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1、SIS基本知识和选型参考1、 SIS基本知识 311 SIS 定义 312 SIS 由来 313 SIS 应用领域 314 SIS 基本构成 42、SIS产品的标准和认证 42 1 主要标准 422 SIS 产品的认证 53、SIS产品的市场状况 63 1 SIS 产品种类 63. 2中控集成SIS产品633 SIS 应用类型 74、SIS产品的设计和选用 74. 1 SIS 产品的设计和选用原则 74. 2 中控 SIS 系统目标客户定位及产品介绍 84. 2. 1 GE 90-70 GMR 三重化冗余系统 84. 2. 2 GE SafetyNet 124. 2. 3 HIMA H41q/
2、H51q 134. 3 GE 90-70 GMR SIS 一个实例 151、SIS 基本知识11 SIS 定义SIS系统(Safety Instrumented System)，是对石油化工、电力等行业生产装置可能发生的 危险或不采取措施将继续恶化的状态进行及时响应和保护， 使生产装置进入一个预定义的安 全停车工况，从而使危险降低到可以接受的最低程度，以保证人员、设备、生产装置和环境 的安全。它是一种安全仪表联锁系统，根据不同标准和应用场合，有时也称为：紧急停车系统 (Emergency Shutdown )12 SIS 由来? 生产装置规模的日趋扩大? 高温、高压、易燃、易爆等连续性生产装置
3、本身的危险? 大型机组、机械等重要设备的保护? 对安全和环境的要求越来越高若发生事故将会造成人员、 财产、 环境等方面的重大损失和影响！ 因此越来越多的场合 需要采用 SIS 系统。13 SIS 应用领域SIS 主要保护对象为人身、设备、财产和环境的安全，因此适用于能造成以上各项损害 的场合，主要有：? 石油液化气开采(平台) 、油气输送和储存? 石油化工装置? 化工装置? 电力、锅炉、核电? 交通、冶金、环保、汽车制造? 大型机械、旋转设备各行业使用SIS的常见装置有：油气及炼油装置： 催化裂化、 加氢精制、 加氢裂化、 催化重整、 丙烷脱沥青、 硫磺回收、 罐区消防和火灾报警、 变压吸附、
4、 制氢、火焰与气体检测、 油气输送及存储、 油气开采平台等等石化装置：乙烯裂解、聚丙烯、高压聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈、 芳烃、环己酮、 PTA 、丁二烯等等石化深加工装置 化工装置：造气、合成氨、农药、磷肥、涂料、乙炔、乙酰、醋酸等 锅炉电力：锅炉燃烧、汽机停机系统、核电 其它：冶金、交通、汽车制造、建材、环保、造纸、大型机械、旋转设备等领域1. 4 SIS基本构成一般典型的SIS系统主要包括检测部分、 软件组成。通常与基本过程控制系统(比如 过程仪表控制系统。逻辑控制单元和最终执行部分，再配合相应的DCS系统)有通讯要求，共同组成生产装置的2、SIS产品的标准和认证2. 1
5、主要标准SIS产品所遵从的国际标准主要有：?国际电工委员会IEC61508标准 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全1997其中规定将过程安全所需要的安全等级划分为4级(SIL1SIL4 );?美国仪表学会ISA-S84.01标准流程工业安全仪表系统的应用1998称安全系统为安全仪表系统(Safety Instrument System, SIS) , ISA S84.01与IEC61508类似，根据系统不响应安全联锁要求的概率(即失效率PFD)将安全等级划分为3级(SIL1-SIL3 ),认为IEC61508定义的SIL4不存在于过程工业中；?德国标准化委员会 DIN(Deutsch
6、es Institut f tr Normung) V19250 及 DIN V VDE0804根据估计危险的损害程度、危险区域人员存在的可能性、短时间防止危险发生的可能性及出现危险事故的可能性等四个风险参数将过程风险定义为8级(AK1AK8 );?欧洲机器安全标准 EN 954-1危险等级分为 B , 1 , 2, 3, 4五个等级，针对安全控制系统，按照对故障的承受 能力和出现故障后安全功能的作用，对应于危险等级的五个等级，机器设备的控制系统中安全控制部分也可分为以上五个等级危险等级依次增高，等级4为最高的危险等级。国目前正在依据IEC61508制订国家标准，即将颁布。除此之外，一些行业有
7、相关的 ESD 标准：?石化行业有相关的设计导则：石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则(SHB-Z06- 1999 ),采用 IEC 的 SIL 概念；?集团公司工程建设管理部有：石油化工安全仪表系统设计规(SH/T3018-2003 );国家发展改革委批准石油化工安全仪表系统设计规SH/T3018-2003，自2004年7月1日起实施。?化工行业HG/T 20511-2000标准，在化工自控设计中规定，将安全等级确定为1级、2级和3级。它们基本都将工业过程等对象依据危险性高低划分为若干个安全度等级，实际使用中选用相应安全度等级的 SIS系统来加以保护，保护的对象主要为人、设备、财产、环境等
8、的安全。依据IEC标准由低到高划分为 SIL1SIL4 , ISA S84.01标准划分为 SIL1SIL3三级，认 为SIL4级不存在于过程控制中， DIN V VDE0804标准由低到高划分为 AK1AK8，它们之 间的对应关系为：安全度等级对比表DIN V VDE0804 AK1AK2AK3AK4AK5AK6AK7AK8IEC 61508SIL1SIL1SIL1SIL2SIL3SIL3SIL4SIL4ISA S84.01SIL1SIL1SIL1SIL2SIL3SIL3数值越大，SIS系统的安全性能要求越高，具体指标见下表。安全等级SIL1234性能 要求平均失效度10E-110E-210
9、E-210E-310E-310E-410E-410E-6可用度一般用到 SIS的锅炉、石化、化工装置为AK4AK6 （ SIL2SIL3 ）等级，AK7AK8（SIL4 ）用于核电等特殊场合。2. 2 SIS产品的认证涉及产品安全认证，主要有CB、CCC、UL、FCC、CSA、TuV及北欧四国认证等，目前针对SIS产品，使用最多并得到广泛认可的是Tu V-GS认证，GS的参考标准是 VDE和DIN（德国标准协会）标准，如果产品具有 GS标志，代表该产品符合最新的欧洲和德国标 准。GS的含义是德语 “Geprufte Sicherheit安全性已认证），也有Germany Safety（德全）
10、的意思。 德国莱茵公司技术监督公司（T u V）是德国最大的产品安全及质量认证机构，在欧洲久享盛誉。设有该机构分公司的国家和地区可以方便地申请GS标志及其它国家的安全认证。目前市场上SIS产品也以通过TuV认证居多，通过认证的每种产品都有达到 AK1AK8 安全等级的具体说明， 用户可根据过程的具体需要配置相应等级的SIS产品。标志及证书如下所示：3、SIS产品的市场状况3. 1 SIS产品种类目前市场上使用较多的SIS产品主要有：? Tricon ex 公司的 TRICON 系统；? Honeywell公司的FSC系统；? HIMA 公司的H41q和H51q系统；? GE公司的S90-70
11、GMR系统；?GE SafetyNet;?Siemens 公司的 S7-400FH 系统；? Moore公司的QUADLOG 系统；? Woodward 公司的 Micro Net TMR 系统；? ICS Triplex 公司的 Regent 系统、Trusted 系统;3. 2中控集成的SIS产品GE 90-70 GMR系统；（三重化）GE SafetyNet 系统；（SIL2）HIMA H51q 和H41q系统；（四重化）33 SIS 应用类型目前市场上 SIS 应用大致有下列几种类型：使用继电器搭建或专用仪表在投运较早的老装置中， 使用较为普遍。一般设置辅助操作面板，其中有重要的工艺参
12、 数指示和报警、 手动停车及复位、 投运按钮等部分， 而对于大型机组等设备运行状况和保护， 也引入主控制室显示和报警，停车保护则一般采用设备自带的特殊仪表系统来完成。经过认证的 SIS 系统市场上的主流 SIS 产品都属于经过认证的 SIS 产品，随着人们对安全认识水平的提高和 产品技术的发展，经过认证的 SIS 越来越成为新建装置中安全保护仪表系统的首选。对于目前使用越来越多的 SIS系统，基本都符合IEC61508标准并可达到和获得 Tu VAK1AK6/IEC SIL1SIL3 等级认证，主要有以下三种主流 CPU 结构： 冗余容错完全自诊断结构，即 1002D 结构（诊断率 99.99
13、）； 三重化表决部分自诊断结构，即 2003D 结构（ TMR 诊断率 70）； CPU 四重化冗余容错完全自诊断结构，即 2004D 结构（ QMR 诊断率 99.99）； 对于这三种不同的结构，安全系统的性能是不同的。对于第一种1002D的结构，当第一个CPU被诊断出故障时， 该CPU被切除，另一个C PU 继续工作。 若要应用在 AK6 安全等级， 根据 AK6 的要求， 如果第一个 CPU 不能在其被 诊断出故障后 1 小时修复，系统会在 1 小时后自动停车以保证故障安全。对于第二种结构，如美国 GE 公司的 90-70 GMR 系统就是采用 TMR 技术，它虽然通 过了 Tu V S
14、IL3/AK6 的等级认证，而其引以为荣的 CPU 和 I/O 卡件完全三重化冗余故障容 错设计，事实上是基于高度稳定的硬件基础上的。对于第三种结构，如德国 HIMA公司的PES,四个CPU分成两对，既同时工作又相互 独立。当其中一个 CPU 被诊断出故障时，则该对 CPU 被切除，所剩一对 CPU 继续以 1002 D 的模式工作。这对独立工作的 CPU 仍满足安全等级 SIL3/AK6 的要求。只有当这对 CPU 其中再有一个故障时，系统才考虑停车。所以，此结构对于故障修复时间没有限制。可见， 2004D 结构的系统更为可靠。目前 HIMA 公司、 Triconex 公司的系统在国占有较大
15、的市场份额， 是主流 SIS 系统厂家 代表， GE 、 Honeywell 、CCC 公司的产品则在石化、化工行业表现不错。4、SIS 产品的设计和选用41 SIS 产品的设计和选用原则依据石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则（SHB-Z06- 1999），简要介绍一下 SIS系统的设计和选用原则：? 独立设置原则：一般情况下， SIS 应独立于过程控制系统，其检测元件、执行元件 和逻辑运算器及通讯部分都应单独设置。对于不能单独设置的SIS系统要确保SIS作用优先于过程控制系统。选择采用技术的原则： 可采用电气、电子或可编程电子技术，也可以采用由它们组合的混合技术。结构选用原则：冗余结构既适用于软件又适用于硬件，可选用一选一、二选一、三选二等结构，同时要考虑是励磁
