SIS的几个重要设计原则

【自控学堂】SIS的几个重要设计原则

我们在之前的《安全仪表系统（SIS）的标准及认证介绍》、《【自控学堂】关于安全仪表系统（SIS）的几个重要概念》等系列文章中，介绍了安全仪表系统（SIS）的相关标准、SIL认证及一些重要概念，本文对SIS的设计原则进行简要介绍。

设计SIS时一个重要的原则是故障安全，当内部或外部原因使SIS失效时，被保护的对象（装置）应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态（Fault to Safety）。

对于控制装置（如安全PLC）“故障安全”意味着当其自身出现故障（而不是工艺或设备出现异常情况时）应该联锁动作，以便按预定的顺序安全停车（保证了工艺和设备的安全），因而应通过硬件和软件的冗余和容错技术，在过程安全时间（PST Process Safety Time）内检测到故障，自动执行纠错程序，排除故障。

SIS设计时还需要考虑其它很多因素，我们在此列出以下几个比较重要的设计原则：

1、独立设置原则

1.1 逻辑单元独立设置；

1.2 现场检测单元独立设置；

1.3 执行元件独立设置（专用的紧急切断阀，不用调节切断阀来代替）。

2、中间环节最少原则

如中间接线盒、信号转换单元等尽可能少用。

3、关键单元采用冗余容错结构配置原则

3.1 重要参数的检测元件的二取二方式或三取二方式设置；

3.2 逻辑单元如安全PLC的CPU、过程输入/输出单元；

3.3 供电、通信的冗余配置。

4、故障安全型原则

4.1 现场检测元件接点选用常闭接点。工艺正常时，触点闭合；达到安全极限时，触点断开，触发联锁动作。

4.2 执行元件电磁阀正常通电方式，联锁动作时断电。

4.3 通往电气配电室用以开/停电机的接点，用中间继电器隔离，其励磁电路应为故障安全型。

5、其它原则

5.1 安全控制要求高的生产装置应选择专门的冗余、容错紧急停车系统。

5.2 采用热电偶、热电阻输入时，应有断电保护设计。断线报警，避免产生误动作。

5.3 采用电磁阀应具有高可靠性，避免误动作。

5.4 事故切断阀停电时应保持安全状态位置。

5.5 事故切断阀应配回讯开关，确认阀门位置。

5.6 根据工艺操作要求，确定切断阀开关速度。

5.7 重要的切断阀应备用储气罐，以备气源事故用。

5.8 在粉尘、腐蚀性、粘稠介质场合应选择带隔离的发讯开关。

5.9 切断阀供气管采用塑料管，以便火灾等情况下失气，实现安全功能。

5.10 根据需要（如生产过程开车调试、仪表维护等）宜设置联锁旁路开关。

6、系统软件设计应考虑的因素

6.1 输入信号扫描速度应快于软件的扫描周期，否则会发生丢失信号，使系统稳定性变差。

6.2 不允许相同的线圈输出重复定义。

6.3 软件编写尽量短小，过长会增加系统的扫描时间，使系统的实时性变差。

6.4 操作员站设置的开关和按钮应加键锁或口令保护；具有二次确认的操作；开关状态显示和记录。

6.5 对于重要的联锁单元，操作员站应提供联锁逻辑回路画面，画面包括输入输出状态、逻辑关系、联锁旁路和设备维护状态、诊断结果等的显示、报警。

以上设计原则供大家参考。在设计SIS时应严格遵循国家、行业相关的标准规范，在满足安全要求的前提下，做到可靠经济实用。

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作者简介：

邱老师，自控学堂创办人，教授级高级工程师，从事自控工程设计30余年，先后承担了几十个大中型工程项目的设计、施工安装指导、调试开车及新技术开发等工作，是国家科技进步一等奖获得者，获国务院特殊津贴、行业工程设计大师等荣誉称号，国家科技奖评审专家。