安全仪表系统培训讲义-燕山石化王立奉教学文案

燕山(yànshān)石化王立奉安全仪表(yíbiǎo)系统(SIS)第一页，共76页。1什么(shénme)是安全仪表系统?第二页，共76页。1什么(shénme)是安全仪表系统?在IEC61508中，SIS被称为安全相关系统（SafetyRelatedSystem）,将被控对象称为被控设备（EUC）。IEC61511将安全仪表系统SIS定义为用于执行一个或多个安全仪表功能（SafetyInstrumentedSystem）的仪表系统。SIS是由传感器（如各类开关(kāiguān)、变送器等）、逻辑控制器、以及最终元件（如电磁阀、电动门等）的组合组成。IEC61511又进一步指出，SIS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SIS的有机组成部分时，必须在安全规格书（SafetyRequirementSpecification,SRS)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SIS的绩效计算中。从SIS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（Electronic）和可编程电子系统（ProgrammableElectronicSystem），即E/E/PES三个阶段。第三页，共76页。图1SIS的构成(gòuchéng)检测(jiǎncè)单元输入(shūrù)模块控制模块输出模块执行单元PES下图为由PES构成的SIS第四页，共76页。SIS安全仪表(yíbiǎo)系统SIS仪表安包含全控制功能，也可包含仪表安全保护功能，或包含这两者。需要说明的是，这里所说的仪表控制功能，是指以连续模式(móshì)（ContinuousMode）操作并具有特定的SIL,用于防止危险状态发生或者减轻其发生的后果，与常规的PID控制功能是完全不同的概念。SIS可以包括或不包括软件SIS的一部分也可能是人的动作第五页，共76页。SIS安全仪表(yíbiǎo)系统如图2所示，这是一个气液分离容器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3）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(bìxū)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。第六页，共76页。图2安全仪表(yíbiǎo)回路图第七页，共76页。图2说明(shuōmíng)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停：起人工强制(qiángzhì)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。第八页，共76页。图3SIS逻辑图第九页，共76页。SIS安全(ānquán)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、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、周边环境污染等恶性事故。这就是说，从安全的角度出发(chūfā)，石油和化工生产过程自身存在着固有的风险。总之，SIS是一种经专门机构认证，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。第十页，共76页。SIS安全(ānquán)仪表系统按照SIS的定义，下述系统均属于安全仪表系统：安全联锁系统（SafetyInterlockSystem—SIS）安全关联系统（SafetyRelatedSystem—SRS）仪表保护(bǎohù)系统（InstrumentProtectiveSystem—IPS）透平压缩机集成控制系统（IntegratedTurbo&CompressorControlSystem—ITCC）火灾及气体检测系统（Fireandgassystems—F&G）紧急停车系统（EmergencyShutdownDevice—ESD）燃烧管理系统（BurnerManagementSystem）列车自动防护系统（ATP）第十一页，共76页。2SIS的相关标准(biāozhǔn)及认证机构第十二页，共76页。SIS的相关(xiāngguān)标准及认证机构鉴于SIS涉及到人员、设备、环境的安全，因此各国均制定(zhìdìng)了相关的标准、规范，使得SIS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安全等级进行确认。这些标准、规范及认证机构主要有：我国石化集团制定(zhìdìng)的行业标准SHB-Z06-1999《石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则》。2006年、2007年等同采用IEC61508、IEC61511的中国国家标准GB/T20438、GB/T21109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。第十三页，共76页。SIS的相关标准(biāozhǔn)及认证机构国际电工委员会1997年制定的IEC61508/61511标准，对用机电设备（继电器）、固态电子设备、可编程电子设备（PLC）构成的安全联锁系统的硬件、软件及应用作出了明确规定。美国仪表学会制定的ISA-S84.01-1996《安全仪表系统在过程工业中的应用》。美国化学工程(huàxuéɡōnɡchénɡ)学会制定的AICHE（ccps）-1993，《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HSEPES-1987，《可编程电子系统在安全领域的应用》。第十四页，共76页。SIS的相关(xiāngguān)标准及认证机构德国国家标准中有安全系统制造厂商标准-DINVVDE0801、过程操作用户标准-DINV19250和DINV19251、燃烧管理系统标准-DINVDE0116等。德国技术监督协会（TÜV）是一个独立的、权威(quánwēi)的认证机构，它按照德国国家标准（DIN），将ESD所达到的安全等级分为AK1～AK8，AK8安全级别最高。其中AK4、AK5、AK6为适用于石油和化学工业取得TUV认证的SIS产品第十五页，共76页。SIS的相关(xiāngguān)标准及认证机构在国内石化行业中应用的SIS产品中，经过TUV认证的主要(zhǔyào)有：Tricon、Triden，美国Triconex公司开发用于压缩机综合控制（ITCC）和紧急停车系统。安全等级为AK6（SIL3）。FSC（Failsafecontrol），由荷兰P&F（Pepper&Fuchs）公司开发，1994年被Honeywell公司收购。安全等级可达AK6（SIL3）第十六页，共76页。SIS的相关标准及认证(rènzhèng)机构HIMAPES，HIMA是德国一家专业生产安全控制设备的公司，PES(ProgrammableElectronicSystem)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系统。主要由H41q和H51q系统组成(zǔchénɡ)。H41q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H41q—M，冗余系统又分为高可靠系统H41q—H和高性能系统H41q—HR。H51q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H51q—H和高性能系统H51q—HR。各种型号的PES都具有TUVAK1~6级认证。第十七页，共76页。SIS的相关(xiāngguān)标准及认证机构Prosafe—RS，是横河电机安全仪表系统，其特点是与CENTUMCS.3000R3的技术融合(rónghé)，即实现了与DSC的无缝集成。非冗余取量即可实现SIL3，通过冗余取量实现更高的可用性。QUADLOG，由MOORE公司开发，日本横河电机公司收购后称prosafeplc，其1oo2D结构安全等级达AK6(SIL3)；SIMATICS7—400F/FH，德国SIEMENS公司产品。400F和400FH分别为1个CPU和2个CPU运行fail-safe（F）用户程序，均取得TUV认证，安全等级为AK1~AK6（SIL1~SIL3）；第十八页，共76页。SIS的相关标准(biāozhǔn)及认证机构RegentTrusted，美国ICS利用宇航技术开发(kāifā)的安全系统。安全等级AK4~AK6（SIL2~SIL3）；GMR90-70，美国GEFanuc公司开发(kāifā)。其中GMR90-70(模块式冗余容错)的安全等级为class5（2oo3），class4（1oo2）和class5（2oo2）；TRIGUARDSC300E，AUGUST公司开发(kāifā)，1999年成为ABB集团成员之一，安全等级为class5和class6，系统结构为2oo3；Safeguard400&300，ABBIndustry公司开发(kāifā)，系统结构1oo2D。第十九页，共76页。3SIS和DCS的比较(bǐjiào)第二十页，共76页。SIS和DCS的比较(bǐjiào)DCS与由PES构成的SIS的主要(zhǔyào)区别有：DCSSIS构成不含检测、执行含检测、执行单元作用（功能）使生产过程在正常工况乃至最佳工况下运行超限安全停车工作动态、连续静态、间断安全级别低、不需认证高、需认证第二十一页，共76页。SIS和DCS的比较(bǐjiào)系统的组成：DCS一般是由人机界面操作站、通信总线及现场控制站组成；而SIS系统是由传感器、逻辑解算器和最终元件三部分组成。及DCS不含检测执行部分。实现功能：DCS用于过程连续测量(cèliáng)、常规控制（连续、顺序、间歇等）操作控制管理使生产过程在正常情况下运行至最佳工况；而SIS是超越极限安全即将工艺、设备转至安全状态。工作状态：DCS是主动的、动态的，它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程动态控制确保产品质量和产量。而SIS系统是被动的、休眠的。第二十二页，共76页。SIS和DCS的比较(bǐjiào)安全级别：DCS安全级别低，不需要安全认证；而SIS系统级别高，需要安全认证。应对失效方式：DCS系统大部分失效都是显而易见的，其失效会在生产的动态过程中自行显现(xiǎnxiàn)，很少存在隐性失效；SIS失效就没那么明显了，因此确定这种休眠系统是否还能正常工作的唯一方法，就是对该系统进行周期性的诊断或测试。因此安全仪表系统需要人为的进行周期性的离线或在线检验测试，而有些安全系统则带有内部自诊断。第二十三页，共76页。4SIS设计(shèjì)应遵循的原则第二十四页，共76页。SIS设计(shèjì)应遵循的原则原则上应独立设置（含检测和执行(zhíxíng)单元）；中间环节最少；应为故障安全型；采用冗余容错结构。第二十五页，共76页。5故障安全原则(yuánzé)第二十六页，共76页。故障安全原则(yuánzé)组成SIS的各环节自身出现故障的概率不可能为零，且供电、供气中断亦可能发生。当内部或外部原因使SIS失效时，被保护的对象（装置）应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态（FaulttoSafety），这就是故障安全原则。具体体现：现场开关仪表选用常闭接点，工艺正常时，触点闭合，达到安全极限时触点断开，触发联锁动作，必要时采用(cǎiyòng)“二选一”、“二选二”或“三选二”配置。电磁阀采用(cǎiyòng)正常励磁，联锁未动作时，电磁阀线圈带电，联锁动作时断电。第二十七页，共76页。故障安全原则(yuánzé)送往电气配电室用以开/停电机的接点用中间继电器隔离，其励磁电路应为故障安全型。作为控制装置（如PLC）“故障安全”意味着当其自身出现故障而不是工艺或设备超过(chāoguò)极限工作范围时，至少应该联锁动作，以便按预定的顺序安全停车（这对工艺和设备而言是安全的）；进而应通过硬件和软件的冗余和容错技术，在过程安全时间（PST-ProcessSafetyTime）内检测到故障，自动执行纠错程序，排除故障。第二十八页，共76页。6隐故障(gùzhàng)与显故障(gùzhàng)第二十九页，共76页。隐故障(gùzhàng)与显故障(gùzhàng)隐故障（CovertFault）：不对危险产生报警，允许危险发展的故障，是故障危险故障（SHB-Z06-1999）。CovertFault：Faultthatcanbeclassifiedashidden，concealed，undetected，unrevealed，latent，ect.（ISA-S84.01-1996）显故障（OvertFault）：能显示(xiǎnshì)出故障自身存在的故障，是故障安全故障（SHB-Z06-1999）。OvertFault：Faultthatcanbeclassifiedasannounced，detected，revealed，ect.（ISA-S84.01-1996）第三十页，共76页。隐故障(gùzhàng)与显故障(gùzhàng)SIS系统拒动：当工艺条件达到或超过安全极限时，SIS本应引导工艺过程停车，但由于其自身存在隐性故障（危险故障），譬如输出开关(kāiguān)被误连短路，而不能响应此要求，即该停车而拒停，降低了安全性。危险失效定义为这样一些失效，这些失效会阻止SIS系统对潜在的危险工况做出反应。第三十一页，共76页。隐故障(gùzhàng)与显故障(gùzhàng)SIS系统误动：在图4中，当输出开关由于某种原因处于非激励状态，即使潜在的危险工况没有发生，SIS也会进入一种安全失效状态见图5，这种情况经常被称为“误动”。误动可能会以许多不同方式发生。例如(lìrú)，输入电路可能会发生故障，从而使逻辑解算器误认为是传感器检测到了危险工况，而事实上并没有这种情况发生。逻辑解算器本身也可能出现运算错误，并导致输出回路失电，输出回路可能出现开路。SIS的许多元件失效均会导致系统进入安全失效状态。第三十二页，共76页。图4正常运行(yùnxíng)时的正常激励系统SIS负载(fùzài)压力(yālì)开关开关量输入正常运行时开关闭合，非正常运行时开关打开+正常工作时输出开关处在激励状态非正常运行时输出开关处在失励状态输出开关+第三十三页，共76页。图5SIS负载(fùzài)压力(yālì)开关开关(kāiguān)量输入即使压力开关闭合，由于输入电路的故障SIS也会误认为它是打开的+输出电路发生开路故障逻辑解算器不能读取1输入，不能进行正常的逻辑运算，也不能生成逻辑1输出输出开关+第三十四页，共76页。PFS（安全故障概率）：正常激励的SIS系统在它的输出非激励时，就会处于故障状态，这有一个概率。称为安全故障概率（PFS），或称误动率。PFD（要求时失效(shīxiào)概率）：这是一个衡量安全性的指标，称为要求时失效(shīxiào)概率。它意味着系统是危险的。它不会再要求（潜在的紧急条件）发生时产生响应。SIS的功能安全安全仪表系统必须在工业系统出现危险情况时正确执行其对应的安全功能，安全仪表系统的这种特性被称为功能安全。功能安全实际上讲的是SIS系统自身的安全问题。第三十五页，共76页。SIS的安全(ānquán)功能如图6示安全仪表系统，该系统由一个压力变送器、一个阀门和一个安全PLC组成(zǔchénɡ)的SIS系统。压力变送器检测容器内压力并将其变换成合适的信号传送给安全PLC，安全PLC判断若压力超过了额定值则打开阀门以降低容器内压力，这被称为安全系统的一个安全功能。很明显例子中仪表安全系统只有一个安全功能。如果三个设备有一个或多个失效，安全功能将失效，即它将不能对压力容器内压力进行限制。因此安全仪表系统的安全性能由传感器、逻辑解算器和执行器三部分功能决定。SIS安全功能实际上讲的是让SIS执行什么样的安全任务，如何保护受控设备。第三十六页，共76页。图6反应器的安全仪表(yíbiǎo)系统

PSLogicsolve逻辑(luójí)解算器feedvalve进料阀Reactor反应器TSFeed进料PressureSensor压力(yālì)变送器TemperatureSensor温度变送器当反应器温度及压力超高达到危险状态时都要停车，关断进料阀。

第三十七页，共76页。7安全性及响应(xiǎngyìng)失效率第三十八页，共76页。安全性及响应(xiǎngyìng)失效率当工艺条件达到或超过安全极限值时，SIS本应引导工艺过程停车，但由于其自身存在隐故障（危险故障）而不能响应此要求，即该停车而拒停，降低了安全性。衡量安全性的指标为响应失效率或称要求的故障率（PFD：ProbabilityofFailureonDemand）。它是安全联锁系统按要求执行(zhíxíng)指定功能的故障概率。是度量安全联锁系统按要求模式工作故障率的目标值（SHB-Z06-1999）。不同的工业过程（如生产规模、原料和产品的种类、工艺和设备的复杂程度等）对安全的要求是不同的。上述的国际标准将其划分为若干安全完整性等级（SIL：SafetyIntegrityLevel）。第三十九页，共76页。安全(ānquán)完整性等级SafetyIntegrityLevel（SIL）安全完整性等级（SIL）是一种离散的等级，用来规定分配给E/E/PE安全相关系统安全功能的安全完整性要求。安全完整性等级可分为4个等级，SIL4是安全完整性最高的等级（平均概率最高），SIL1是最低等级；安全完整性等级越高，应执行所要求的安全功能的概率也越高；根据安全相关系统使用方式，要求发生的频率可分为低要求操作模式(móshì)（<=1次/年）和高要求或连续操作模式(móshì)（>1次/年）。第四十页，共76页。安全(ānquán)完整性等级SafetyIntegrityLevel（SIL）根据GB/T20438标准，在不同的操作(cāozuò)模式下，安全完整性的目标失效概率和目标风险降低见下表1-1和1-2。采用不同的操作(cāozuò)模式结构有可能使用几个安全完整性等级较低的系统来满足一个较高安全完整性等级功能的需要（例如：使用一个SIL2和一个SIL1的系统共同来满足一个SIL3功能的需要）。第四十一页，共76页。表1-1安全完整性等级：要求时的失效(shīxiào)概率低要求操作模式（平均失效概率）安全完整性等级（SIL）要求时的目标平均失效概率目标风险降低4≥10-5～<10-4

>10000～≤1000003≥10-4～<10-3

>1000～≤100002≥10-3～<10-2>100～≤10001≥10-2～<10-1>10～≤100第四十二页，共76页。表1-2安全完整性等级：SIF的危险失效(shīxiào)概率高要求或连续操作模式（每小时危险失效概率）安全完整性等级（SIL）执行仪表安全功能的目标危险失效概率4≥10-9～<10-8

3≥10-8～<10-7

2≥10-7～<10-6

1≥10-6～<10-5第四十三页，共76页。表1-3SIL与PFD的对应(duìyìng)关系ISA-S84.01IEC61508DINV19520(TUV)PFDSIL1SIL1AK110-1~10-2AK2AK3SIL2SIL2AK410-2~10-3SIL3SIL3AK510-3~10-4AK6SIL4AK710-4~10-5AK8第四十四页，共76页。8可用性及可用度第四十五页，共76页。可用性及可用度工艺(gōngyì)条件并未达到安全极限值，SIS不应引导工艺(gōngyì)过程停车，但由于其自身存在显故障（安全故障）而导致工艺(gōngyì)过程停车，即不该停车而误停，降低了可用性。可用度（A：Availability）是指系统可使用工作时间的概率，用百分数计算：（SHB-Z06-1999）MTBF：平均故障(gùzhàng)间隔时间（MeanTimeBetweenFailures）MDT：平均停车时间（MeanDowntime）第四十六页，共76页。MTTF、MTTR、MTBF与SIL的关系(guānxì)MTBF：平均故障间隔时间（MeanTimeBetweenFailure）MTTR：平均恢复(huīfù)时间（MeanTimetoRepair）MTTF：平均无故障时间（MeanTimetoFailure）例如：开车(kāichē)MTTF（SIS系统运行总时间）MTTR24h（SIS故障时间）MTBF2000h发生危险故障图7MTTF、MTTR和MTBF

第四十七页，共76页。MTTF、MTTR、MTBF与SIL的关系(guānxì)MTTF=MTTR+MTBFPFD=MTTR/（MTBF+MTTR）已知MTTR=24HMTBF=2000H则PFD=24/(24+2000)=0.0119所以硬件安全完整性等级达到(dádào)SIL1水平。第四十八页，共76页。9冗余(rǒnɡyú)和容错第四十九页，共76页。冗余(rǒnɡyú)和容错冗余（Redundant）：具有指定的独立的N：1重元件，并且可以自动地检测故障，切换到后备设备上。（SHB–Z06–1999）冗余系统（RedundantSystem）：并行地使用多个(duōɡè)系统部件，以提供错误检测和错误校正能力的系统。（SHB–Z06–1999）。第五十页，共76页。冗余(rǒnɡyú)和容错容错（FaultTolerant）：具有内部冗余的并行元件和集成逻辑，当硬件或软件部分故障时，能够识别故障并使故障旁路，进而继续(jìxù)执行指定的功能。或在硬件和软件发生故障的情况下，系统仍具有继续(jìxù)运行的能力。它往往包括三方面的功能：第一是约束故障，即限制过程或进程的动作，以防止在错误被检测出来之前继续(jìxù)扩大；第二是检测故障，即对信息和过程或进程的动作进行动态检测；第三是故障恢复即更换或修正失效的部件。（SHB–Z06–1999）第五十一页，共76页。冗余(rǒnɡyú)和容错容错系统（FaultTolerantSystem）：具有容错结构的硬件与软件系统。（SHB–Z06–1999）总之，通过(tōngguò)冗余和故障屏蔽的结合来实现容错。容错系统一定是冗余系统，冗余系统不一定是容错系统。容错系统的冗余形式有双重、三重、四重等。图8和图9、图10分别表示CPU冗余（双机热备）和三重化冗余容错系统。第五十二页，共76页。图8CPU冗余(rǒnɡyú)（双机热备）CPU1CPU2开关输入/输出现场(xiànchǎng)设备第五十三页，共76页。图9三重模块冗余容错(rónɡcuò)系统输入输入输入CPUCCPUB输出输出2oo3表决器输出CPUA输入端子输出端子第五十四页，共76页。图10三重信号冗余(rǒnɡyú)容错系统第五十五页，共76页。怎样通过冗余来改善系统的整体(zhěngtǐ)SIL水平当一个(yīɡè)SIS系统的安全完整性等级要求为SIL3，而实际配置为传感器为2.2×10-3(SIL2)，逻辑解算器为1.3×10-4(SIL3)（包括I/O接口），终端执行器为2.41×10-3（SIL2）,所以整个系统为SIL2不满足要求。于是我们改变传感器的配置结构，选择1oo2冗余，其中共因失效=10%，诊断覆盖率（DC）=90%，可以算出1oo2传感器的结构的PFD=2.3×10-4，达到SIL3的水平，同理可以配置执行器为1oo2冗余结构，也可达到SIL3的要求，于是最终整体SIS系统的SIL可以达到SIL3的要求。第五十六页，共76页。怎样(zěnyàng)通过冗余来改善系统的整体SIL水平这个问题的解决给我们以启示，当装置引进(yǐnjìn)一个SIS系统时，整体安全完整性等级不仅取决于逻辑解算器部分，而且传感器、终端执行器部分也非常关键。配置系统时，除了引进(yǐnjìn)一个SIL3的安全仪表系统，譬如FSC等，还要将传感器、终端执行器一并讨论。算出SIS整体的SIL数据，定量的安全仪表系统配置任务才算完成。第五十七页，共76页。冗余表决(biǎojué)方法及其安全性、可用性的关系可用性（A：Availability）是指系统可使用工作时间（连续运行时间）的概率(gàilǜ)，用百分数计算A值越大，可用性越好：A=MTBF/(MTBF+MTTR)而PFD=MTTR/(MTBF+MTTR)PFD越小则安全性越好。冗余逻辑表决方法及安全性-可用性的关系例子如下表所示。第五十八页，共76页。表决方法隐故障概率（拒动）显故障概率（误动）允许不允许安全性可用性一选一1oo10.02（短路的概率）0.04（开路的概率）存在隐故障和显故障差差二选一1oo20.0004（两个均短路的概率）0.08（只要有一个开路的概率）其中之一存在隐故障（仍可安全停车）其中之一存在显故障（将误停车）最好最差二选二2oo20.04（只要有一个短路的概率）0.0016（两个均开路的概率）其中之一存在显故障（不会误停车）其中之一存在隐故障（该停拒停）最差最好三选二2oo30.0012（三个中两个均短路的概率）0.0048（三个中两个均开路的概率）其中之一存在隐故障或显故障其中两个存在隐故障或显故障较好较好表2冗余逻辑(luójí)的表决方法及其与安全性、可用性的关系注：此表中故障概率(gàilǜ)数据摘自西门子公司资料第五十九页，共76页。冗余表决(biǎojué)方法及其安全性、可用性的关系以上可见：隐故障（危险故障）使SIS该动而拒动，隐故障概率越高，安全性越差。显故障（安全故障）使ESD不该(bùɡāi)动而误动，显故障概率越高，可用性越差。1oo2（二选一）安全性最好，但可用性最差；2oo2（二选二）可用性最好，但安全性最差；2oo3（三选二）可兼顾第六十页，共76页。10普通PLC和安全(ānquán)PLC的区别第六十一页，共76页。普通PLC和安全(ānquán)PLC的区别普通PLC和可以作为ESD控制部分的安全PLC的主要区别是：普通PLC不是按故障安全型设计的，当系统内部元件(yuánjiàn)出现短路故障时，它并不能检测到，因此其输出状态不能保证系统回到预定的安全状态。这种PLC只能用于安全度等级要求低的场合。现以输出电路为例予以说明。图11是普通PLCDO卡示意图。第六十二页，共76页。图11普通(pǔtōng)PLCDO卡示意图+24VDC来自CPU的控制信号接负载，如电磁阀0VDC12第六十三页，共76页。普通(pǔtōng)PLCDO卡当1、2两点短路时，来自PLC的控制信号将不起作用（失效），电磁阀将一直处于带电（励磁）状态(zhuàngtài)，即需要联锁动作（电磁阀释电停车）时，由于此故障的存在而拒动，其输出不能保证处于安全停车状态(zhuàngtài)。这就是违背了故障安全（FaulttoSafety）的原则。当1、2两点开路时，将导致误动作而停车，同样会带来损失。可见，这种普通PLC的DO卡输出电路的安全性和可用性都是不高的。第六十四页，共76页。图12安全性单容错(rónɡcuò)DO卡示意图“与”看门狗中央处理器+24VDC状态信号控制信号状态信号接负载，如电磁阀0VDC第六十五页，共76页。安全性单容错(rónɡcuò)DO卡图12所示为一种带有安全性单容错的DO卡示意图（它是HoneywellSMSFSC-101型输出示意图）。这里(zhèlǐ)，中央处理器不仅向串联的场效应管（FET）发出控制信号，而且还接受来自场效应管的状态反馈信号，以便对其输出进行全面测试。当测得某管输出发生短路时，中央处理器即启动纠错动作，隔离相关的故障。看门狗（WatchDog）是个多通道的计时器电路。它由中央处理器和内存等周期性地触发，如果两个触发之间的时间小于某设定值或者大于某最大值，则看门狗的输出将失效。同时看门狗还能监视内部工作电压，使之在正常的电压范围内。第六十六页，共76页。普通(pǔtōng)PLC和安全PLC的区别以上仅是DO卡上的差别。作为安全PLC，至少应具备以下几点：满足相关安全标准规范要求，且经过权威机构认证，取得了相应安全等级证书；在硬件和软件上采用冗余、容错措施，具有完善的测试手段，当检测到系统故障，特别是危险故障时能使系统回到安全状态；能进行系统故障报警(bàojǐng)，指示故障原因、故障位置，便于在线维护；能与DCS或其它设备进行通讯。第六十七页，共76页。11工艺过程风险的评估(pínɡɡū)及安全度等级的评定第六十八页，共76页。工艺过程风险(fēngxiǎn)的评估及安全度等级的评定不同的工艺过程（生产规模、原料和产品的种类、工艺和设备的复杂程度等）对安全的要求是不同的。一个具体的工艺过程，是否需要配置SIS、配置何种等级的SIS，要进行危险及可操作性分析（HAZOP），然后辨识与此分析相应的安全仪表功能（找到一个安全仪表连锁回路），再根据风险出现的频率(pínlǜ)和其产生的严重后果，找到一个SIL值，在确定了某个安全仪表功能的完整性等级（SIL）之后，再配置与之相适应的SIS。表1-3可以看出，若某工艺过程经评定后为SIL2，则配置达到AK4的SIS即可，其响应失效率（PFD）为百分之一至千分之一之间。第六十九页，共76页。工艺过程风险的评估及安全(ānquán)度等级的评定应该注意的是不同安全级别的SIS，只能确保响应失效率（PFD）在一定的范围内，安全级别越高的SIS，其PFD越小，即发生事故的可能性越小，但它不能改变事故造成的后果。因此，工艺过程安全完整性等级的评定是一项十分重要的工作。但目前我国尚无如何评定安全完整性等级的标准和规范。国际、国外标准中提供