSP
2.6.1 安全PLC系统
2.6.1.2 常规PLC 和安全PLC的区别
常规PLC担负常规控制，当它失效时其 输出不能保证生产设备是处于定义的安全 状态，因此，不能用于安全防护系统或只 能用于安全要求等级极低(如：RC1～2等级) 的场合。
2.6.1.2 常规PLC 和安全PLC的区别
安全PLC系统采用的是具有特殊结构型 式和特殊处理方式的PLC，与常规PLC的执 行标准、I/O信号的处理方式、拓扑结构、 软件设计等方面都有许多不同。
2.6.1.1 安全系统与安全PLC的基本概念
安全型PLC在硬件和软件上采用各种安全 处理措施，具有完善的诊断和测试手段， 它的设计原则、系统结构都遵守相应国际 安全技术标准并取得相关安全权威机构的 安全证书，这种安全系统具有完善的测试 手段, 当检测到系统故障尤其是危险故障 时能使系统回到安全状态, 从而最大限度 地保证了系统的可靠性和可用性。
2.6.1.1 安全系统与安全PLC的基本概念
这种能够为了最大限度地保护生产装 置和人身安全，避免恶性事故发生，最大 程度减少损失而产生的高可靠的安全保护 技术与设备组成了安全系统。
2.6.1.1 安全系统与安全PLC的基本概念
安全型PLC是为关键控制系统和高安全 要求系统的安全应用而专门设计的可编程 控制器。
2.6.1.3 安全PLC的基本结构
安全PLC 系统的双冗余结构
安全PLC系统的双冗余结构是两个安 全PLC 执行同样的程序，当两个处理器出 现不一致时输出失电，即一个处理器出现 故障时，使系统回到安全状态。这种结构 的优点是可靠性较没有冗余的结构提高， 但缺点是误跳闸率较高，可用性下降。
2.6.1.3 安全PLC的基本结构
2.6.1.3 安全PLC的基本结构
系统对每一个与安全性有关的部件 (CPU模抉、I/O模块、总线模块等)均进行 测试，测试工作一部分(如：处理器、接口 电路等)是由软件来实现，另一部分(如： 看门狗定时器、存储比较器等)是借助于硬 件测试电路来完成。
安全仪表系统SIS
4、人机接口 操作站可以采用过程控制系统操作站，但操作站不能修改安全仪表系统的编程软 件；
工程师站完成安全仪表系统编程组态和维护，可采用台式PC机或便携式PC机； 辅助操作台：在CCR辅助操作台上安装的硬件，包括紧急停车按钮、开关、选择 器、旁路开关和信号报警器等用硬线接到CCR的SIS控制器，通过冗余安全以太 网通信接到现场机柜室SIS控制器逻辑运算。 4.1 手动复位：当工艺参数由非正常状态恢复到正常状态时，由操作人员有步骤地 进行手动复位，重要的联锁系统和工艺变量一般采用手动复位，避免自动复位的 缺陷；
7.3 SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更严格，IEC61508、IEC61511、ISA S84.01、SH/T3018强烈推荐SIS与DCS硬件独立设置。
三、 ESD系统控制器 1、结构类型 按照控制器划分为双重冗余和三重冗余两种，
1.1 双重冗余ESD系统 从I/O模件和CPU都配置了两重化,其中一套处于工作状态，另一套则处在热备用状 态，CPU不停监测运行的和热备的硬件，当CPU检测到运行卡件有故障时，会自 动切换到备用卡件上，同时系统会周期性的切换运行和热备卡，以保证系统的安 全。见图2—4—6 “双重冗余ESD系统”
保证系统的可用性时，采用“与”逻辑结构；当系统的安全性和可用性均需保证 时，采用“三取二”逻辑结构；
传感器宜采用隔爆型的变送器（压力、差压、差压流量、差压液位、温度），不 宜采用开关型传感器；传感器由SIS系统供电。
1.2 SIS逻辑运算器选用：
SIS逻辑运算器：继电器系统,可编程序电子系统，混合系统三种；
2、冗余（用多个相同的模块或部件实现特定功能或数据处理） 2.1 元件冗余：具有指定的独立的N：1重元件，并且自动检测故障，切换到后备 设备上；
-安全仪表系统
-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。
安全仪表系统
SIS工程设计中注意的问题
¾ 负荷不应超过50%； ¾ 电源应冗余配置； ¾ 采用等电位接地。 ¾ 传感器及执行元件，正常工况应是带电（励磁）；非正常工况应是失电（非
X
GT Q
Y
000
如 x > y,则 Q=1
¾ NE不等于
¾ 满足条件模块输出为1
¾ 或直接用模拟输入模块设置相关值
¾ 冗余设置原则：1级 SIS 可采用单一阀门； 2级宜采用冗余阀门；如采用单一阀门，电磁阀宜冗余配置； 3级宜采用冗余阀门；可采功耗，隔爆型；由SIS系统供 电。
SIS系统的配置方案a型
¾ 控制系统和联锁系统全部由DCS控制站完成。过程控制信 息由通信网络传给操作站显示报警,操作员的操作指令由 操作站通过通信网络传给控制站执行,这就是控制、联锁 一体化形式。
位、温度），不宜采用开关型传感器；传感器由SIS系统供电。
逻辑运算单元
¾ 或称逻辑解算单元、逻辑表决单元 ¾ 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。 ¾ 逻辑运算单元自动进行周期性故障诊断,基
于自诊断测试的安全仪表系统,系统具有特 殊的硬件设计,借助于安全诊断测试技术保 证安全性。
SIS基础
茂石化炼油分部仪表车间 吴中五
2010年3月25
生产装置安全层次
¾ 生产过程层:生产装置最初的工程设计、设 备选型及安装阶段,都对过程和设备安全性 进行考虑。
安全仪表相关资料-学习
由于近几年重特大安全事故频发，使得“安全仪表系统”风声大起，它被当作了成为石油化工行业安全的”救世主”，仪表专业被赋予了更多的责任的同时也被大风吹到了风口浪尖。
一时间，“安全仪表设置不合规，联锁未启动，可燃、有毒气体检测报警系统未按规定设置” 等问题，像谁都不想要的“绿帽子”一样，都想往仪表专业头上戴。
小编要问这些都跟仪表专业有多大关系吗？即使有，到底有多大的关系？上套安全仪表系统企业就高枕无忧了吗？工厂安全是靠仪表一个专业守护的吗？如今各省市铺天盖地的“关于加强化工仪表管理”的发文及管理规定，各类“专家”闻风而动，四处出击，面对频繁的检查，仪表人不知道该何去何从，该怎样才能做好自己的本职工作，如何做，才能以自己的微薄之力，承担起该有的责任？作为仪表人，我们面对检查，面对专家质疑，面对安全仪表管理，我们只能积极提升自己的认知和业务技能，武装自己，本文对安全仪表管理工作中经常面对的一些问题进行归纳总结和对一些标准、规范文件内容进行解读，分享给大家，抛砖引玉，欢迎大家文末留言或申请加入技术交流群交流学习。
问题一：到底什么是安全仪表系统Safety Instrumentedsystem (SIS)？问题二：安全仪表系统的范围？问题三：哪些企业需要上安全仪表系统？企业需要上什么样的系统？问题四：各级检查要求安全仪表系统独立，该如何独立？问题五：前面提到了独立性，设计时也考虑了和BPCS独立的现场仪表和阀门，但每次检查还是会提出很多问题，各类仪表、控制器该怎么配？到底配几个？问题六：和安全仪表系统相关的都有哪些技术标准和法规？问题七：通知要求组织对在役安全仪表进行评估，评估现有安全仪表功能是否满足风险降低的要求，如何进行评估？问题八：安全仪表系统实施各阶段，对单位相关资质是什么要求？问题九：对仪表人员的要求是什么？问题十：在安全仪表系统建设过程中，技术资料管理要求？问题十一：安全仪表系统，对仪表、系统及附件认证特殊要求？问题一：到底什么是安全仪表系统Safety Instrumentedsystem (SIS)？■说文解字：(IEC61511 GB/T 21109)定义：用于执行一个或多个SIF(安全仪表功能)的仪表系统。
石油化工装置安全仪表系统浅解林建
石油化工装置安全仪表系统浅解林建发布时间：2021-10-07T02:22:38.674Z 来源：《基层建设》2021年第18期作者：林建[导读] 安全仪表系统（SIS）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定的安全状态中国石油化工股份有限公司广州分公司广东广州 510725摘要：安全仪表系统（SIS）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定的安全状态。
安全仪表系统的配置、选用影响安全系统的安全性能，从而对安全、环保产生直接影响。
因此安全仪表系统的功能设计和配置尤为重要，既要满足安全的要求，同时也要考虑节省投资、避免浪费。
关键词：安全仪表系统；安全度等级（SIL）功能设计和配置原则1.安全仪表系统的概念和作用安全仪表系统（SIS）在生产装置的开车、停车阶段，运行以及维护操作期间，对人员健康、装置设备及环境提供安全保护。
无论是生产装置本身出现的故障危险，还是人为因素导致的危险以及一些不可抗拒因素引发的危险，SIS系统都应立即作出正确反应并给出相应的逻辑信号，使生产装置安全联锁或停车，阻止危险的发生和事故的扩散，使危害减少到最小。
SIS系统应具备高的可靠性（Reliability) 、可用性（Availability）和可维护性（Maintainability），当SIS系统本身出现故障时仍能提供安全保护功能。
2.安全仪表系统的功能设计和配置原则2.1基本原则安全仪表系统（SIS）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定的安全状态。
SIS的功能设计和配置方案是根据安全度等级（SIL）来确定的，SIL的确定取决于对工艺过程的量化危险性分析，包括对人员安全、设备安全、经济损失和环保等方面的影响。
SIL等级越高，安全仪表系统的安全功能要求越强，但相应的投资成本越高。
结合项目投入的经济性，石油化工项目基本处于SIL1、SIL2到SIL3等级，一般不允许使用SIL 4等级，以避免投资过高。
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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10-1---10-2
SIL2为平均每年失效的概率10-2---10-3
SIL3为平均每年失效的概率10-3---10-4
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。