SIS系統的基本特點和生產廠家有哪些

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1、SIS基本知識

1．1 SIS定義

SIS系統(Safety Instrumented System)，是對石油化工、電力等行業

山東捷成儀表自動化技術有限公司專業SIS系統集成服務商。

生產裝置可能發生的危險或不采取措施將繼續惡化的狀態進行及時響應

和保護，使生產裝置進入一個預定義的安全停車工況，從而使危險降低

到可以接受的Zui低程度，以保證人員、設備、生產裝置和環境的安全。

它是一種安全儀表聯鎖系統，根據不同標準和應用場合，有時也稱為：

緊急停車系統（Emergency Shutdown）

1．2 SIS由來

?  生產裝置規模的日趨擴大

?  高溫、高壓、易燃、易爆等連續性生產裝置本身的危險

?  大型機組、機械等重要設備的保護

?  對安全和環境的要求越來越高

若發生事故將會造成人員、財產、環境等方面的重大損失和影響！因此

越來越多的場合需要采用SIS系統。

1．3 SIS應用領域

SIS主要保護對象為人身、設備、財產和環境的安全，因此適用于能造

成以上各項損害的場合，主要有：

?  石油液化氣開采（平臺）、油氣輸送和儲存

?  石油化工裝置

?  化工裝置

?  電力、鍋爐、核電

?  交通、冶金、環保、汽車制造

?  大型機械、旋轉設備

各行業使用SIS的常見裝置有：

油氣及煉油裝置：催化裂化、加氫精制、加氫裂化、催化重整、丙烷脫

瀝青、硫磺回收、罐區消防和火災報警、變壓吸附、制氫、火焰與氣體

檢測、油氣輸送及存儲、油氣開采平臺等等

石化裝置：乙烯裂解、聚丙烯、高壓聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯、聚苯

乙烯、丙烯腈、芳烴、環己酮、PTA、丁二烯等等石化深加工裝置

化工裝置：造氣、合成氨、農藥、磷肥、涂料、乙炔、乙酰、醋酸等

鍋爐電力：鍋爐燃燒、汽機停機系統、核電

其它：冶金、交通、汽車制造、建材、環保、造紙、大型機械、旋轉設

備等領域

1．4 SIS基本構成

一般典型的SIS系統主要包括檢測部分、邏輯控制單元和Zui終執行部分

再配合相應的軟件組成。通常與基本過程控制系統（比如DCS系統）

有通訊要求，共同組成生產裝置的過程儀表控制系統。

2、SIS產品的標準和認證

2．1 主要標準

SIS產品所遵從的主要有：

? 國際電工委員會IEC61508標準 電氣 / 電子 / 可編程電子安全相關

系統的功能安全 1997

其中規定將過程安全所需要的安全等級劃分為4級（SIL1～SIL4）；

?  美國儀表學會ISA-S84.01標準  流程工業安全儀表系統的應用

1998

稱安全系統為安全儀表系統(Safety Instrument System, SIS)， ISA

－S84.01與IEC61508類似，根據系統不響應安全聯鎖要求的概率（即失

效率PFD）將安全等級劃分為3級（SIL1-SIL3），認為IEC61508定義的

SIL4不存在于過程工業中；

? 德國標準化委員會DIN(Deutsches Institut fǖr Normung) V19250

及 DIN V VDE0804

根據估計危險的損害程度、危險區域內人員存在的可能性、短時間內防

止危險發生的可能性及出現危險事故的可能性等四個風險參數將過程風

險定義為8級（AK1～AK8）；

?  歐洲機器安全標準EN 954-1

危險等級分為B，1，2，3，4五個等級，針對安全控制系統，按照對故

障的承受能力和出現故障后安全功能的作用，對應于危險等級的五個等

級，機器設備的控制系統中安全控制部分也可分為以上五個等級危險等

級依次增高，等級4為Zui高的危險等級。

國內目前正在依據IEC61508制訂國家標準，即將頒布。除此之外，一些

行業有相關的ESD標準：

? 石化行業有相關的設計導則：石油化工緊急停車及安全聯鎖系統設

計導則（SHB-Z06- 1999），采用IEC的SIL概念；

?  中國石化集團公司工程建設管理部有：石油化工安全儀表系統設計

規范（SH/T3018-2003）；

國家發展改革委批準《石油化工安全儀表系統設計規范 SH/T3018-2003

》，自2004年7月1日起實施。

?  化工行業HG/T 20511-2000標準，在化工自控設計中規定，將安全

等級確定為1級、2級和3級。

它們基本都將工業過程等對象依據危險性高低劃分為若干個安全度等級

實際使用中選用相應安全度等級的SIS系統來加以保護，保護的對象

主要為人、設備、財產、環境等的安全。依據IEC標準由低到高劃分為

SIL1～SIL4，ISA S84.01標準劃分為SIL1～SIL3三級，認為SIL4級不存

在于過程控制中，DIN V VDE0804標準由低到高劃分為AK1～AK8，它們

數值越大，SIS系統的安全性能要求越高，具體指標見下表。

安全等級SIL

1

2

3

4

性能

要求

平均失效度

10E-1～10E-2

10E-2～10E-3

10E-3～10E-4

10E-4～10E-6

可用度

0.9-0.99

0.99-0.999

0.999-0.9999

0.9999-0.99999

一般用到SIS的鍋爐、石化、化工裝置為AK4～AK6（SIL2～SIL3）等級

AK7～AK8（SIL4）用于核電等特殊場合。

2．2 SIS產品的認證

涉及產品安全認證，主要有CB、CCC、UL、FCC、CSA、T?V及北歐四國認

證等，目前針對SIS產品，使用Zui多并得到廣泛認可的是T?V-GS認證，

GS的參考標準是VDE和DIN(德國標準協會)標準，如果產品具有GS標志，

代表該產品符合Zui新的歐洲和德國標準。GS的含義是德語“Geprufte

Sicherheit”(安全性已認證)，也有"Germany Safety" （德國安全）

的意思。

德國萊茵公司技術監督公司(T?V)是德國Zui大的產品安全及質量認證機

構，在歐洲久享盛譽。設有該機構分公司的國家和地區可以方便地申請

GS標志及其它國家的安全認證。

目前市場上SIS產品也以通過T?V認證居多，通過認證的每種產品都有達

到AK1～AK8安全等級的具體說明，用戶可根據過程的具體需要配置相應

等級的SIS產品。標志及證書如下所示：

3、SIS產品的市場狀況

3．1  SIS產品種類

目前市場上使用較多的SIS產品主要有：

?  Triconex公司的TRICON系統；

?  Honeywell公司的FSC系統；

?  HIMA公司的H41q 和H51q系統；

?  GE 公司的S90-70 GMR系統；

?  GE  SafetyNet;

?  Siemens公司的S7-400FH系統；

?  Moore公司的QUADLOG系統；

?  Woodward公司的Micro Net TMR系統；

?  ICS Triplex公司的Regent系統、Trusted系統；

3．2中控集成的SIS產品

?  GE 90-70 GMR系統；（三重化）

?  GE SafetyNet 系統；（SIL2）

?  HIMA H51q和H41q系統；（四重化）

3．3 SIS應用類型

目前市場上SIS應用大致有下列幾種類型：

l  使用繼電器搭建或專用儀表

在投運較早的老裝置中，使用較為普遍。一般設置輔助操作面板，其中

有重要的工藝參數指示和報警、手動停車及復位、投運按鈕等部分，而

對于大型機組等設備運行狀況和保護，也引入主控制室顯示和報警，停

車保護則一般采用設備自帶的特殊儀表系統來完成。

l  經過認證的SIS系統

市場上的主流SIS產品都屬于經過認證的SIS產品，隨著人們對安全認識

水平的提高和產品技術的發展，經過認證的SIS越來越成為新建裝置中

安全保護儀表系統的。

對于目前使用越來越多的SIS系統，基本都符合IEC61508標準并可達到

和獲得T?V AK1～AK6/IEC SIL1～SIL3等級認證，主要有以下三種主流

CPU結構：

?  冗余容錯完全自診斷結構，即1002D結構（診斷率99.99％）；

?  三重化表決部分自診斷結構，即2003D結構（TMR 診斷率70％）；

?  CPU四重化冗余容錯完全自診斷結構，即2004D結構（QMR 診斷率

99.99％）；

對于這三種不同的結構，安全系統的性能是不同的。

對于第一種1002D的結構，當第一個CPU被診斷出故障時，該CPU被切除

另一個CPU繼續工作。若要應用在AK6安全等級，根據AK6的要求，如

果第一個CPU不能在其被診斷出故障后1小時內修復，系統會在1小時后

自動停車以保證故障安全。

對于第二種結構，如美國GE公司的90-70 GMR系統就是采用TMR技術，它

雖然通過了T?V SIL3/AK6的等級認證，而其引以為榮的CPU和I/O卡件完

全三重化冗余故障容錯設計，事實上是基于高度穩定的硬件基礎上的。

對于第三種結構，如德國HIMA公司的PES，四個CPU分成兩對，既同時工

作又相互獨立。當其中一個CPU被診斷出故障時，則該對CPU被切除，所

剩一對CPU繼續以1002D的模式工作。這對獨立工作的CPU仍滿足安全等

級 SIL3/AK6的要求。只有當這對CPU其中再有一個故障時，系統才考慮

停車。所以，此結構對于故障修復時間沒有限制?？梢姡?004D結構的

系統更為可靠。

目前HIMA公司、Triconex公司的系統在國內占有較大的市場份額，是主

流SIS系統廠家代表，GE 、Honeywell、CCC公司的產品則在石化、化工

行業表現不錯。