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摘要：本文简述了SIS系统的作用、特点、优势及其发展趋势，简要介绍了HONEYWELL公司的SIS在国内煤制烯烃示范项目中的应用，由于其配置方式已经在煤制烯烃示范项目中实施成功，这对以后大型煤化工装置SIS的配置有着重要的指导意义。
关键词：安全仪表系统（SIS） 故障诊断 冗余 静态 控制器
1007-9416（2013）02-0073-02
安全仪表系统（SIS）是与安全生产紧密相关的系统，是应用于安全领域及关键控制部分，用以避免事故的发生或者减少事故发生后给设备、人员和环境造成危害，从而使危险降低到最低程度的一种专用仪表系统，它主要应用于化工、高铁、核电、航空航天等高新产业，在响应速度、安全性、故障自诊断等方面有较高要求，是当前工业自动化领域的一种高尖端技术。随着科学技术的不断发展和人们安全意识的逐步提高，特别是近年来频频发生的恶性事故更是给人们敲响了安全的警钟，SIS系统得到了人们越来越多的关注和重视，SIS作为现代过程工业在降低风险和保障装置安、稳、长、满、优运行方面发挥着越来越重要的作用。
（1）TMR结构：它将三路隔离、并行的控制系统（每路称为一个分电路）和广泛的诊断集成在一个系统中，用三取二表决提供高度完善、无差错，不会中断的控制，如图2 所示。TRICON、ICS均是采用TMR结构的系统。
（2）2004D结构：2004D系统是有2套独立并行运行的系统组成，通讯模块负责其同步运行，当系统自诊断发现一个模块发生故障时，CPU将强制其失效，确保其输出的正确性。同时，安全输出模块中OD功能（辅助去磁方法），确保在两套系统同时故障或电源故障时，系统输出一个故障安全信号。一个输出电路实际上是通过四个输出电路及自诊断功能实现的，如图3所示。这样确保了系统的高可靠性，高安全性及高可用性。HONEYWELL、HIMA的SIS均采用了2004D结构。
（2）SIS系统属于“静态”系统，在正常工况下，始终监测生产装置的运行，系统输出不变，不对生产过程产生影响；在非正常工况下，将按预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或停车。DCS属于“动态”系统，连续对过程变量进行检测、运算和控制，对生产过程进行动态的控制，确保最终产品的产量和质量；
（3）SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更严格，IEC61508、IEC61511、ISA S8
关键词：安全仪表系统（SIS） 故障诊断 冗余 静态 控制器
1007-9416（2013）02-0073-02
安全仪表系统（SIS）是与安全生产紧密相关的系统，是应用于安全领域及关键控制部分，用以避免事故的发生或者减少事故发生后给设备、人员和环境造成危害，从而使危险降低到最低程度的一种专用仪表系统，它主要应用于化工、高铁、核电、航空航天等高新产业，在响应速度、安全性、故障自诊断等方面有较高要求，是当前工业自动化领域的一种高尖端技术。随着科学技术的不断发展和人们安全意识的逐步提高，特别是近年来频频发生的恶性事故更是给人们敲响了安全的警钟，SIS系统得到了人们越来越多的关注和重视，SIS作为现代过程工业在降低风险和保障装置安、稳、长、满、优运行方面发挥着越来越重要的作用。
1 安全仪表系统介绍
1.1 安全仪表系统（SIS）的基本定义
安全仪表系统（safety Instrumented system），是指能够实现一个或多个安全功能的系统，简称SIS。它是根据美国仪表学会（ISA）对安全控制系统的定义而得名的，也被称为紧急停车系统（Emergency shut down Device—ESD）、安全联锁系统或仪表保护系统（Instrument Protection system—IPS）。1.2 安全仪表系统（SIS）的特点
（1）以IEC61508作为基础标准，符合国际安全协会规定的仪表的安全标准规定。（2）具有覆盖面广、安全性高、有自诊断功能，能够检测并预防潜在的危险。（3）容错性的多重冗余系统，SIS一般采用多重冗余结构以提高系统的硬件故障裕度，单一故障不会导致SIS安全功能丧失。（4）应用程序容易修改，可根据实际需要对软件进行修改。（5）自诊断覆盖率大，工人维修时需要检查的点数比较少。（6）响应速度快，从输入变化到输出变化的响应时间一般在10—50ms左右，一些小型SIS的响应时间更短。（7）可实现从传感器到执行元件所组成的整个回路的安全性设计，具有I/O短路、断线等监测功能。2 SIS系统的基本组成及系统结构
2.1 SIS系统的基本组成
安全仪表系统包括传感器、逻辑运算器和最终执行元件，即检测单元、控制单元和执行单元，如图1所示。SIS系统可以监测生产过程中出现的或者潜伏的危险，发出告警信息或直接执行预定程序，立即进入操作，防止事故的发生、降低事故带来的危害及其影响。（如图摘自：毕业论文结论www.udooo.com
1）2.2 SIS系统的结构
目前SIS的主流系统结构主要有TMR（三重化）、2004D（四重化）2种。（1）TMR结构：它将三路隔离、并行的控制系统（每路称为一个分电路）和广泛的诊断集成在一个系统中，用三取二表决提供高度完善、无差错，不会中断的控制，如图2 所示。TRICON、ICS均是采用TMR结构的系统。
（2）2004D结构：2004D系统是有2套独立并行运行的系统组成，通讯模块负责其同步运行，当系统自诊断发现一个模块发生故障时，CPU将强制其失效，确保其输出的正确性。同时，安全输出模块中OD功能（辅助去磁方法），确保在两套系统同时故障或电源故障时，系统输出一个故障安全信号。一个输出电路实际上是通过四个输出电路及自诊断功能实现的，如图3所示。这样确保了系统的高可靠性，高安全性及高可用性。HONEYWELL、HIMA的SIS均采用了2004D结构。
3 SIS系统设计选用原则及工程设计中注意的问题
3.1 SIS系统设计选用原则
（1）SIS独立于过程控制系统（DCS或其他系统），独立完成安全保护功能。当过程达到预定条件时，SIS动作，使被控制过程转入安全状态；（2）SIS应设计成故障安全型；（3）根据对过程危险性及可操作性分析，人员、过程、设备及环保要求，安全度等级确定SIS的功能等级；（4）SIS应具有硬件、软件诊断和测试功能；（5）SIS构成应使中间环节最少；（6）SIS的传感器、最终执行元件宜单独设置；（7）SIS应采用经TUV安全认证的plc系统；（8）SIS应能和DCS、MES等进行通信；（9）SIS实现多个单元保护功能时，其公用部分应符合最高安全等级要求。3.2 SIS与DCS的区别
（1）SIS系统用于监测生产装置的运行情况，对出现的异常情况立即进行处理，用以避免事故的发生或者减少事故发生后给设备、人员和环境造成危害，从而使危险降低到最低程度的一种专用仪表系统；DCS用于生产过程的常规控制（连续、顺序、间歇等）、连续测量、操作控制管理等，保证生产装置的平稳运行。（2）SIS系统属于“静态”系统，在正常工况下，始终监测生产装置的运行，系统输出不变，不对生产过程产生影响；在非正常工况下，将按预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或停车。DCS属于“动态”系统，连续对过程变量进行检测、运算和控制，对生产过程进行动态的控制，确保最终产品的产量和质量；
（3）SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更严格，IEC61508、IEC61511、ISA S8
4.01、SH/T3018强烈推荐SIS与DCS硬件独立设置。
3.3 SIS工程设计中注意的问题
（1）I/O模件应带光/电或电磁隔离，带诊断，带电插拔；（2）来自现场的三取二信号应分别接到三个不同的输入卡；（3）SIS关联现场变送器或最终执行元件应由SIS系统供电；（4）当现场变送器信号同时用于SIS、DCS时，应先接到SIS系统后接到DCS系统；（5）I/O模件连接的传感器和最终执行元件应设计成故障安全型；（6）SIS不应采用现场总线仪表；（7）SIS负荷不应超过50～60%；（8）SIS系统的电源、网络、控制器、I/O卡件均应冗余配置；（9）SIS采用等电位接地；（10）SIS关联的传感器及最终执行元件，在正常工况应是带电（励磁）状态；在非正常工况应是失电（非励磁）状态；（11）SIS关联的电磁阀采用冗余配置时，有两种方式：第一、并联连接、可用性好；第二、串联连接、安全性好。学位论文www.udooo.com