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深圳市奥图威尔科技有限公司
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产品简介
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安全仪表系统的发展趋势及设计规范
随着中国石油化工行业新建石化工厂生产装置经济规模大型化、千万吨级炼油和百万吨级乙烯一体化，规模生产装置密集程度越来越高，对生产操作、控制、管理、安全、环保及节能要求越来越严格，石油化工生产过程具有高温、高压、易燃、易爆等特点，国家安全监管总局于2014年11月13日提出了加强化工安全仪表系统管理的指导意见（安监总管三〔2014〕116号文件），对加强化工安全仪表系统管理，防止和减少危险化学品事故发生提出了新的要求，并于2013年制定的石油化工安全仪表系统设计规范（GB/T 50770-2013）,许多属于重大化工（危险化学品）的企业开始重视安全仪表系统的建设，必将在未来的几年带动安全仪表系统的发展。
配置示意图
安全仪表系统的分级
SIL分级
◆ SIL是Safety Integrity Level的简称，中文意思是综合安全级别也称为安全度等级。是美国仪表学会（ISA）在S84.01标准中对过程工业中安全仪表系统所作的分类等级，分为1、2、3三级：
◆ SIL1级每年故障危险的平均概率为0.10～0.01之间；
◆ SIL2级每年故障危险的平均概率为0.01～0.001之间；
◆ SIL3级每年故障危险的平均概率为0.001～0.0001之间
SIL等级的确认
◆ 1级：装置可能很少发生事故。如发生事故，不会立即造成环境污染和人员伤亡，经济损失不大。用于本级别的安全仪表系统，需取得SIL1级和TüV2-3级认证，对装置和产品起一般的保护。
◆ 2级：装置可能偶尔发生事故。如发生事故，对装置和产品有较大的影响，并有可能造成环境污染和人员伤亡，经济损失较大。用于本级别的安全仪表系统，需取得SIL2级和TüV4级认证，对装置和产品提供保护。
◆ 3级：装置可能经常发生事故。如发生事故，对装置和产品将造成严重的影响，并造成严重的环境污染和人员伤亡，经济损失严重。用于本级别的安全仪表系统，需取得SIL3级和TüV5-6级认证，对装置和产品提供保护。
安全仪表系统的组成
◆ SIS系统的组成分为传感器部分、逻辑运算部分和最终执行器单元三部分。
◆ 传感器单元采用多台仪表或系统，将控制功能与安全联锁功能隔离，即传感器分开独立配置的原则，做到安全仪表系统与过程控制系统的实体分离。
◆ 最终执行元件（切断阀、电磁阀）是安全仪表系统中危险性的设备。
◆ 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。
A.控制器、传感器、执行器等设备要取得IEC61508 安全认证；
B.控制器应由冗余电源、控制器、通讯卡及I/O卡件组成，采用冗余容错技术，为故障安全型；
C.采用工业组态软件；
SIS系统的配置方案
上位机
工程师兼操作员站、工业组态软件、报表打印机、UPS电源、联网设备
安全控制器
GE PAC8000、西门子S7-400FH、贝加莱、艾默生
现场安全仪表
压力变送器、气体检测（有毒或可燃）、温度变送器、阀门、泵、ESD按钮
辅助操作盘
指示灯、启停按钮、ESD按钮、旁路开关
供电部分
SIS系统的供电分系统供电、安全控制器供电、现场仪表供电。系统供电主要是220VAC，要求由两路供电实现，一路是市电进入到UPS，由UPS供电（要求高的SIS系统，UPS系统要冗余配置），另外一路是业主方提供的发电机供电，两路供电经过冗余电源开关，同时对内供电；
安全控制器供电主要是由安全控制器厂家提供的开关电源，开关电源要冗余配置，两路交流220VAC进，一路直流电输出（一般有5VDC、12VDC等直流输出）；
现场仪表供电主要是由安全控制器厂家或其它厂家提供的开关电源，开关电源冗余配置，两路交流220VAC进，一路直流电输出（一般24VDC等直流输出）；
上位机部分
SIS系统的上位机部分主要作用是监控安全控制器的运行、现场安全仪表的运行、记录安全仪表的历史数据及开关输入变化记录（又叫SOE），具备报表打印及参数设置等功能，对SIS系统的作用是非决定性的，出现异常时，不由上位机发出指令，即使没有上位机也不影响SIS系统安全控制。所以对计算机、工业组态软件等配置要求不高。
安全控制器部分
SIS系统的安全控制器配置必须要符合安全等级的设计要求，如果设计要求安全等级要达到SIL2，那么安全控制器的所有设备必须取得SIL2的认证，否则就不能采用。目前国内的大部分SIS设计的安全等级要求都是SIL2以上，所以所配的安全控制器除了要取得认证，同时控制器的CPU、通讯模块、电源模块等要采取冗余配置、I/O模块要采用安全型的。
序号 | 名称 | 型号或规格 | 参数说明 | 数量 | 单位 | 厂家 |
一、SIS计算机系统 | ||||||
1 | 工业操作台 | AW-OP-VS1.1 | 普通式操作台,防火板台面，冷轧钢板,600*760*1000(宽*高*深) mm | 2 | 台 | 深奥图 |
2 | 工控机 | Intel酷睿双核3.3GHZ/2G/500G/DVDRW/22″宽/键鼠 | 1 | 台 | ||
3 | 工业组态软件 | IFIX、INTOUCH、WINCC等 | 1 | 套 | ||
4 | 不间断电源 | 3KVA，需外带电池，在线式，延时60分钟 | 1 | 台 | ||
5 | 报表打印机 | 黑白激光打印机,A4幅面；速度：14ppm；分辨率：600*600dpi；标配USB2.0接口，用于控制室 | 1 | 台 | ||
6 | 以太网交换机 | IES318 | 8口工业以太网交换机，工作温度：-10 ~ 60°C，隔离型冗余电源输入 | 1 | 台 | |
二、SIS控制器系统 | ||||||
1 | 可编程控制器 | SafetyNet符合IEC61508标准，通过安全认证，具有冗余控制器、冗余电源和网络，IO支持热插拔 | 1 | 套 | ||
（1） | 供电电源 | 冗余电源，220VAC输入，5A，12VDC/24VDC输出,控制器供电 | 2 | 块 | ||
（2） | 供电电源 | 冗余电源，220VAC输入，10A，24VDC输出,仪表供电 | 2 | 块 | ||
（3） | 控制器 | 冗余高速容错型CPU,带1个RJ45接口和2个串口 | 2 | 块 | ||
（4） | AI模块 | 8通道/块，4-20mA输入，带HART功能 | 1 | 块 | ||
（5） | DI/DO模块 | 8点DI/DO，24VDC，隔离型，模块即可以做DI模块，也可以做DO模块 | 1 | 块 | ||
（6） | 编程软件 | 安全控制器开发工具 | 1 | 套 | ||
2 | 安全仪表系统柜 | 2100mmX800mmX800mm | 高X宽X厚，柜体前后开门，材料为冷轧钢板，厚度为2.5mm，颜色RAL 7035；机柜配散热通风、照明等；含底座及连接件，要单独配280mm高的底座，指示灯，按钮等，设置在防爆区，需要做成正压柜 | 1 | 台 | 深奥图 |
3 | 以太网交换机 | 8口工业以太网交换机，工作温度：-10 ~ 60°C，隔离型冗余电源输入 | 1 | 台 | ||
4 | 端子式继电器 | 线圈电压：24VDC，干接点输出，2NO/2NC | 只 | |||
5 | 空气开关 | C65N 2P C10A | 个 | 施耐德 | ||
6 | 柜内接线端子 | 用于柜内电源或信号进线和出线端子 | 个 | SAK | ||
7 | 室内声光报警器 | 旋转LED闪光灯，24VDC | 1 | 台 | 深奥图 | |
8 | 室内紧急停车按钮 | 红色蘑菇头按钮（带防护罩）（常闭、自锁型），24VDC | 1 | 台 | 深奥图 | |
9 | 安全栅 | 一进二出，4~20mA输入，4~20mA输出，支持二线制、三线制变送器， 安全等级SIL2以上 | 个 | |||
10 | 220VAC电源防雷栅 | 标称工作电压:220V；持续工作电压:275V；标称放电电流:10kA；响应时间：≤25ns | 1 | 个 | ||
11 | 24VDC信号防雷栅 | 标称电压:24VDC；持续电压:28VDC；标称放电电流:2.5kA；放电电流:5kA；响应时间：≤1ns,用于DI及AI通道 | 个 | |||
12 | 柜内安装辅材及集成 | 包括DIN导轨、走线槽、柜内接线等 | 1 | 项 | 深奥图 | |
三、仪表系统 | ||||||
1 | 防爆区紧急停车按钮 | 红色蘑菇头按钮（带防护罩）（常闭、自锁型），24VDC，防爆等级：ExdIIBT6，带立柱 | 台 | |||
2 | 带热电阻一体化温度变送器 | PT100，两线制4-20mA，*传感器，DN25 PN25 法兰套管，316衬氟/316,￠16，防爆认证：ExdⅡBT4 | 台 | |||
3 | 压力变送器 | 量程：0.03-3MPA，电气接口:1/2"NPT，两线制4-20mA，防爆认证：ExdⅡBT4 | 台 | |||
4 | O型气动切断阀 | DN65，其它参数与设计院的仪表规格书为准 | 台 | |||
5 | 气体报警探测器 | 帶显示、带声光、固定式有毒气体报警器供电：24VDC，精度：±3%FS，防爆认证：ExdⅡCT6 Gb，防护等级：IP66，温度范围：-40℃～70℃，两线制/三线制4-20mA继电器输出 | 台 | |||
发电、煤气厂、化工、石化工业、管道以及石油、天然气行业
安全仪表系统的选型设计
1、设计的原则
SIS原则上应单独设置，独立与DCS和其他系统，并与DCS进行通信；
SIS应具有完善的诊断测试功能，SIS应采用经安全认证的控制器；
SIS关联的检测元件、执行机构原则上单独设置；
SIS中间环节应保持最少；
SIS应采用冗余或容错结构；
SIS应设计成故障安全型，I/O模件应带电磁隔离或光电隔离，每通道应相互隔离，可带电插拔；
来自现场的三取二信号应分别接到三个不同的输入卡；
当现场变送器信号同时用于SIS、DCS时，应先接到SIS系统后接到DCS系统；
采用SIS系统对变送器进行供电；
负荷不应超过50%；
电源应冗余配置；
采用等电位接地。
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（非励磁）；
电磁阀冗余配置时，有两种连接方式：
并联连接 -- 可用性好；
串联连接 -- 安全性好。
2、SIS传感器设计选用
独立设置原则： 1级 SIS传感器可与DCS共用；
2级 SIS传感器宜与DCS分开；
3级 SIS传感器应与DCS分开；
冗余设置原则： 1级 SIS传感器可采用单一的传感器；
2级 SIS传感器宜采用冗余的传感器；
3级 SIS传感器应采用冗余的传感器；
冗余选择原则: 保证系统的安全性时，采用“或"逻辑结构；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。
3、SIS逻辑运算器设计选用
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；
继电器用于I/O点较少,逻辑功能简单的场合；
可编程电子系统用于I/O点较多,逻辑功能复杂，与DCS、MES通信等场合；
可编程电子系统可以是经TUV认证的PLC系统，也可是DCS和其他专用系统；
独立设置原则： 1级SIS逻辑运算器宜与DCS分开；
2级SIS逻辑运算器应与DCS分开；
3级SIS逻辑运算器必须与DCS分开；
冗余设置原则： 1级SIS可采用单一的逻辑运算器；
2级SIS宜采用冗余或容错逻辑运算器；
3级SIS应采用冗余容错逻辑运算器；
4、SIS执行元件设计选用
执行元件：气动切断阀（带电磁阀），气动控制阀（带电磁阀），电动阀或液动阀等。
独立设置原则: 1级 SIS 阀门可与DCS共用，应确保SIS优先于DCS动作；
2级SIS阀门宜于DCS分开；
3级SIS阀门宜于DCS分开；
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；可采用一个控制阀和一个切断阀；
电磁阀设置原则：电磁阀应采用长期带电，低功耗，隔爆型；由SIS系统供电。
SIS与DCS的区别
SIS与DCS在石油、石化生产过程中分别起着不同的作用，如下图所示：生产装置从安全角度来讲，可分为3个层次：层为生产过程层，第二层为过程控制层，第三层为安全仪表系统停车保护层。
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