表格模板-安全仪表系统培训讲义燕山石化王立奉 精品.ppt

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1、燕山石化燕山石化王立奉王立奉安全仪表系统安全仪表系统(SIS )1 什么是安全仪表系统什么是安全仪表系统?1 什么是安全仪表系统什么是安全仪表系统? 在在IEC61508 中，中，SIS被称为安全相关系统（被称为安全相关系统（Safety Related System）,将被控对象称为被控设备（将被控对象称为被控设备（EUC）。）。IEC61511将安全仪表系统将安全仪表系统SIS定义为用于执行一个或多个安全仪定义为用于执行一个或多个安全仪表功能（表功能（Safety Instrumented System）的仪表系统。）的仪表系统。SIS是由传感器是由传感器（如各类开关、变送器等）（如各类开

2、关、变送器等）、逻辑控制器、以及最终元件、逻辑控制器、以及最终元件（如电磁（如电磁阀、电动门等）阀、电动门等）的组合组成。的组合组成。IEC61511又进一步指出，又进一步指出，SIS可以包括，也可以不包括软件。另可以包括，也可以不包括软件。另外，当操作人员的手动操作被视为外，当操作人员的手动操作被视为SIS的有机组成部分时，必须在安的有机组成部分时，必须在安全规格书（全规格书（Safety Requirement Specification,SRS)中对人员操作动作中对人员操作动作的有效性和可靠性做出明确规定，并包括在的有效性和可靠性做出明确规定，并包括在SIS的绩效计算中。的绩效计算中。从

3、从SIS的发展过程看，其控制单元部分经历了电气继电器的发展过程看，其控制单元部分经历了电气继电器（Electrical）、电子固态电路（）、电子固态电路（Electronic）和可编程电子系统）和可编程电子系统（Programmable Electronic System），即），即E/E/PES三个阶段。三个阶段。 图图1 SIS的构成的构成 检测单元检测单元输入模块输入模块控制模块控制模块输出模块输出模块执行单元执行单元PES下图为由下图为由PES构成的构成的SIS SIS安全仪表系统安全仪表系统nSIS仪表安包含全控制功能，也可包含仪表安全保护功仪表安包含全控制功能，也可包含仪表安全保护

4、功能，或包含这两者。能，或包含这两者。n需要说明的是，这里所说的仪表控制功能，是指以连需要说明的是，这里所说的仪表控制功能，是指以连续模式（续模式（Continuous Mode）操作并具有特定的）操作并具有特定的SIL,用用于防止危险状态发生或者减轻其发生的后果，与常规于防止危险状态发生或者减轻其发生的后果，与常规的的PID控制功能是完全不同的概念。控制功能是完全不同的概念。nSIS可以包括或不包括软件可以包括或不包括软件nSIS的一部分也可能是人的动作的一部分也可能是人的动作SIS安全仪表系统安全仪表系统 如图如图2所示，这是一个气液分离容器所示，这是一个气液分离容器A液位控制的安液位控制

5、的安全仪表功能。对这个安全仪表功能完整的描述是：当全仪表功能。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（图容器液位开关达到安全联锁值时，逻辑运算器（图3）使电磁阀使电磁阀2断电，则切断进调节阀膜头信号，使调节断电，则切断进调节阀膜头信号，使调节阀切断容器阀切断容器A进料，这个动作要在进料，这个动作要在3秒内完成，安全秒内完成，安全等级必须达到等级必须达到SIL2。这是一个安全仪表功能的完整。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。这样的安全仪表功能的集合。图

6、图2 安全仪表回路图安全仪表回路图图图2 说明说明1. L液面超高液面超高-L1接点闭合接点闭合-Z带电。带电。2. Z1常闭接点打开，常闭接点打开，S线圈断电。线圈断电。3. S电磁阀切断，往调节阀膜头的控制信号调节阀切断电磁阀切断，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。工艺进料，完成联锁保护作用。4. K起：按钮开关：起动联锁保护回路兼有复位作用。起：按钮开关：起动联锁保护回路兼有复位作用。5. K停：起人工强制起动联锁保护作用。停：起人工强制起动联锁保护作用。6. K旁：旁路联锁保护作用，用于开车或检修联锁信号旁：旁路联锁保护作用，用于开车或检修联锁信号仪表仪表。图

7、图3 SIS逻辑图逻辑图SIS安全仪表系统安全仪表系统大多石油和化工生产过程具有高温、高压、易燃、易爆、大多石油和化工生产过程具有高温、高压、易燃、易爆、有毒等危险。当某些工艺参数超出安全极限，未及时处有毒等危险。当某些工艺参数超出安全极限，未及时处理或处理不当时，便有可能造成人员伤亡、设备损坏、理或处理不当时，便有可能造成人员伤亡、设备损坏、周边环境污染等恶性事故。这就是说，从安全的角度出周边环境污染等恶性事故。这就是说，从安全的角度出发，石油和化工生产过程自身存在着固有的风险。发，石油和化工生产过程自身存在着固有的风险。总之，总之，SIS是一种经专门机构认证，具有一定安全完整性是一种经专门

8、机构认证，具有一定安全完整性水平，用于降低生产过程风险的仪表安全保护系统。它水平，用于降低生产过程风险的仪表安全保护系统。它不仅能响应生产过程因超过安全极限而带来的风险，而不仅能响应生产过程因超过安全极限而带来的风险，而且能检测和处理自身的故障，从而按预定条件或程序使且能检测和处理自身的故障，从而按预定条件或程序使生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。环境的安全。SIS安全仪表系统安全仪表系统按照按照SIS的定义，下述系统均属于安全仪表系统：的定义，下述系统均属于安全仪表系统：n安全联锁系统（安全联锁系统（Safety In

9、terlock SystemSIS）n安全关联系统（安全关联系统（Safety Related SystemSRS）n仪表保护系统（仪表保护系统（Instrument Protective SystemIPS）n透平压缩机集成控制系统（透平压缩机集成控制系统（Integrated Turbo & Compressor Control SystemITCC）n火灾及气体检测系统（火灾及气体检测系统（Fire and gas systemsF&G）n紧急停车系统（紧急停车系统（Emergency Shutdown DeviceESD）n燃烧管理系统（燃烧管理系统（Burner Management

10、 System）n列车自动防护系统（列车自动防护系统（ATP）2 SIS的相关标准及认证机构的相关标准及认证机构 SIS的相关标准及认证机构的相关标准及认证机构 鉴于鉴于SIS涉及到人员、设备、环境的安全，因此各国均涉及到人员、设备、环境的安全，因此各国均制定了相关的标准、规范，使得制定了相关的标准、规范，使得SIS的设计、制造、使的设计、制造、使用均有章可循。并有权威的认证机构对产品能达到的用均有章可循。并有权威的认证机构对产品能达到的安全等级进行确认。这些标准、规范及认证机构主要安全等级进行确认。这些标准、规范及认证机构主要有：有：我国石化集团制定的行业标准我国石化集团制定的行业标准SHB

11、-Z06-1999石油化石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则工紧急停车及安全联锁系统设计导则。2006年、年、2007年等同采用年等同采用IEC61508、IEC61511的中国的中国国家标准国家标准GB/T20438、GB/T21109相继发布，中国的相继发布，中国的功能安全标准开始规范我国的功能安全工作。功能安全标准开始规范我国的功能安全工作。SIS的相关标准及认证机构的相关标准及认证机构 国际电工委员会国际电工委员会1997年制定的年制定的IEC 61508/61511标准，标准，对用机电设备（继电器）、固态电子设备、可编程电对用机电设备（继电器）、固态电子设备、可编程电子设备（子设备

12、（PLC）构成的安全联锁系统的硬件、软件及）构成的安全联锁系统的硬件、软件及应用作出了明确规定。应用作出了明确规定。 美国仪表学会制定的美国仪表学会制定的ISA-S84.01-1996安全仪表系统安全仪表系统在过程工业中的应用在过程工业中的应用。 美国化学工程学会制定的美国化学工程学会制定的AICHE（ccps）-1993，化学过程的安全自动化导则化学过程的安全自动化导则。 英国健康与安全执行委员会制定的英国健康与安全执行委员会制定的HSE PES-1987，可编程电子系统在安全领域的应用可编程电子系统在安全领域的应用。SIS的相关标准及认证机构的相关标准及认证机构 德国国家标准中有安全系统制

13、造厂商标准德国国家标准中有安全系统制造厂商标准-DIN V VDE 0801、过程操作用户标准、过程操作用户标准-DIN V 19250和和DIN V 19251、燃烧管理系统标准、燃烧管理系统标准-DIN VDE 0116等。等。 德国技术监督协会（德国技术监督协会（TV）是一个独立的、权威的认）是一个独立的、权威的认证机构，它按照德国国家标准（证机构，它按照德国国家标准（DIN），将），将ESD所达所达到的安全等级分为到的安全等级分为AK1AK8，AK8安全级别最高。安全级别最高。其中其中AK4、AK5、AK6为适用于石油和化学工业为适用于石油和化学工业 取得取得TUV认证的认证的SIS产

14、品产品 SIS的相关标准及认证机构的相关标准及认证机构 在国内石化行业中应用的在国内石化行业中应用的SIS产品中，经过产品中，经过TUV认证的主要认证的主要有：有：nTricon、Triden，美国，美国Triconex公司开发用于压缩机综合公司开发用于压缩机综合控制（控制（ITCC）和紧急停车系统。安全等级为）和紧急停车系统。安全等级为AK6（SIL3）。）。nFSC（Fail safe control），由荷兰），由荷兰P&F（Pepper&Fuchs）公司开发，公司开发，1994年被年被Honeywell公司收购。安全等级可达公司收购。安全等级可达AK6（SIL3）SIS的相关标准及认证

15、机构的相关标准及认证机构 nHIMA PES，HIMA是德国一家专业生产安全控制设备的是德国一家专业生产安全控制设备的公司，公司，PES (Programmable Electronic System)是可编程电是可编程电子系统的简称，是近几年来国内引进较多的一种安全仪表子系统的简称，是近几年来国内引进较多的一种安全仪表系统。主要由系统。主要由H41q和和H51q系统组成。系统组成。H41q也叫小系统，也叫小系统，它分为不冗余的系统和冗余的系统，不冗余系统型号为它分为不冗余的系统和冗余的系统，不冗余系统型号为H41qM，冗余系统又分为高可靠系统，冗余系统又分为高可靠系统H41qH和高性能和高性

16、能系统系统H41qHR。H51q称为模块化的系统，它也分为不冗称为模块化的系统，它也分为不冗余的系统和冗余的系统，不冗余的系统型号为余的系统和冗余的系统，不冗余的系统型号为H51qH和和高性能系统高性能系统H51qHR。各种型号的。各种型号的PES都具有都具有TUV AK16级认证。级认证。SIS的相关标准及认证机构的相关标准及认证机构 nProsafeRS，是横河电机安全仪表系统，其特点是与，是横河电机安全仪表系统，其特点是与CENTUMCS.3000 R3的技术融合，即实现了与的技术融合，即实现了与DSC的无的无缝集成。非冗余取量即可实现缝集成。非冗余取量即可实现SIL3，通过冗余取量实现更，通过冗余取量实现更高的可用性。高的可用性。nQUADLOG，由，由MOORE公司开发，日本横河电机公司收公司开发，日本横河电机公司收购后称购后称prosafe plc，其，其1oo2D结构安全等级达结构安全等级达AK6 (SIL3)；nSIMATICS7400F/FH，德国，德国SIEMENS公司产品。公司产品。400F和和400FH分别为分别为1个个CPU和和2个个CPU运行运行fail-s