1.什么是安全儀表系統SIS
在IEC61508 中,安全儀表系統SIS被稱為安全相關系統(Safety Related System)或緊急停車系統ESD,將被控對象稱為被控設備(EUC)。IEC61511將安全儀表系統SIS定義為用于執行一個或多個安全儀表功能(Safety Instrumented Function,SIF)的儀表系統。SIS是由傳感器(如各類開關、變送器等)、邏輯控制器、以及最終元件(如電磁閥、電動門等)的組合組成, IEC61511又進一步指出,SIS可以包括,也可以不包括軟件。另外,當操作人員的手動操作被視為SIS的有機組成部分時,必須在安全規格書(Safety Requirement Specification,SRS)中對人員操作動作的有效性和可靠性做出明確規定,并包括在SIS的績效計算中。從SIS的發展過程看,其控制單元部分經歷了電氣繼電器(Electrical)、電子固態電路(Electronic)和可編程電子系統(Programmable Electronic System),即E/E/PES三個階段。
SIS安全儀表系統功能可以是安全儀表保護功能,也可以是安全儀表控制功能,或包含這兩者。需要說明的是,這里所說的安全儀表控制功能,是指以連續模式(Continuous Mode)操作并具有特定的SIL,用于防止危險狀態發生或者減輕其發生的后果,與常規的PID控制功能是完全不同的概念。SIS可以包括或不包括軟件,SIS的一部分也可能是人的動作。
IEC61508/IEC61511的發布,對安全控制系統在過程工業領域的應用有劃時代的意義。首先,將儀表系統的各種特定應用,例如是ESD安全聯鎖/緊急停車系統(ESD屬于SIS的一部分。SIS包括現場儀表、邏輯解決器、執行機構三部分,常規的ESD系統只是SIS的邏輯解決器這部分。)、FGS、BMS、HIPPS…都統一到SIS的概念下;其次,提出了SIL為指針,基于績效餓可靠性評估標準;再者,以 生命周期的構架,規定了各階段的技術活動和功能安全管理活動。這樣SIS的應用形成了一套完整的體系,包括:設計理念和設計方法、儀表設備選型準入原則(基于經驗使用和IEC61508符合性認證)、系統硬件配置和軟件組態編程規則、系統集成、安裝和調試、運行和維護,以及功能安全評估與審計等。
安監總局116號文件 國家安全監管總局于2014年11月13日下發《國家安全監管總局關于加強化工安全儀表系統SIS管理指導意見(安監總管三〔2014〕116號)》該意見涉及到了生產,設計,管理等多個方面。HAZOP分析,SIL等級評估,安全系統驗證,老裝置安全系統安全等級評估,安全系統改造等,這些工作將在今后幾年中越來越多,越來越重要!
2.什么是DCS系統
DCS系統又稱為DCS控制系統(Distributed Control System),即集散控制系統,是以微處理器為基礎,采用控制功能分散、顯,示操作集中、兼顧分而自治和綜合協調的設計原則的新一代儀表控制系統。集散控制系統簡稱DCS,也可直譯為“分散控制系統”或“分布式計算機控制系統”。
DCS采用控制分散、操作和管理集中的基本設計思想,采用多層分級、合作自治的結構形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在電力、冶金、石化等各行各業都獲得了極其廣泛的應用。
(1)現場控制單元
現場控制單元一般遠離控制中心,安裝在靠近現場的地方,其高度模塊化結構可以根據過程監測和控制的需要配置成由幾個監控點到數百個監控點的規模不等的過程控制單元?,F場控制單元的結構是由許多功能分散的插板(或稱卡件)按照一定的邏輯或物理順序安裝在插板箱中,各現場控制單元及其與控制管理級之間采用總線連接,以實現信息交互。
現場控制單元的硬件配置需要完成以下內容:插件的配置 根據系統的要求和控制規模配置主機插件(CPU插件)、電源插件、I/O插件、通信插件等硬件設備;硬件冗余配置 對關鍵設備進行冗余配置是提高DCS可靠性的一個重要手段,DCS通??梢詫χ鳈C插件、電源插件、通信插件和網絡、關鍵I/O插件都可以實現冗余配置。
硬件安裝 不同的DCS,對于各種插件在插件箱中的安裝,會在邏輯順序或物理順序上有相應的規定。另外,現場控制單元通常分為基本型和擴展型兩種,所謂基本型就是各種插件安裝在一個插件箱中,但更多的時候時需要可擴展的結構形式,即一個現場控制單元還包括若干數字輸入/輸出擴展單元,相互間采用總線連成一體。就本質而言,現場控制單元的結構形式和配置要求與模塊化PLC的硬件配置是一致的。
(2)操作站
操作站用來顯示并記錄來自各控制單元的過程數據,是人與生產過程信息交互的操作接口。典型的操作站包括主機系統、顯示設備、鍵盤輸入設備、信息存儲設備和打印輸出設備等,主要實現強大的顯示功能(如模擬參數顯示、系統狀態顯示、多種畫面顯示等等)、報警功能、操作功能、報表打印功能、組態和編程功能等等。
另外,DCS操作站還分為操作員站和工程師站。從系統功能上看,前者主要實現一般的生產操作和監控任務,具有數據采集和處理、監控畫面顯示、故障診斷和報警等功能。后者除了具有操作員站的一般功能以外,還應具備系統的組態、控制目標的修改等功能。從硬件設備上看,多數系統的工程師站和操作員站合在一起,僅用一個工程師鍵盤加以區分。