安全儀表系統的應用及發展摘要：隨著國家經濟建設的快速發展，人民生活水平的不斷提高，科學技術的日新月異，探討安全儀表系統在過程工業中的必要性與重要性，闡述安全儀表系統與過程控制系統的異同。研究安全儀表系統設計過程中風險分析與安全完整性水平等的關鍵技術；同時認為安全儀表系統作為一種有效的安全保障措施，應當以風險與危害分析為基礎，按照最低合理可行原則，根據對象的不同特點，確定適當的安全完整性水平。該應用研究成果對于安全儀表系統的設計與應用具有一定的指導意義。關鍵詞：安全儀表系統；應用；發展引言隨著社會的發展和以人為本理念的深入，安全對于人員、設施和環境來說變得越來越重要。近年來，石油、化工和煤炭等工業領域，重特大事故的頻繁發生不僅給企業和社會帶來了巨大的經濟損失，而且對人身、設備和環境構成了極大威脅，已成為制約我國經濟發展與和諧社會建設的重要因素。嚴峻的安全生產形勢迫切要求我國加強工業領域的安全生產管理和功能安全保障體系研究。筆者以安全儀表系統生命周期為出發點，通過對風險分析和安全完整性水平等安全儀表系統相關問題的研究，旨在建立風險分析與安全儀表系統之間的聯系，為安全儀表系統的設計，運行與維護提供理論依據。1安全儀表系統生命周期安全儀表系統的設計有自己獨立的流程，遵循嚴格的程序。安全系統的生命周期不是一成不變的，在設計過程中，可以根據自己的特殊要求，建立各種不同的周期循環。安全儀表設計過程中，最重要的兩個方面是風險及危害的評價及SIL的確定。在安全儀表系統進行設計之前需要明白一個原則：安全系統的設計并不是可靠性越高越好，而是應該尋求系統可靠性與經濟性的一種平衡，即在達到系統安全要求的條件下，選擇既經濟又可靠的安全方案。作為一個系統性的工程，安全儀表系統設計往往需要多個專業的共同合作才能完成。設計過程是在對過程對象充分了解的條件下，對過程中可能出現的風險及危害進行分析和評估，以確定是否需要儀表安全系統來提供對系統的安全保護。當風險水平不能被控制在可接受的水平范圍，要求使用安全儀表系統時，便進入了安全儀表系統的設計階段。一旦確定使用儀表安全系統，面臨的第一個問題便是安全完整性水平的選擇。安全完整性等級的選擇與系統風險和危害程度緊密相關，所選擇的安全完整性水平應當與風險水平相匹配。安全完整性等級的確定往往是安全儀表設計過程中最難的一個環節。當通過全面評估并確定安全系統的停用不會影響到生產過程和周圍環境的相關單元時，可以停止安全儀表系統的使用。至此完成了整個安全生命周期。2安全儀表系統的應用2.1繼電器型系統早期執行安全功能的安全儀表系統大多是由繼電器組成的安全連鎖系統，采用單元化結構，通過繼電器來執行邏輯。優點是可靠性高，不易受干擾影響，電壓適用范圍寬，系統一次投資費用較低。缺點是此類系統體積大，靈活性差，難以構建大規模系統，不便于進行功能修改或添加，也缺乏串行通信功能，無報告和文檔功能。這種繼電器系統結構的SIS平均無故障工作時間（MTBF）一般為10年。2.2硬接線固態電路型系統多為模塊化結構，采用獨立的固態器件，通過硬接線構成系統實現要求的邏輯功能，如基于帶診斷的二取一（1oo2D）、三取二（2oo3）等表決型安全控制系統。結構緊湊，可對系統中包括輸入/輸出（I/O）在內的所有運行通道進行在線測試，易于識別故障；可串行通信；易于更換，便于維修；可配置成冗余系統，改善系統性能，增強系統容錯性。但固態系統的靈活性不夠，任何邏輯修改或添加必須改變系統的連線；大系統的操作費用也較高；同時硬接線固態系統的可靠性不如繼電器型系統。2.3可編程電子型系統可編程電子型系統是目前應用最廣泛的一種安全系統。系統以微處理器技術為基礎，安全可編程邏輯控制器（PLC）是其典型代表。系統一般采用模塊化結構，通過微處理器和軟件來執行邏輯任務。它采用專門的軟件和微程序固件，具有強大的、方便靈活的編程能力。系統設計有內部自測試和自診斷功能可有多種通訊接口。3安全儀表系統發展趨勢安全儀表系統的實現經歷了從氣動系統，繼電器系統，固態繼電器系統到PLC系統幾個發展階段。雖然這些系統現在仍在應用，但正在被越來越先進的智能型安全儀表系統所取代。隨著科學技術的不斷發展，出現了一些新型的安全儀表系統，如Emerson推出的PlantWebSmartSIS智能安全儀表管理方案，ABB公司的800xAHighIntegrity系統，西門子推出的SIMATICPCS7安全一體化系統等，從這些新推出的安全系統可以看出，安全儀表系統呈現出如下的發展趨勢：3.1與基本過程控制系統的集成通訊接口與通訊網絡標準的統一為安全儀表控制系統與基本過程控制系統的集成帶來極大的便利，對于一些要求較低、規模較小的生產過程可以采用集成的方法來減少投資，同時減少由基本過程控制系統和安全儀表系統不同的實現方式帶來的問題。安全儀表系統同基本過程控制系統的集成目前主要有3種方式：Interfaces，Integrated和Com-monoInterfaces方式為基本過程控制系統與安全儀表系統各自采用獨立的網絡和工程師站。兩個系統之間通過網關進行通訊。Integrated模型中兩個系統采用通用的網絡連接，并共用工程師站，但兩者的職能有明確的劃分。Common模式為兩個系統的完全整合，采用基本過程控制系統來完成安全儀表系統的功能。3.2安全儀表系統向智能化方向發展智能安全儀表系統采用智能型傳感器和數字閥門定位器，傳感器、數字閥門同邏輯控制器之間采用數字通訊。智能型終端設備不僅可以檢測過程變量、接受控制信號，同時還可以提供包括關于設備自身、相關設備甚至周圍過程的信息，供邏輯控制器的安全決策使用。數字通訊網絡使信息可以進行雙向流動，在傳遞控制信號的同時，也可以傳遞邏輯控制器對終端設備的組態或標定數據。智能型的邏輯控制器能夠對現場設備的數據進行備份、歸檔和分析，也可以對設備和診斷數據進行分析，以鑒別出現的問題，并提供一些更正建議。3.3現場總線在安全儀表系統中的應用隨著現場總線技術在工業控制領域得到越來越多的應用和推廣，它也在向安全相關系統領域延伸，發展成為安全總線。目前已經有包括InterBusSafe-ty，EsaLAN，DeviceNetSafety等在內超過10種的安全總線類型。安全總線能夠檢測到通訊錯誤并進入安全狀態，它的引入能夠實現安全儀表系統的柔性設計，能夠加強對現場設備的管理。從長遠來看，還能夠降低投資成本。3.4具備更高的過程可用性及更低的維護成本作為一個系統，本身也存在出現故障的可能性，但是未來的安全儀表系統將借助自身的故障診斷系統在線監視設備及過程狀態，并同時能夠向操作人員發出包括可能或適當應對措施在內的警報，從而提高系統的可用率。智能安全儀表系統的診斷功能還可以通過避免派遣維護技工去現場進行例行設備檢查達到節省成本的目的。同時安全儀表系統自動實施的部分行程測試也可以節省大量的由于減少停車所帶來的成本。結語安全儀表系統的設計有著一套獨立的方法，它需要過程工業中多個專業人員的協同合作才能完成。安全儀表系統的設計應以風險分析為基礎，通過采用定量或定性的分析方法建立安全儀表系統的安全完整性水平，進而確定整個安全儀表系統的基本要求。由于不同的方法得到的安全完整性水平可能有所差異，應根據具體的情況對安全完整性水平分析方法加以取舍。新技術的不斷發展使得安全儀表系統的功能將更強，成本將更低，它的設計和應用將變得更為簡捷，安全儀表系統的發展本著以人為本的理念，出現了一些新特點、新趨勢，出現了一些新型的安