第一節(jié)SIS系統(tǒng)講義

第一節(jié)SIS系統(tǒng)講義知識點：●掌握緊急停車系統(tǒng)的基本概念●了解緊急停車系統(tǒng)兩種類型的技術特點●了解國際主要通用安全標準●了解安全系統(tǒng)的常用指標及術語●了解安全系統(tǒng)的基本設計原則及適用場合●了解FSC/TRICON冗余控制器的構(gòu)成及工作原理●結(jié)合實例理解緊急停車系統(tǒng)在生產(chǎn)裝置中的應用學習目標一

緊急停車系統(tǒng)的基本概念1.1緊急停車系統(tǒng)的類型和特點?裝置在運行過程中，安全儀表系統(tǒng)時刻監(jiān)視工藝過程的狀態(tài)，判斷危險條件，并在危險出現(xiàn)時適當動作，以防止危險的發(fā)生。?當工藝過程某些變量發(fā)生異常時，由控制系統(tǒng)指令工藝過程緊急地安全地停止生產(chǎn)，以免造成巨大財產(chǎn)損失和人員傷亡事故。1.緊急停車系統(tǒng)的類型

?緊急停車系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)來分，可分為雙重化冗余和三重化冗余兩種。中央處理器模件通信模件存儲器模件看門狗模件垂直總線驅(qū)動器電池與診斷模件電池供斷模件

雙重化冗余方式的ESD系統(tǒng)

三重化冗余方式的ESD系統(tǒng)(1)系統(tǒng)的最終目標都是為了確保工藝生產(chǎn)的安全，保護生產(chǎn)設備和操作人員不受傷害。(2)開關量輸入檢出元件選擇正常狀態(tài)下閉合，線路斷開等同于聯(lián)鎖動作，即系統(tǒng)為故障安全型。(3)輸出電磁閥或繼電器選擇為正常勵磁，只有當輸出線路發(fā)生故障時才產(chǎn)生動作。(4)當無論何種原因使生產(chǎn)裝置停車（Shutdown）時，ESD系統(tǒng)所控制的目標元件所處的狀態(tài)都要確保生產(chǎn)安全。2.緊急停車系統(tǒng)的特點1.平均故障間隔時間平均故障間隔時間指各次故障間隔時間ti的平均值，即各段連續(xù)工作時間的平均值。即

1.3安全系統(tǒng)的常用指標MTBF是一個經(jīng)過多次采樣檢測，長期統(tǒng)計后求出的平均數(shù)值。i=1，2，3，…，n（8-1）2.平均故障修復時間平均故障修復時間是指設備或系統(tǒng)經(jīng)過維修，恢復功能并投入正常運行所需要的平均時間，即式中⊿ti——每次維修所花費的時間。

MTTR也是一個統(tǒng)計值，它遠小于MTBF。MTBF越大，MTTR越小的系統(tǒng)可靠性越高。i=1，2，3，…，n（8-2）3.平均失效時間平均失效時間（MTTF）是指大宗相同部件（或系統(tǒng)）中該部件（或系統(tǒng)）期望發(fā)生故障的時間。4.可用性

可用性（A）是一個概率，指系統(tǒng)在任何情況下都可使用的工作期，用百分數(shù)計算。即5.可靠性可靠性（R）是一個概率，指系統(tǒng)在規(guī)定時間間隔（t）內(nèi)發(fā)生故障的概率。即

表決（Voting）是指系統(tǒng)中用多數(shù)原則將每個支路的數(shù)據(jù)進行比較和修正的一種機理。如1OO2（1OUTOF2）表示2取1表決，2OO2（2OUTOF2）表示2取2表決，2OO3（2OUTOF3）表示3取2表決等。6.容錯

容錯(FaultTolerance)是指對失效的控制系統(tǒng)元件進行認識和補償，并允許在繼續(xù)完成分配的任務、不中斷過程的情況下進行修復的能力。容錯是通過冗余和故障屏蔽的結(jié)合來實現(xiàn)。7.表決

安全完整性級別（SafetyIntegrityLevel，SIL）是指定性分析ESD系統(tǒng)故障對生產(chǎn)裝置和周圍的人員的傷害程度。根據(jù)IEC61508標準劃分為4級。8.故障安全

故障安全是指ESD系統(tǒng)發(fā)生故障時，被控過程能做到安全停車。9.安全完整性級別

正常工況時處于勵磁狀態(tài)，故障工況時處于非勵磁狀態(tài)。SIL1級適用于財產(chǎn)和產(chǎn)品的一般保護；SIL2級適用于主要財產(chǎn)和產(chǎn)品保護，有可能造成人身傷害；SIL3級適用于保護人員；SIL4級適用于災難性傷害。1.4安全系統(tǒng)應用的場合1．對檢測元件的要求?檢測元件（傳感器）分開獨立設置，指采用多臺檢測儀表將控制功能與安全聯(lián)鎖功能隔離，即安全儀表系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)的實體分離。?傳感器冗余設置，指采用多臺儀表完成相同的功能，通過冗余提高系統(tǒng)的安全性。不宜采用信號分配器，將模擬信號分別接到安全儀表系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)。安全儀表系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)共用一個傳感器時，宜采用安全儀表系統(tǒng)供電。2．對最終執(zhí)行元件的要求?最終執(zhí)行元件（切斷閥，電磁閥）是安全儀表系統(tǒng)中可靠性低的設備。由于安全儀表系統(tǒng)在正常工況時是靜態(tài)的，被動的，系統(tǒng)輸出不變，最終執(zhí)行元件一直保持在原有的狀態(tài)，很難確認最終執(zhí)行元件是否有危險故障。?在正常工況時過程控制系統(tǒng)是動態(tài)的，主動的，控制閥動作是隨控制信號的變化而變化，不會長期停留在某一位置。因此，當符合安全度等級要求時，可采用控制閥及配套的電磁閥作為安全儀表系統(tǒng)的最終執(zhí)行元件。3．對ESD邏輯控制器結(jié)構(gòu)選擇要求?安全儀表系統(tǒng)故障有兩種：顯性故障（安全故障）和隱性故障（危險故障）。?當系統(tǒng)出現(xiàn)顯性故障時，可立即檢測出來，系統(tǒng)產(chǎn)生動作進入安全狀態(tài)。?當系統(tǒng)出現(xiàn)隱性故障時，只能通過自動測試程序檢測出來，系統(tǒng)不能產(chǎn)生動作進入安全狀態(tài)。?因此通過對邏輯控制器結(jié)構(gòu)的選擇，克服隱性故障系統(tǒng)安全性的影響，通常選擇2OO3（三取二）或者2OO4D（四取二，帶診斷功能）結(jié)構(gòu)。2.1冗余控制器的構(gòu)成二

冗余控制器兩個微處理器構(gòu)成的1OO2系統(tǒng)來自現(xiàn)場檢測元件（或傳感器）的信號，通過輸入模件分別進入兩個微處理器單元，在CU1內(nèi)進行診斷其結(jié)果從輸出模件輸送到現(xiàn)場的執(zhí)行元件.兩個1oo2系統(tǒng)構(gòu)成四重化（QMR）系統(tǒng)

?來自現(xiàn)場檢測元件（或傳感器）的信號，通過兩套輸入模件分別進入兩個CU單元，其結(jié)果從兩套輸出模件輸送到現(xiàn)場的執(zhí)行元件。?采用雙1oo2D結(jié)構(gòu)，即2oo4D結(jié)構(gòu)，其容錯功能使系統(tǒng)中任何一個部件發(fā)生故障時，均不影響系統(tǒng)的正常運行。2.2冗余控制器的工作原理2.3冗余控制