 2014年，國家安監(jiān)總局發(fā)布了安監(jiān)總管三 [2014] 116號 《關于加強化工安全儀表系統管理的指導意見》，2020年初，國務院安全生產委員會印發(fā)了《全國安全生產專項整治三年行動計劃》，相關附錄里再次強調了安全儀表系統的重要性，本文將簡單介紹安全儀表系統的功能、特點等，歡迎廣大讀者朋友提出寶貴意見。 安全儀表系統 SIS的全稱是安全儀表系統，它對裝置或設備可能發(fā)生的危險采取緊急措施，并對繼續(xù)惡化的狀態(tài)進行及時響應，使其進入一個預定義的安全停車工況，從而使危險和損失降到最低程度，保證生產設備、環(huán)境和人員安全。目前，SIS已經被廣泛應用于石化等流程工業(yè)領域，是工廠企業(yè)自動控制中的重要組成部分。 SIS涉及的一些專業(yè)術語 （摘自GB/T50770-2013）： 安全儀表系統/safety instrumented system 實現一個或多個安全儀表功能的儀表系統。 過程風險/process risk 因非正常事件引起過程條件改變而產生的風險。 安全生命周期/safety lifecycle 從工程方案設計開始到所有安全儀表功能停止使用的全部時間。 安全儀表功能/safety instrumented function 為了防止、減少危險事件發(fā)生或保持過程安全狀態(tài)，用測量儀表、邏輯控制器、最終元件以及相關軟件等實現的安全保護功能或安全控制功能。 安全完整性/safety integrity 在規(guī)定的條件和時間內，安全儀表系統完成安全儀表功能的平均概率。 安全完整性等級/safety integrity level 安全功能的等級，安全完整性等級由低到高為SIL1~SIL4。 危險失效/dangerous failure 可能導致安全儀表系統處于潛在危險或喪失功能的失效。 測量儀表/sensor SIS的組成部分，用于測量過程變量的設備。 邏輯控制器/logic solver SIS的組成部分，用于測量過程變量的設備。 最終元件/final element SIS的組成部分，執(zhí)行邏輯控制器指令或設定的動作，使過程達到安全狀態(tài)的設備。 基本過程控制系統/basic process control system 相應過程測量以及其他相關設備、其他儀表，控制系統或操作員的輸入信號，按過程控制規(guī)律、算法、方式，產生輸出信號實現過程控制及其相關設備運行的系統。 故障安全/failsafe 安全儀表系統發(fā)生故障時，使被控制過程轉入預定安全狀態(tài)。 冗余/redundancy 采用獨立執(zhí)行同一個功能的兩個或多個部件或系統，互為備用及切換。 容錯/fault tolerant 在出現故障或錯誤時，功能單元仍繼續(xù)執(zhí)行規(guī)定功能的能力。 觸點/mechanical contact 由到點的金屬元件組成的機械式電氣器件，在外界因素作用下可以改變接通或斷開到點狀態(tài)。 接點/contact 在外界因素作用下可以改變接通或斷開到點狀態(tài)的電氣器件。 SIS的基本原則
SIS被定義為實現一個或多個安全儀表功能的儀表系統。SIS包括測量儀表、邏輯運算器和最終元件、關聯軟件及部件。目前，儀表保護系統IPS、安全聯鎖系統SIS（Safety Interlocking System）、緊急停車系統ESD、壓力保護系統HIPPS和火氣保護系統F&GS等都屬于安全儀表系統的范疇。 SIS在生產裝置的開車、停車、運行以及維護期間，對人員健康、裝置設備及環(huán)境提供安全保護。無論是生產裝置本身出現的故障危險，還是人為因素導致的危險以及一些不可抗拒因素引發(fā)的危險，SIS都應立即做出正確反應并給出相應的邏輯信號，使生產裝置安全聯鎖或停車，阻止危險的發(fā)生和事故的擴散，使危害減少到最小。 安全儀表系統應具備高的可靠性、可用性和可維護性。當安全儀表系統本身出現故障時仍能提供安全保護功能。  SIS主要特點
1.一定的安全完整性等級 SIS充分考慮了系統的整體安全生命周期，提出了評估安全完整性等級（SIL）的方法，規(guī)范了為實現必要的功能安全所使用的工具與措施。SIS系統的設計與開發(fā)過程必須遵循IEC61508，并應通過獨立機構（如德國TüV）的功能安全評估和認證，取得認證證書，才能在工業(yè)現場中應用。 2.較高的可用性和可維護性 SIS系統的構成部分應充分考慮到構成單元所能達到的安全儀表功能，其采用的邏輯冗余結構構成形式，以及系統本身的單一故障是否會造成系統的誤停車等。同時，還要考慮系統帶故障運行時，是否可對故障卡件在線維護，而不需要停整個系統。 3.容錯性的多重冗余系統 SIS系統一般采用多重冗余結構以提高系統的硬件故障裕度，單一故障不會導致SIS系統安全功能喪失。如SIS系統主流的三重化結構（TMR）：它將三路隔離、并行的控制系統（每路稱為一個分電路）和廣泛的診斷集成在一個系統中，用三取二表決提供高度完善、無差錯，不會中斷控制。 4.全面的故障自診斷能力 SIS系統的安全完整性要求還包括避免失效的要求和系統故障控制的要求，同時，構成系統的各個部件均需明確故障診斷措施和失效后的行為。系統整體診斷覆蓋率一般高達90%以上。SIS系統的硬件具有高度可靠性，能承受大多數環(huán)境應力，如現場電磁干擾等，從而可以較好地應用于各種工業(yè)環(huán)境。 5.響應速度快 SIS系統的實時性很好，從輸入變化到輸出變化的響應時間一般在50～100ms，一些小型SIS系統的響應時間更短。 6.具備順序事件記錄功能 為了更好地進行事故分析與事后追憶，SIS一般具有事件順序記錄（SOE）功能，即可按時間順序記錄各個指定輸入和輸出及狀態(tài)變量的變化時間，記錄精度一般精確到毫秒級。 7.產品的功能安全設計 實現從傳感器到執(zhí)行元件所組成的整個回路的安全性設計，具有輸入/輸出（I/O）短路、斷線等監(jiān)測功能。 SIS與DCS等過程控制系統的區(qū)別
01 DCS用于生產過程的連續(xù)測量、常規(guī)控制（連續(xù)、順序、間歇等）、操作控制管理，保證生產裝置的平穩(wěn)運行；SIS用于監(jiān)視生產裝置的運行狀況，對出現異常工況迅速處理，使危害降到最低，使人員和生產裝置處于安全狀態(tài)。 02 DCS是“動態(tài)”系統，始終對過程變量連續(xù)進行檢測、運算和控制，對生產過程進行動態(tài)控制，確保產品的質量和產量；SIS是“靜態(tài)”系統，正常工況時，始終監(jiān)視生產裝置的運行，系統輸出不變，對生產過程不產生影響；非正常工況時，按照預先的設計進行邏輯運算，使生產裝置安全聯鎖或停車。 03 SIS比DCS安全性、可靠性、可用性要求更嚴格，因此SIS與DCS硬件理論上應獨立設置。 SIS的設計原則
當對儀表的安全系統進行設計時，必須遵循以下幾條基本原則： 可靠性原則 · 系統的可靠性是指在一定的時間間隔內，發(fā)生故障的概率。整個系統的可靠性是由組成系統的各單元可靠性的乘積，任何一個環(huán)節(jié)可靠性的下降都會導致整個系統可靠性的下降。人們通常對于邏輯控制系統的可靠性十分重視，往往忽視檢測元件和執(zhí)行元件的可靠性，使得整套安全儀表系統可靠性低，達不到降低受控設備風險的要求?？煽啃詻Q定系統的安全性。 可用性原則 · 可用性(可用度)是指可維修的產品在規(guī)定的條件下使用時，在某時刻正常工作的概率。可用性不影響系統的安全性，但系統的可用性低可能會導致裝置或工廠無法進行正常的生產。 而對于安全儀表系統對工藝過程的認知過程，還應當重視系統的可用性，正確地判斷過程事故，盡量減少裝置的非正常停工，減少開、停工造成的經濟損失。 故障安全原則 · 故障安全原則是指，當內部或外部原因使SIS失效時，被保護的對象(裝置)應按預定的順序安全停車，自動轉入安全狀態(tài)。具體體現為： (1)現場開關儀表選用常閉接點，工藝正常時，觸點閉合，達到安全極限時觸點斷開，觸發(fā)聯鎖動作； (2)電磁閥采用正常勵磁，聯鎖未動作時，電磁閥線圈帶電，聯鎖動作時斷電； (3)送往電氣配電室用來開/停電機的接點用中間繼電器隔離，其勵磁電路應為故障安全型； (4)作為控制裝置，“故障安全”意味著當其自身出現故障而不是工藝或設備超過極限工作范圍時，至少應該聯鎖動作。以便按預定的順序安全停車(這對工藝和設備而言是安全的)，進而通過硬件和軟件的冗余和容錯技術，在過程安全時間內檢測到故障，自動執(zhí)行糾錯程序，排除故障。 過程適應原則 · 安全儀表系統的設置必須根據工藝過程的運行規(guī)律，為工藝過程在正常運行和非正常運行時服務。正常時安全儀表系統不能影響過程運行，在工藝過程發(fā)生危險情況時安全儀表系統要發(fā)揮作用，保證工藝裝置的安全。這就是系統設計的過程適應原則。 獨立設置 · 所謂獨立設置原則，是指整個SIS系統應獨立于過程控制系統(如DCS)，以降低控制功能和安全功能同時失效的概率，使其不依附于過程控制系統就能獨立完成自動保護聯鎖的安全功能。要求獨立設置的單元應當有檢測元件、執(zhí)行元件、邏輯運算元件、通訊設備。復雜的SIS應該合理分解為多個子系統，各個子系統應該相對獨立，且分組設置后備手動功能。 中間環(huán)節(jié)最少原則 · SIS的中間環(huán)節(jié)應該是最少的。一個回路中儀表越多可靠性越差，典型情況是本安回路的應用。因此可盡量采用隔爆型儀表，減少由于安全柵而產生的故障源，減少誤停車。 冗余原則 · 針對測量儀表，SIL1級安全儀表功能，可采用單一測量儀表；SIL2級安全儀表功能，宜采用冗余測量儀表；SIL3級安全儀表功能，應采用冗余測量儀表；當要求高安全性時，應采用“或”邏輯結構；當要求高可用性時，應采用“與”邏輯結構；當安全性和可用性均需保障時，應宜采用“三取二”邏輯結構。 針對最終元件，SIL1級安全儀表功能，可采用單一控制閥；SIL2級安全儀表功能，宜采用冗余控制閥；SIL3級安全儀表功能，應采用冗余控制閥；可采用1臺調節(jié)閥和1臺切斷閥，也可采用2臺切斷閥。控制閥的冗余設置并不表示冗余設置就對應安全完整性等級。不能冗余配置控制閥的場合，采用單一控制閥，但配套的電磁閥宜冗余配置。安全儀表系統的電磁閥應優(yōu)先選用耐高溫絕緣線圈，長期帶電型，隔爆型。在工藝過程正常運行時，電磁閥應勵磁（帶電）；在工藝過程非正常運行時，電磁閥非勵磁（失電）。 針對邏輯控制器，SIL1級安全儀表功能，宜采用冗余邏輯控制器；SIL2級安全儀表功能，應采用冗余邏輯控制器；SIL3級安全儀表功能，必須采用冗余邏輯控制器。 安全儀表系統與基本過程控制系統通信接口應冗余配置， 冗余通信接口應有診斷功能。 SIS系統管理的任務是通過加強專業(yè)技術管理，保持SIS系統設備的完好狀況，保證安全生產，減少非計劃停工，避免重大設備及人身傷亡事故的發(fā)生，提高公司整體經濟效益。那么日常維護和管理我們應該怎么做呢？ SIS聯鎖保護系統的前期管理是指規(guī)劃、設計、選型、購置、安裝、投運階段的全部管理工作，是全過程管理的重要部分。為使壽命周期費用最經濟、綜合效率最高，必須重視前期管理工作。
對設計選型的可靠性、維修性、適用性、經濟性、先進性、安全性提出要求。SIS聯鎖保護系統設計應符合《GB 50770-2013 石油化工安全儀表系統設計規(guī)范》。
嚴格進廠質量驗收程序，進口設備應有必備的維修配件。設備管理部應參與SIS聯鎖保護系統的購置，并負責或參與技術協議的簽訂工作。 SIS聯鎖保護系統施工必須按設計要求及《SHT3521-2015石油化工儀表工程施工技術規(guī)程》進行。在新、改、擴建工程中負責儀表設備施工的單位必須具有相應的施工資質，具有按設計要求進行施工的能力，具有健全的工程質量保證體系。 設備管理部應負責或參與儀表設備工程項目的竣工驗收等方面的工作。竣工驗收必須按設計要求及相關規(guī)范進行。要做到竣工資料齊全，工程竣工驗收資料應包括： （1）工程竣工圖（包括裝置整套儀表自控設計圖紙及竣工圖）。 （2）設計修改文件和材料代用文件。 （3）隱蔽工程資料和記錄。 （4）SIS聯鎖保護系統安裝及質量檢查記錄。 （5）電纜絕緣測試記錄。 （6）接地電阻測試記錄。 （7）儀表風和導壓管等掃線、試壓、試漏記錄。 （8）SIS聯鎖保護系統和材料的產品質量合格證明。 （9）SIS聯鎖保護系統校準和試驗記錄。 （10）回路試驗和系統試驗記錄。 （11）SIS聯鎖保護系統交接清單。 （12）報警、聯鎖系統調試記錄。 （13）SIS聯鎖保護系統組態(tài)記錄工作單。 （14）未完工程項目明細表等。 （15）SIS聯鎖保護系統說明書。 其中：（1）、（2）、（10）、（15）內容除檔案部門外還應交給SIS聯鎖保護系統維護部門、SIS聯鎖保護系統管理部門及使用單位。 SIS聯鎖保護系統投用前，使用單位和/或維護單位應根據設備的特點編制相關規(guī)程，開展技術培訓、事故預案演練等工作。 1
由于工藝、設備原因需變更SIS聯鎖保護系統的由生產裝置負責辦理，由于儀表原因需變更SIS聯鎖保護系統的由電儀車間負責辦理，工藝聯鎖保護系統，由裝置經理負責審核；關鍵機組等設備的SIS聯鎖保護系統由設備部主管人員負責審核，主管副總批準，儀表（電儀）專業(yè)負責實施。
由于工藝過程原因需臨時停運SIS聯鎖保護系統，必須由工藝裝置負責辦理，經生產裝置主任同意簽字，各車間負責SIS聯鎖系統投切的專職人員負責實施。由于儀表原因需檢修，臨時停運SIS聯鎖保護系統，由儀表專業(yè)人員辦理，經生產裝置主任同意簽字后方可進行作業(yè)。因以上兩種原因臨時停運的SIS聯鎖保護系統，必須限期恢復，雙方作好備案。
由于工藝過程原因的由工藝裝置負責辦理，由于儀表原因的由儀表負責辦理，儀表專業(yè)人員執(zhí)票作業(yè)。生產技術部、工藝裝置、設備部存檔。
新增SIS聯鎖保護系統，需經公司設備管理部向電儀車間下達任務書和圖紙、資料，由各裝置設備部儀表專業(yè)負責執(zhí)行。 在摘除SIS聯鎖保護前，必須由生產裝置工藝人員制定預案并采取相應措施，并經兩名及以上儀表作業(yè)人員確認，然后摘除聯鎖。摘除聯鎖后要檢查確認。 儀表專業(yè)人員處理SIS聯鎖保護系統中的問題時，事先必須確定聯鎖解除方案，采取可靠措施，對程序進行修改、增刪，還必須保證不影響DCS、PLC、SIS的正常運行。對于處理問題過程中涉及的檢測儀表、開關、繼電器、聯鎖程序、執(zhí)行器及其附件等，必須有兩人以上確認核實，并有專人監(jiān)護，然后嚴格按照操作規(guī)程進行作業(yè)。
SIS聯鎖保護系統的操作開關、按鈕均由車間指定人員操作。 SIS聯鎖保護系統所用檢測元件、邏輯單元、執(zhí)行元件，必須隨裝置、機組大檢修進行檢修、校驗。 SIS聯鎖保護系統儀表、設備及附件等，必須有明顯的紅色聯鎖標記；緊急停車按鈕、開關，應設防護罩。 根據儲備標準和備品配件管理規(guī)定，聯鎖保護系統必須儲備足夠的備品配件，聯鎖保護系統的供電系統元器件、一次檢測元件、邏輯單元、執(zhí)行單元儀表等必須按規(guī)定的使用周期定期更新。 1
全面檢查SIS控制系統硬件的狀況，將異常情況做好記錄，并列入下次檢修項目：
全面檢查SIS控制系統軟件的狀況，將異常情況做好記錄，并列入下次檢修項目：
運行期間維護項目
檢修前，應按SIS控制系統的正常停電程序停運設備，關閉電源，拔下待檢修設備電源插頭； 機柜檢修：（1）機柜除塵，對每個需清掃的模件的機柜和插槽編號，跳線設置作好詳細，準確的記錄。清掃模件，散熱風扇等部件；模件檢查完畢，機柜，機架和槽位清掃干凈后，按照模件上的機柜和插槽編號將模件逐個裝回到相應槽位中，就位必須準確無誤，可靠；（2）檢查SIS控制系統后備電池，電量不足應及時更換新電池；（3）模件檢查內容：SIS控制系統各模件中的電子元器件應無燒痕，破損現象；元件間連接插針應無變形，磨損；對模件安裝底板變形的插針進行矯正，插針斷裂的底板應進行更換；檢修后要求底板固定牢固，插針完整，無變形和斷裂；檢查SIS控制系統的所有I/O柜及中間柜的通信電纜接頭，分離器和分支器等應連接良好，特別是接頭內的屏蔽線須固定扎實；恢復系統，檢查各I/O模件，回路接線和插件應緊固無松動，各設置開關（DIP開關）和跳線設置正確；（4）確認電纜接線正確后，恢復供電；檢查風扇轉向正確，各模件指示燈正常，并在顯示器上確認SIS控制系統通信正常，無報警和出錯信息； 工程師站、操作站檢修：（1）工程師站、操作站除塵， 清掃機殼內，外部件及散熱風扇。清掃后應清潔，無灰，無污漬，散熱風扇轉動靈活。（2）接通電源啟動后，設備應無異音，異味等異?，F象發(fā)生，能正常地啟動并進入操作系統，自檢過程無出錯信息，各狀態(tài)指示燈及界面顯示正常；檢查散熱風扇轉動應正常無卡澀，方向正確；顯示器畫面應清晰，按鈕功能正常；鼠標應靈活無滯澀，響應正確；鍵盤的各鍵應反應靈敏，響應正確；（3）啟動應用系統軟件過程應無異常，無出錯信息提示；（4）檢查各操作員站、工程師站和服務站的用戶權限設置，應符合管理和安全要求； 對于有防靜電要求的設備，檢修時必須做好防靜電措施，工作人員必須帶好防靜電接地腕帶，并盡可能不觸及電路部分；拆卸的設備應放在防靜電板上，吹掃用壓縮空氣槍應接地； 吹掃用的壓縮空氣須干燥無水，無油污，壓力應控制在0.05MPa左右；清潔用吸塵器須有足夠大的功率，以便及時吸走揚起的灰塵；設備清洗須使用專用清洗劑； 網絡及接口設備檢修：（1）更換故障網線或光纜；檢修后通信電纜應無破損，斷線，光纜布線應無彎折；網線或光纜應綁扎整齊，固定良好；（2）對交換機、轉發(fā)器、光端機等網絡設備內、外進行清掃、檢修，緊固接線；檢修后設備外觀應清潔無塵、無污漬，各連接線或電纜的連接應正確、無松動、無斷線；各接插頭完好無損，接觸良好；（3）通電后，檢查模件指示燈狀態(tài)或通過系統診斷功能，確認通信模件狀態(tài)和通信總線系統應工作正常，無異常報警。冗余總線應處于冗作工作狀態(tài)，交換機、轉發(fā)器、總線模件等通電后指示均應顯示正常。查看每個控制系統，所有I/O通道及其通信指示均應正常； 模件電源、系統電源和機柜電源檢修：清掃電源設備和風扇， 檢修后設備應清潔無灰，無污漬；根據記錄標記插好所有插頭并確認正確后上電。 上電檢查試驗：
操作員站冗余切換試驗：（1）對于并行工作的設備，如操作員站等，停用其中一個或一部分設備，應不影響整個計算機控制系統的正常運行；（2）對于冗余切換的設備，當通過停電或停運應用軟件等手段使主運行設備停運后，從運行設備應立即切換備用設備運行狀態(tài)；（3）按同樣方法進行反向切換試驗；（4）上述試驗過程中，除發(fā)生與該試驗設備相關的故障報警外，系統不得發(fā)生出錯，死機或其他異?，F象，故障診斷顯示應正確。 主控制器和模件冗余切換試驗：（1）選擇下列方法進行主控制器或模件的冗余切換試驗：取出主運行的主控制器或模件的保險；將主運行的主控制器或模件拔出（模件可帶電插拔時）。按同樣方法進行反向切換試驗；（2）試驗過程中，系統應能無擾動切換到備用控制器或模件運行，故障診斷顯示應正確，除模件故障和冗余失去等相關報警外，系統應無任何異常發(fā)生。 通信總線冗余切換試驗：（1）投切通信網絡上任意節(jié)點的設備，總線通信應正常； （2）在通信網絡任意節(jié)點上輪流切斷節(jié)點設備與總線間的某一通信連接線，系統應無出錯、死機或其他異?，F象；（3）選擇下列方法，進行通信總線冗余切換試驗：切斷主運行總線模件的電源；拔出主運行總線的插頭； 斷開主運行總線電纜或終端匹配器；（4）同樣方法進行反向切換試驗；（5）試驗過程中，通信總線應自動切換至冗余總線運行；指示燈指示和系統工作應正常；檢查系統數據不得丟失、通信不得中斷、故障報警正確、診斷畫面顯示應與試驗實際相符。 模件、系統或機柜供電冗余切換試驗：（1）模件、控制系統及機柜的冗余供電系統，應逐一進行冗余切換試驗：切斷工作電源回路，檢查備用供電須自動投入；對于冗余供電系統，切斷任一路供電；按同樣方法進行反向切換試驗；（2）上述試驗過程中，控制系統應工作正常，中間數據及累計數據不得丟失，故障診斷顯示應正確，系統不得發(fā)生出錯、死機或其他異?，F象。
模擬量輸入（AI）通道測試：用相應的標準信號源，在測點相應的端子上分別輸入量程的0、25%、50%、75%、100%信號，在操作員站或工程師站讀取該測點的顯示值，確保測量設備及測量回路能正常工作。 脈沖量輸入（PI）信號測試： 用標準頻率信號源，在測點相應的端子上分別輸入量程的10%，25%，50%，75%，100%信號，在操作員站或工程師站讀取該測點的顯示值，確保測量設備及測量回路能正常工作。 模擬量輸出（AO）信號測試：通過操作員站（或工程師站，或手操器），分別按量程的0，25%，50%，75%，100%設置各點的輸出值，確保自保設備動作正常。 開關量輸入（DI）信號測試：通過短接/斷開無源接點或加入/去除電平信號分別改變各輸入點的狀態(tài)，在操作員站或工程師站（手操器）上檢查各輸入點的狀態(tài)變化，確保正確無誤。 開關量輸出（DO）信號測試 系統組態(tài)和在線下載功能測試： （1）檢查工程師站權限設置應正確，以工程師級別登錄工程師站。 （2）根據工藝要求更改SIS控制系統邏輯組態(tài)，在條件許可情況下進行編譯生成，組態(tài)，在線，下裝，SOE等功能正常。 （3）檢查操作員站權限設置應正確，以操作員級別登錄操作員站。 （4）根據邏輯變更變更監(jiān)控畫面，畫面編輯軟件使用正常，檢查各流程畫面、參數監(jiān)視畫面等應無異常。報警，歷史趨勢功能正常。 1 設備管理部必須定期組織儀表、電氣、機械等專業(yè)人員會同生產裝置認真復查、審定各裝置SIS聯鎖保護系統的相關技術資料，建立健全SIS聯鎖保護系統的技術檔案。
|
|
|
