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1、Esd(Emergency Shutdown Device):紧急停车系统,多数应用于石油和化工系统,是一个独立于DCS系统的控制单元,在工艺发生危险状况时,对设备,环境等进行紧急的启挺,开关操作。配置设备以高档的PLC居多,多数处理DI/DO点,现在多数与DCS进行通讯。SIS(SIS, safety instrumented system):安全仪表系统,主要用于汽轮机,压缩机等高速运转设备,对轴承的转速,震动,位移,温度等进行检测,对设备进行保护,原来设计多为模块组合,相当于与智能仪表的组合体。SIS是安全仪表系统,ESD是紧急停车系统,ESD属于SIS的一部分。SIS包括现场仪表、逻辑
2、解决器、执行机构三部分,这三个部分都要是安全设计的,常规的ESD系统只是SIS的逻辑解决器这部分,当然也要是安全设计的。随便举个例子,不一定合适,但是可以帮助理解这些概念。西门子的PCS7 系统。包含了S7-400H 硬件,WinCC 监控软件,Simaticnet 通讯软件。Step7编程软件。PDM等智能仪表工具。PCS7 是一系列软件,硬件的组合体,是一个系统的概念。SIS 基本上也是同样的道理。从本质上来讲,SIS 的硬件系统 不光包括,SIS控制器及IO(例如 Triconex,HIMA,西门子400FH)。还应包括 所有跟控制器接口的其他输入部件,例如 获得TUV SIL认证的 传
3、感器,变送器,检测装置;还应该包括 所有输出部件,如获得 TUV SIL认证的执行器(液压安全执行器,气动安全执行器,电动型安全执行器),还应该有 获得认证的现场设备。要求严格的现场,阀门本体也必须是有TUV 证书的。例如核电厂的安全阀不光是锅炉与压力容器质检合格,还应该有核检证书,还应该有 TUV的安规证书,明确标明是SIL几等级。那么,我们现在再来理解这些概念, 安全型控制器(目前这个叫法最科学)仅仅是 SIS系统硬件中的一环。安全型控制器的厂家 包括 Triconex,HIMA,西门子,Moore,ICS,ABB,EMerson等。这些安全型 控制器用于 紧急停车场合,则称之为 ESD。
4、用于油气田的火检和气体报警,则称之为 F&GS.用于危险场合的燃烧控制,则称之为BMS。ESD,F&GS,BMS 不是指Triconex,也不是指HIMA,更不是指 他们这些厂家的控制器。而是他们这些厂家的安全性控制器 用在这些不同的场合,有着这些不同的用途,所以有着这些不同的叫法。下一次,别人问你,为什么 Triconex 一会叫ESD,一会叫PSD,一会叫F&GS,一会叫BMS。还叫做SIS。 你应该理其含义。这些都是安全性控制器,或者叫安全性控制系统,或者IEC规范曾经叫过安全系统(PES),安全型电子装置。用在叫ESD的场合,就是ESD,用在叫F&GS 的场合,就是F&GS.而则是个完
5、整的,系统的概念。从其命名首先就可以看出来,其是个完整的,更关注整体性的一个概念,一个系统。整个安全性是建立在整个安全机制之上的,包括了安全性的控制器(如ESD,F&GS,BMS,),安全型的仪表,安全型执行器,安全型的软件(功能块库,连锁规范),甚至“安全的通讯功能”(目前很少有此叫法)。SIS的整体性概念还应包括贯穿整个安全控制系统 全生命周期的规范,如初期的设计,中期的施工,调试;末期的试运行,评估,验证。后续的维护。安全生命周期到限前的拆除。总之,SIS 的概念很完整,很庞大。第一个晕的,总是设计院,然后设计院把业主忽悠晕。然后很多做SIS,调ESD的人,搞了好几年,概念也是晕点。为什
6、么,这几年招标的时候,更多的提SIS的概念?从理论上说,只有ESD,“未必” 会是个完整的SIS控制系统。ESD仅仅是 SIS中的一环,而且是在实体硬件中,是最重要的一环。所以,很多人认为,SIS就是ESD。ESD就是SIS。有了ESD,再有了很多周边的配套设备。就可以组成一个SIS控制系统。用户想要的是一个完整的 安全性控制系统,所以这几年招投标 规范书都叫 SIS了,呵呵。老实说,确实换汤不换药,但是,至少说明了,我们的用户,在安全概念的整体性上有所进步,不管是被忽悠的进步了,还是自己提升进步了,总是进步了。类似的,(我曾亲口听某知名DCS的销售部副经理说,西门子的DCS,pcs7就是S7
7、-400 PLC,S7-400PLC 就是PCS7 DCS,呵呵)很多东西并不是简单的等同!ITCC。高速旋转设备的控制,如汽轮机组控制,空压机控制,高炉鼓风机控制。甚至涡轮发动机控制,燃气轮机控制是另外的概念。例如Triconex的控制器,除了能做 ESD,F&GS 外,还能做 ITCC。做ESD,F&GS 等 SIS概念下的系统,是要认证的,是必须有TUV的SIL等级证书的。而做ITCC的,则不是必需要,TUV的认证。同一家的同一个东西,用在不同的场合,有不同的用途,所以有不同的叫法。同样的道理,你的银子极其的多,你可以用 Triconex的系统来做PLC,或者小DCS 来用。这时候,你还
8、可以管 triconex叫PLC,或者DCS,都可以的。CCC是做 ITCC,不做ESD;横河,Emerson的安全系统则基本上只做ESD,F&GS,不做ITCC。Triconex是即做ESD,又做ITCC。SIS safety instrument system 安全仪表控制系统ESD Emergency shutdown 在石化一般叫ESD。在高压管线上叫HIPPS,在锅炉上叫FSSS,在汽机上叫ETS。ESD 是SIS的一部分,算是比较重要的组成部分 SIS=ESD+ 中间连线+现场仪表或者执行机构。ESD叫SIS是不太合理的叫法现在很多项目要求SIS系统达到SIL3,光是ESD达到SI
9、L3是不够,还需要现场的仪表达到该等级,并且构成的整个控制回路达到SIL3.ESD 刚进入国内的时候应该是ICS做得好,后来是HONEYWELL,然后是康吉森代理的triconex,2000以后HIMA才进来。最近好像triconex和HIMA的 市场份额要多点吧。另外ITCC是康吉森提出的叫法,由于跟IEC61508和11里面的内容有点冲突,据说现在设计院又开始改叫CCS了。参考电力系统ETS+DEH模式,我个人认为,压缩机控制还是控制和保护分开的好,采用 ESD+调速+防踹就练油厂的PCS(过程控制系统)情况来说,整个练油厂综合控制系统由DCS,ESD,CCS,MMS及CGTCS组成,DC
10、S承担控制的核心。Esd(Emergency Shutdown Device)-紧急停车系统(包括SOE),独立于DCS系统,是SIS(SIS, safety instrumented system):安全仪表系统主要组成在工艺发生危险状况时,对管线及设备紧急的关启,实现保护。在设计上从系统结构及通讯方式上与DCS不同,采用三选二(2-o-o-3 voting)Triconex系统及HART 通讯方式,与DCS进行以太网通讯。为保证全厂协调安全运行,ESD系统还需和CCS(压缩机控制系统),MMS(机器监视系统),CSTCS(燃气轮机控制系统),及MCC(电机控制中心)通讯,完成安全保护要求。
11、SIS是安全仪表系统,ESD属于SIS的一部分。SIS包括现场仪表、ESD系统、紧急开闭阀三部分,采用HART+4-20mA通讯连线,每个ESD回路均要做SIL评估。为实现SIL2 或SIL3 安全等极,采用两台电磁阀控制紧急开闭阀,三台差压变送器测量同一液位,采用雷达及超声各一台仪表测同一液位等方法。当然要做SIL计算验证,以确保系统达到要求。仪表安全等级的定义和区别,SIL1 、SIL2 与SIL3有什么区别?鉴于SIS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
12、证机构主要有:我国石化集团制定的行业标准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。国际电工委员会1997年制定的IEC 61508/61511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。美国化学工程学会制定的AICHE(ccps)-1993,化学过程
13、的安全自动化导则。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。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-DIN V 19250和DIN V 19251、燃烧管理系统标准-DIN VDE 0116等。德国技术监督协会(TÜV)是一个独立的、权威的认证机构,它按照德国国家标准(DIN),将ESD所达到的安全等级分为AK1AK8,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
14、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:Safety Integrity Level)。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(1次/年)。根据GB/T 20438标准,在不同的操作模式下,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。采用不同的操作模式结构有可能使用几个安全完整
15、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)。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,其前提应该是对此具体的工艺过程进行风险评估,要进行危险及可操作性分析(HAZOP),然后辨识出与此分析相应的安全仪表功能(SIF),(找到一个安全仪表连锁回路),再根据风险出现的频率和其产生的严重后果,找到一个与此SIF相应的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,若某工艺过程的所需SIF经评定后为SIL 2,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。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、国外标准中提供了某些评定方法。下面介绍的风险矩阵(