快盈II

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SIS(安全儀表)系統

快盈IISIS是Safety Instrumented System的簡稱,中文的意思是安全儀表系統, 它是根據美國儀表學會(ISA)對安全控制系統的定義而得名的。安全儀表系統(SIS)包括安全聯鎖系統、緊急停車系統和有毒有害、可燃氣體及火災檢測保護系統等。簡要的說,安全儀表系統(SIS)是指能實現一個或多個安全功能的系統。每個安全功能都能把事故發生的概率和風險降低到一個可以接受的水平。

配置示意圖

sis

安全儀表系統的分級

SIL分級 

SIL是Safety Integrity Level的簡稱,中文意思是綜合安全級別也稱為安全度等級。是美國儀表學會(ISA)在S84.01標準中對過程工業中安全儀表系統所作的分類等級,分為1、2、3三級:

SIL1級每年故障危險的平均概率為0.10~0.01之間;

SIL2級每年故障危險的平均概率為0.01~0.001之間;

快盈IISIL3級每年故障危險的平均概率為0.001~0.0001之間


SIL等級的確認 

快盈II1級:裝置可能很少發生事故。如發生事故,不會立即造成環境污染和人員傷亡,經濟損失不大。用于本級別的安全儀表系統,需取得SIL1級和TüV2-3級認證,對裝置和產品起一般的保護。

快盈II2級:裝置可能偶爾發生事故。如發生事故,對裝置和產品有較大的影響,并有可能造成環境污染和人員傷亡,經濟損失較大。用于本級別的安全儀表系統,需取得SIL2級和TüV4級認證,對裝置和產品提供保護。

快盈II3級:裝置可能經常發生事故。如發生事故,對裝置和產品將造成嚴重的影響,并造成嚴重的環境污染和人員傷亡,經濟損失嚴重。用于本級別的安全儀表系統,需取得SIL3級和TüV5-6級認證,對裝置和產品提供保護。


安全儀表系統的組成

快盈IISIS系統的組成分為傳感器部分、邏輯運算部分和最終執行器單元三部分。

快盈II傳感器單元采用多臺儀表或系統,將控制功能與安全聯鎖功能隔離,即傳感器分開獨立配置的原則,做到安全儀表系統與過程控制系統的實體分離。

快盈II最終執行元件(切斷閥、電磁閥)是安全儀表系統中危險性最高的設備。

邏輯運算單元由輸入模塊、控制模塊、診斷回路、輸出模塊4部分組成。

sis

sis

安全儀表系統的選型設計

設計的原則

SIS原則上應單獨設置,獨立與DCS和其他系統,并與DCS進行通信;

SIS應具有完善的診斷測試功能,SIS應采用經安全認證的控制器;

快盈IISIS關聯的檢測元件、執行機構原則上單獨設置;

快盈IISIS中間環節應保持最少;

SIS應采用冗余或容錯結構;

SIS應設計成故障安全型,I/O模件應帶電磁隔離或光電隔離,每通道應相互隔離,可帶電插拔;

快盈II來自現場的三取二信號應分別接到三個不同的輸入卡;

當現場變送器信號同時用于SIS、DCS時,應先接到SIS系統后接到DCS系統;

快盈II采用SIS系統對變送器進行供電;

負荷不應超過50%;

電源應冗余配置;

采用等電位接地。

快盈II傳感器及執行元件,正常工況應是帶電(勵磁);非正常工況應是失電(非勵磁);

快盈II電磁閥冗余配置時,有兩種連接方式:

快盈II    并聯連接 -- 可用性好;

    串聯連接 -- 安全性好。


SIS傳感器設計選用

獨立設置原則:     

                   1級  SIS傳感器可與DCS共用;

                   2級  SIS傳感器宜與DCS分開;

                   3級  SIS傳感器應與DCS分開;

快盈II冗余設置原則:     

                   1級  SIS傳感器可采用單一的傳感器;

                   2級  SIS傳感器宜采用冗余的傳感器; 

                   3級  SIS傳感器應采用冗余的傳感器;

冗余選擇原則:   

保證系統的安全性時,采用“或”邏輯結構;保證系統的可用性時,采用“與”邏輯結構;當系統的安全性和可用性均需保證時,采用“三取二”邏輯結構;傳感器宜采用隔爆型的變送器(壓力、差壓、差壓流量、差壓液位、溫度),不宜采用開關型傳感器;傳感器由SIS系統供電。


SIS邏輯運算器設計選用

SIS邏輯運算器:繼電器系統,可編程序電子系統,混合系統三種;

繼電器用于I/O點較少,邏輯功能簡單的場合;

快盈II可編程電子系統用于I/O點較多,邏輯功能復雜,與DCS、MES通信等場合;

快盈II可編程電子系統可以是經TUV認證的PLC系統,也可是DCS和其他專用系統;

獨立設置原則:  1級SIS邏輯運算器宜與DCS分開;

2級SIS邏輯運算器應與DCS分開;  

快盈II3級SIS邏輯運算器必須與DCS分開;

冗余設置原則:  

                快盈II1級SIS可采用單一的邏輯運算器;

快盈II                2級SIS宜采用冗余或容錯邏輯運算器;

                快盈II3級SIS應采用冗余容錯邏輯運算器;


SIS執行元件設計選用

執行元件:氣動切斷閥(帶電磁閥),氣動控制閥(帶電磁閥),電  動閥或液動閥等。 

獨立設置原則: 1級 SIS 閥門可與DCS共用,應確保SIS優先于DCS動作;

              2級SIS閥門宜于DCS分開;

快盈II              3級SIS閥門宜于DCS分開;

快盈II冗余設置原則:1級 SIS 可采用單一閥門;

              2級宜采用冗余閥門;如采用單一閥門,電磁閥宜冗余配置;

              3級宜采用冗余閥門;可采用一個控制閥和一個切斷閥;

快盈II電磁閥設置原則:電磁閥應采用長期帶電,低功耗,隔爆型;由SIS系統供電。


SIS與DCS的區別

SIS與DCS在石油、石化生產過程中分別起著不同的作用,如下圖所示:生產裝置從安全角度來講,可分為3個層次:第一層為生產過程層,第二層為過程控制層,第三層為安全儀表系統停車保護層。

 

DCS 

SIS 

DCS用與過程連續測量、常規控制(連續、順序、間歇等)、操作控制管理,保證生產裝置平穩運行

快盈IISIS用與監視生產裝置的運行狀況,對出現異常工況迅速進行處理,使故障發生的可能性降到最低,使人和裝置處于安全狀態

快盈IIDCS是“動態”系統,它始終對過程變量連續進行檢測、運算和控制,對生產過程動態控制,確保產品質量和產量

快盈IISIS是靜態系統,在正常工況下,它始終監視裝置的運行,系統輸出不變,對生產過程不產生影響,在異常工況下,它將按著預先設計的策略進行邏輯運算,使生產裝置安全停車

快盈IIDCS可進行故障自動顯示

快盈IISIS必須測試潛在故障

DCS對維修時間的長短的要求不算苛刻

SIS維修時間非常關鍵,弄不好造成裝置全線停車

快盈IIDCS可進行自動/手動切換

快盈IISIS永遠不允許離線運行,否則生產裝置將失去安全保護屏障

快盈IIDCS系統只做一般聯鎖、泵的開停、順序等控制,安全級別要求不象SIS那么高

SIS與DCS相比,在可靠性、可用性上要求更嚴格,IEC61508,ISA·S84.01強烈推薦SIS與DCS硬件獨立設置

 

SIS系統的配置方案


上位機:

快盈II工程師兼操作員站、工業組態軟件、報表打印機、UPS電源、聯網設備


安全控制器:

快盈IIGE PAC8000、西門子S7-400FH


現場安全儀表:

壓力變送器、氣體檢測(有毒或可燃)、溫度變送器、閥門、泵、ESD按鈕


輔助操作盤:

指示燈、啟停按鈕、ESD按鈕、旁路開關

 

供電部分:

SIS系統的供電分系統供電、安全控制器供電、現場儀表供電。系統供電主要是220VAC,要求由兩路供電實現,一路是市電進入到UPS,由UPS供電(要求高的SIS系統,UPS系統要冗余配置),另外一路是業主方提供的發電機供電,兩路供電經過冗余電源開關,同時對內供電;

快盈II安全控制器供電主要是由安全控制器廠家提供的開關電源,開關電源要冗余配置,兩路交流220VAC進,一路直流電輸出(一般有5VDC、12VDC等直流輸出);

現場儀表供電主要是由安全控制器廠家或其它廠家提供的開關電源,開關電源冗余配置,兩路交流220VAC進,一路直流電輸出(一般24VDC等直流輸出);


上位機部分:

SIS系統的上位機部分主要作用是監控安全控制器的運行、現場安全儀表的運行、記錄安全儀表的歷史數據及開關輸入變化記錄(又叫SOE),具備報表打印及參數設置等功能,對SIS系統的作用是非決定性的,出現異常時,不由上位機發出指令,即使沒有上位機也不影響SIS系統安全控制。所以對計算機、工業組態軟件等配置要求不高。


安全控制器部分:

SIS系統的安全控制器配置必須要符合安全等級的設計要求,如果設計要求安全等級要達到SIL2,那么安全控制器的所有設備必須取得SIL2的認證,否則就不能采用。目前國內的大部分SIS設計的安全等級要求都是SIL2以上,所以所配的安全控制器除了要取得認證,同時控制器的CPU、通訊模塊、電源模塊等要采取冗余配置、I/O模塊要采用安全型的。


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快盈IISIS是Safety Instrumented System的簡稱,中文的意思是安全儀表系統, 它是根據美國儀表學會(ISA)對安全控制系統的定義而得名的。安全儀表系統(SIS)包括安全聯鎖系統、緊急停車系統和有毒有害、可燃氣體及火災檢測保護系統等。簡要的說,安全儀表系統(SIS)是指能實現一個或多個安全功能的系統。每個安全功能都能把事故發生的概率和風險降低到一個可以接受的水平。

配置示意圖

sis

安全儀表系統的分級

SIL分級 

快盈IISIL是Safety Integrity Level的簡稱,中文意思是綜合安全級別也稱為安全度等級。是美國儀表學會(ISA)在S84.01標準中對過程工業中安全儀表系統所作的分類等級,分為1、2、3三級:

SIL1級每年故障危險的平均概率為0.10~0.01之間;

快盈IISIL2級每年故障危險的平均概率為0.01~0.001之間;

SIL3級每年故障危險的平均概率為0.001~0.0001之間


SIL等級的確認 

1級:裝置可能很少發生事故。如發生事故,不會立即造成環境污染和人員傷亡,經濟損失不大。用于本級別的安全儀表系統,需取得SIL1級和TüV2-3級認證,對裝置和產品起一般的保護。

快盈II2級:裝置可能偶爾發生事故。如發生事故,對裝置和產品有較大的影響,并有可能造成環境污染和人員傷亡,經濟損失較大。用于本級別的安全儀表系統,需取得SIL2級和TüV4級認證,對裝置和產品提供保護。

快盈II3級:裝置可能經常發生事故。如發生事故,對裝置和產品將造成嚴重的影響,并造成嚴重的環境污染和人員傷亡,經濟損失嚴重。用于本級別的安全儀表系統,需取得SIL3級和TüV5-6級認證,對裝置和產品提供保護。


安全儀表系統的組成

快盈IISIS系統的組成分為傳感器部分、邏輯運算部分和最終執行器單元三部分。

快盈II傳感器單元采用多臺儀表或系統,將控制功能與安全聯鎖功能隔離,即傳感器分開獨立配置的原則,做到安全儀表系統與過程控制系統的實體分離。

快盈II最終執行元件(切斷閥、電磁閥)是安全儀表系統中危險性最高的設備。

邏輯運算單元由輸入模塊、控制模塊、診斷回路、輸出模塊4部分組成。

sis

sis

安全儀表系統的選型設計

設計的原則

SIS原則上應單獨設置,獨立與DCS和其他系統,并與DCS進行通信;

SIS應具有完善的診斷測試功能,SIS應采用經安全認證的控制器;

SIS關聯的檢測元件、執行機構原則上單獨設置;

SIS中間環節應保持最少;

SIS應采用冗余或容錯結構;

快盈IISIS應設計成故障安全型,I/O模件應帶電磁隔離或光電隔離,每通道應相互隔離,可帶電插拔;

快盈II來自現場的三取二信號應分別接到三個不同的輸入卡;

快盈II當現場變送器信號同時用于SIS、DCS時,應先接到SIS系統后接到DCS系統;

快盈II采用SIS系統對變送器進行供電;

負荷不應超過50%;

電源應冗余配置;

采用等電位接地。

快盈II傳感器及執行元件,正常工況應是帶電(勵磁);非正常工況應是失電(非勵磁);

電磁閥冗余配置時,有兩種連接方式:

    并聯連接 -- 可用性好;

    串聯連接 -- 安全性好。


SIS傳感器設計選用

獨立設置原則:     

                   快盈II1級  SIS傳感器可與DCS共用;

快盈II                   2級  SIS傳感器宜與DCS分開;

                   3級  SIS傳感器應與DCS分開;

快盈II冗余設置原則:     

                   1級  SIS傳感器可采用單一的傳感器;

快盈II                   2級  SIS傳感器宜采用冗余的傳感器; 

                   3級  SIS傳感器應采用冗余的傳感器;

冗余選擇原則:   

保證系統的安全性時,采用“或”邏輯結構;保證系統的可用性時,采用“與”邏輯結構;當系統的安全性和可用性均需保證時,采用“三取二”邏輯結構;傳感器宜采用隔爆型的變送器(壓力、差壓、差壓流量、差壓液位、溫度),不宜采用開關型傳感器;傳感器由SIS系統供電。


SIS邏輯運算器設計選用

SIS邏輯運算器:繼電器系統,可編程序電子系統,混合系統三種;

快盈II繼電器用于I/O點較少,邏輯功能簡單的場合;

可編程電子系統用于I/O點較多,邏輯功能復雜,與DCS、MES通信等場合;

快盈II可編程電子系統可以是經TUV認證的PLC系統,也可是DCS和其他專用系統;

獨立設置原則:  1級SIS邏輯運算器宜與DCS分開;

2級SIS邏輯運算器應與DCS分開;  

快盈II3級SIS邏輯運算器必須與DCS分開;

快盈II冗余設置原則:  

                1級SIS可采用單一的邏輯運算器;

                2級SIS宜采用冗余或容錯邏輯運算器;

                3級SIS應采用冗余容錯邏輯運算器;


SIS執行元件設計選用

快盈II執行元件:氣動切斷閥(帶電磁閥),氣動控制閥(帶電磁閥),電  動閥或液動閥等。 

快盈II獨立設置原則: 1級 SIS 閥門可與DCS共用,應確保SIS優先于DCS動作;

快盈II              2級SIS閥門宜于DCS分開;

              3級SIS閥門宜于DCS分開;

冗余設置原則:1級 SIS 可采用單一閥門;

              2級宜采用冗余閥門;如采用單一閥門,電磁閥宜冗余配置;

快盈II              3級宜采用冗余閥門;可采用一個控制閥和一個切斷閥;

快盈II電磁閥設置原則:電磁閥應采用長期帶電,低功耗,隔爆型;由SIS系統供電。


SIS與DCS的區別

SIS與DCS在石油、石化生產過程中分別起著不同的作用,如下圖所示:生產裝置從安全角度來講,可分為3個層次:第一層為生產過程層,第二層為過程控制層,第三層為安全儀表系統停車保護層。

 

DCS 

SIS 

快盈IIDCS用與過程連續測量、常規控制(連續、順序、間歇等)、操作控制管理,保證生產裝置平穩運行

SIS用與監視生產裝置的運行狀況,對出現異常工況迅速進行處理,使故障發生的可能性降到最低,使人和裝置處于安全狀態

DCS是“動態”系統,它始終對過程變量連續進行檢測、運算和控制,對生產過程動態控制,確保產品質量和產量

快盈IISIS是靜態系統,在正常工況下,它始終監視裝置的運行,系統輸出不變,對生產過程不產生影響,在異常工況下,它將按著預先設計的策略進行邏輯運算,使生產裝置安全停車

快盈IIDCS可進行故障自動顯示

SIS必須測試潛在故障

DCS對維修時間的長短的要求不算苛刻

SIS維修時間非常關鍵,弄不好造成裝置全線停車

快盈IIDCS可進行自動/手動切換

快盈IISIS永遠不允許離線運行,否則生產裝置將失去安全保護屏障

快盈IIDCS系統只做一般聯鎖、泵的開停、順序等控制,安全級別要求不象SIS那么高

快盈IISIS與DCS相比,在可靠性、可用性上要求更嚴格,IEC61508,ISA·S84.01強烈推薦SIS與DCS硬件獨立設置

 

SIS系統的配置方案


上位機:

快盈II工程師兼操作員站、工業組態軟件、報表打印機、UPS電源、聯網設備


安全控制器:

GE PAC8000、西門子S7-400FH


現場安全儀表:

壓力變送器、氣體檢測(有毒或可燃)、溫度變送器、閥門、泵、ESD按鈕


輔助操作盤:

快盈II指示燈、啟停按鈕、ESD按鈕、旁路開關

 

供電部分:

SIS系統的供電分系統供電、安全控制器供電、現場儀表供電。系統供電主要是220VAC,要求由兩路供電實現,一路是市電進入到UPS,由UPS供電(要求高的SIS系統,UPS系統要冗余配置),另外一路是業主方提供的發電機供電,兩路供電經過冗余電源開關,同時對內供電;

快盈II安全控制器供電主要是由安全控制器廠家提供的開關電源,開關電源要冗余配置,兩路交流220VAC進,一路直流電輸出(一般有5VDC、12VDC等直流輸出);

現場儀表供電主要是由安全控制器廠家或其它廠家提供的開關電源,開關電源冗余配置,兩路交流220VAC進,一路直流電輸出(一般24VDC等直流輸出);


上位機部分:

快盈IISIS系統的上位機部分主要作用是監控安全控制器的運行、現場安全儀表的運行、記錄安全儀表的歷史數據及開關輸入變化記錄(又叫SOE),具備報表打印及參數設置等功能,對SIS系統的作用是非決定性的,出現異常時,不由上位機發出指令,即使沒有上位機也不影響SIS系統安全控制。所以對計算機、工業組態軟件等配置要求不高。


安全控制器部分:

SIS系統的安全控制器配置必須要符合安全等級的設計要求,如果設計要求安全等級要達到SIL2,那么安全控制器的所有設備必須取得SIL2的認證,否則就不能采用。目前國內的大部分SIS設計的安全等級要求都是SIL2以上,所以所配的安全控制器除了要取得認證,同時控制器的CPU、通訊模塊、電源模塊等要采取冗余配置、I/O模塊要采用安全型的。


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