【儀表網(wǎng) 行業(yè)科普】Esd(Emergency Shutdown Device):緊急停車系統(tǒng)，多數(shù)應(yīng)用于石油和化工系統(tǒng)，是一個獨立于DCS系統(tǒng)的控制單元，在工藝發(fā)生危險狀況時，對設(shè)備，環(huán)境等進行緊急的啟挺，開關(guān)操作。配置設(shè)備以高檔的PLC居多，多數(shù)處理DI/DO點，現(xiàn)在多數(shù)與DCS進行通訊。
 

　　SIS(SIS, safety instrumented system):安全儀表系統(tǒng)，主要用于汽輪機，壓縮機等高速運轉(zhuǎn)設(shè)備，對軸承的轉(zhuǎn)速，震動，位移，溫度等進行檢測，對設(shè)備進行保護，原來設(shè)計多為模塊組合，相當于與智能儀表的組合體。
 

　　SIS是安全儀表系統(tǒng)，ESD是緊急停車系統(tǒng)，ESD屬于SIS的一部分。SIS包括現(xiàn)場儀表、邏輯解決器、執(zhí)行機構(gòu)三部分，這三個部分都要是安全設(shè)計的，常規(guī)的ESD系統(tǒng)只是SIS的邏輯解決器這部分，當然也要是安全設(shè)計的。
 

　　隨便舉個例子，不一定合適，但是可以幫助理解這些概念。
 

　　西門子的PCS7 系統(tǒng)。包含了S7-400H 硬件，WinCC 監(jiān)控軟件，Simaticnet 通訊軟件。Step7編程軟件。PDM等智能儀表工具。PCS7 是一系列軟件，硬件的組合體，是一個系統(tǒng)的概念。SIS 基本上也是同樣的道理。從本質(zhì)上來講，SIS 的硬件系統(tǒng)不光包括SIS控制器及IO(例如 Triconex，HIMA，西門子400FH)。還應(yīng)包括所有跟控制器接口的其他輸入部件，例如獲得TUV SIL認證的 傳感器，變送器，檢測裝置；還應(yīng)該包括所有輸出部件，如獲得 TUV SIL認證的執(zhí)行器(液壓安全執(zhí)行器，氣動安全執(zhí)行器，電動型安全執(zhí)行器)，還應(yīng)該有 獲得認證的現(xiàn)場設(shè)備。要求嚴格的現(xiàn)場，閥門本體也必須是有TUV 證書的。
 

　　例如核電廠的安全閥不光是鍋爐與壓力容器質(zhì)檢合格，還應(yīng)該有核檢證書，還應(yīng)該有 TUV的安規(guī)證書，明確標明是SIL幾等級。
 

　　那么，我們現(xiàn)在再來理解這些概念，安全型控制器(目前這個叫法最科學(xué))僅僅是SIS系統(tǒng)硬件中的一環(huán)。安全型控制器的廠家 包Triconex，HIMA，西門子，Moore，ICS，ABB，EMerson等。這些安全型 控制器用于緊急停車場合，則稱之為 ESD。用于油氣田的火檢和氣體報警，則稱之為 F&GS.用于危險場合的燃燒控制，則稱之為BMS。ESD，F(xiàn)&GS,BMS 不是指Triconex，也不是指HIMA，更不是指 他們這些廠家的控制器。而是他們這些廠家的安全性控制器 用在這些不同的場合，有著這些不同的用途，所以有著這些不同的叫法。
 

　　下一次，別人問你，為什么 Triconex 一會叫ESD，一會叫PSD，一會叫F&GS,一會叫BMS。還叫做SIS。你應(yīng)該理其含義。這些都是安全性控制器，或者叫安全性控制系統(tǒng)，或者IEC規(guī)范曾經(jīng)叫過安全系統(tǒng)(PES)，安全型電子裝置。
 

　　用在叫ESD的場合，就是ESD，用在叫F&GS 的場合，就是F&GS。
 

　　而SIS則是個完整的，系統(tǒng)的概念。從其命名首先就可以看出來，其是個完整的，更關(guān)注整體性的一個概念，一個系統(tǒng)。
 

　　整個安全性是建立在整個安全機制之上的，包括了安全性的控制器(如ESD，F(xiàn)&GS,BMS,,,),安全型的儀表，安全型執(zhí)行器，安全型的軟件(功能塊庫，連鎖規(guī)范)，甚至“安全的通訊功能”(目前很少有此叫法)。
 

　　SIS的整體性概念還應(yīng)包括貫穿整個安全控制系統(tǒng) 全生命周期的規(guī)范，如初期的設(shè)計，中期的施工，調(diào)試；末期的試運行，評估，驗證。后續(xù)的維護。安全生命周期到限前的拆除。
 

　　總之，SIS 的概念很完整，很龐大。第一個暈的，總是設(shè)計院，然后設(shè)計院把業(yè)主忽悠暈。
 

　　然后很多做SIS，調(diào)ESD的人，搞了好幾年，概念也是暈點。
 

　　為什么，這幾年招標的時候，更多的提SIS的概念？從理論上說，只有ESD，“未必” 會是個完整的SIS控制系統(tǒng)。  ESD僅僅是 SIS中的一環(huán)，而且是在實體硬件中，是最重要的一環(huán)。所以，很多人認為，SIS就是ESD。ESD就是SIS。
 

　　有了ESD，再有了很多周邊的配套設(shè)備。就可以組成一個SIS控制系統(tǒng)。用戶想要的是一個完整的安全性控制系統(tǒng)，所以這幾年招投標規(guī)范書都叫 SIS了。老實說，確實換湯不換藥，但是，至少說明了，我們的用戶，在安全概念的整體性上有所進步，不管是被忽悠的進步了，還是自己提升進步了，總是進步了。類似的，(我曾親口聽某知名DCS的銷售部副經(jīng)理說，西門子DCS，pcs7就是S7-400 PLC，S7-400PLC 就是PCS7 DCS)很多東西并不是簡單的等同！
 

　　ITCC。高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的控制，如汽輪機組控制，空壓機控制，高爐鼓風(fēng)機控制。甚至渦輪發(fā)動機控制，燃氣輪機控制是另外的概念。例如     Triconex的控制器，除了能做 ESD，F(xiàn)&GS 外，還能做 ITCC。
 

　　做ESD，F(xiàn)&GS 等 SIS概念下的系統(tǒng)，是要認證的，是必須有TUV的SIL等級證書的。而做ITCC的，則不是必需要，TUV的認證。同一家的同一個東西，用在不同的場合，有不同的用途，所以有不同的叫法。同樣的道理，你的銀子極其的多，你可以用 Triconex的系統(tǒng)來做PLC，或者小DCS 來用。這時候，你還可以管 triconex  叫PLC，或者DCS，都可以的。CCC是做 ITCC，不做ESD；  橫河，Emerson的安全系統(tǒng)則基本上只做ESD，F(xiàn)&GS,不做ITCC。Triconex是即做ESD，又做ITCC。
 

　　SIS safety instrument system 安全儀表控制系統(tǒng)
 

　　ESD Emergency shutdown 在石化一般叫ESD。在高壓管線上叫HIPPS，在鍋爐上叫FSSS，在汽機上叫ETS。
 

　　ESD 是SIS的一部分，算是比較重要的組成部分 SIS=ESD+ 中間連線+現(xiàn)場儀表或者執(zhí)行機構(gòu)。
 

　　ESD叫SIS是不太合理的叫法
 

　　現(xiàn)在很多項目要求SIS系統(tǒng)達到SIL3，光是ESD達到SIL3是不夠，還需要現(xiàn)場的儀表達到該等級，并且構(gòu)成的整個控制回路達到SIL3。
 

　　ESD 剛進入國內(nèi)的時候應(yīng)該是ICS做得好，后來是HONEYWELL，然后是康吉森代理的triconex，2000以后HIMA才進來。最近好像triconex和HIMA的 市場份額要多點吧。
 

　　另外ITCC是康吉森提出的叫法，由于跟IEC61508和11里面的內(nèi)容有點沖突，據(jù)說現(xiàn)在設(shè)計院又開始改叫CCS了。參考電力系統(tǒng)ETS+DEH模式，我個人認為，壓縮機控制還是控制和保護分開的好，采用 ESD+調(diào)速+防踹就練油廠的PCS(過程控制系統(tǒng))情況來說，整個練油廠綜合控制系統(tǒng)由DCS，ESD，CCS，MMS及CGTCS組成，DCS承擔控制的核心。Esd(Emergency Shutdown Device)------緊急停車系統(tǒng)(包括SOE)，獨立于DCS系統(tǒng)，是SIS(SIS, safety instrumented system):安全儀表系統(tǒng)主要組成在工藝發(fā)生危險狀況時，對管線及設(shè)備緊急的關(guān)啟，實現(xiàn)保護。在設(shè)計上從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及通訊方式上與DCS不同，采用三選二(2-o-o-3 voting)Triconex系統(tǒng)及HART 通訊方式，與DCS進行以太網(wǎng)通訊。為保證全廠協(xié)調(diào)安全運行，ESD系統(tǒng)還需和CCS(壓縮機控制系統(tǒng))，MMS(機器監(jiān)視系統(tǒng))，CSTCS(燃氣輪機控制系統(tǒng))，及MCC(電機控制中心)通訊，完成安全保護要求。
 

　　SIS是安全儀表系統(tǒng)，ESD屬于SIS的一部分。SIS包括現(xiàn)場儀表、ESD系統(tǒng)、緊急開閉閥三部分，采用HART+4---20mA通訊連線，每個ESD回路均要做SIL評估。為實現(xiàn)SIL2 或SIL3 安全等極，采用兩臺電磁閥控制緊急開閉閥，三臺差壓變送器測量同一液位，采用雷達及超聲各一臺儀表測同一液位等方法。當然要做SIL計算驗證，以確保系統(tǒng)達到要求。
 

　　儀表安全等級的定義和區(qū)別，SIL1 、SIL2 與SIL3有什么區(qū)別？
 

　　鑒于SIS涉及到人員、設(shè)備、環(huán)境的安全，因此各國均制定了相關(guān)的標準、規(guī)范，使得SIS的設(shè)計、制造、使用均有章可循。并有權(quán)威的認證機構(gòu)對產(chǎn)品能達到的安全等級進行確認。這些標準、規(guī)范及認證機構(gòu)主要有：
 

　　我國石化集團制定的行業(yè)標準SHB-Z06-1999《石油化工緊急停車及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)則》。
 

　　2006年、2007年等同采用IEC61508、IEC61511的中國國家標準GB/T20438、GB/T21109相繼發(fā)布，中國的功能安全標準開始規(guī)范我國的功能安全工作。
 

　　國際電工委員會1997年制定的IEC 61508/61511標準，對用機電設(shè)備(繼電器)、固態(tài)電子設(shè)備、可編程電子設(shè)備(PLC)構(gòu)成的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件、軟件及應(yīng)用作出了明確規(guī)定。
 

　　美國儀表學(xué)會制定的ISA-S84.01-1996《安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應(yīng)用》。
 

　　美國化學(xué)工程學(xué)會制定的AICHE(ccps)-1993，《化學(xué)過程的安全自動化導(dǎo)則》。
 

　　英國健康與安全執(zhí)行委員會制定的HSE PES-1987，《可編程電子系統(tǒng)在安全領(lǐng)域的應(yīng)用》。
 

　　德國國家標準中有安全系統(tǒng)制造廠商標準-DIN V VDE 0801、過程操作用戶標準-DIN V 19250和DIN V 19251、燃燒管理系統(tǒng)標準-DIN VDE 0116等。
 

　　德國技術(shù)監(jiān)督協(xié)會(TÜV)是一個獨立的、權(quán)威的認證機構(gòu)，它按照德國國家標準(DIN)，將ESD所達到的安全等級分為AK1～AK8，AK8安全級別最高。其中AK4、AK5、AK6為適用于石油和化學(xué)工業(yè) 取得TUV認證的SIS產(chǎn)品。
 

　　不同的工業(yè)過程(如生產(chǎn)規(guī)模、原料和產(chǎn)品的種類、工藝和設(shè)備的復(fù)雜程度等)對安全的要求是不同的。上述的國際標準將其劃分為若干安全完整性等級(SIL：Safety Integrity Level)。
 

　　安全完整性等級(SIL)是一種離散的等級，用來規(guī)定分配給E/E/PE安全相關(guān)系統(tǒng)安全功能的安全完整性要求。
 

　　安全完整性等級可分為4個等級，SIL4是安全完整性最高的等級(平均概率最高)，SIL1是最低等級；安全完整性等級越高，應(yīng)執(zhí)行所要求的安全功能的概率也越高；根據(jù)安全相關(guān)系統(tǒng)使用方式，要求發(fā)生的頻率可分為低要求操作模式(<=1次/年)和高要求或連續(xù)操作模式(>1次/年)。
 

　　根據(jù)GB/T 20438標準，在不同的操作模式下，安全完整性的目標失效概率和目標風(fēng)險降低見下表1-1和1-2。
 

　　采用不同的操作模式結(jié)構(gòu)有可能使用幾個安全完整性等級較低的系統(tǒng)來滿足一個較高安全完整性等級功能的需要(例如：使用一個SIL2和一個SIL1的系統(tǒng)共同來滿足一個SIL3功能的需要)。 不同的工藝過程(生產(chǎn)規(guī)模、原料和產(chǎn)品的種類、工藝和設(shè)備的復(fù)雜程度等)對安全的要求是不同的。一個具體的工藝過程，是否需要配置SIS、配置何種等級的SIS，其前提應(yīng)該是對此具體的工藝過程進行風(fēng)險評估，要進行危險及可操作性分析(HAZOP)，然后辨識出與此分析相應(yīng)的安全儀表功能(SIF),(找到一個安全儀表連鎖回路)，再根據(jù)風(fēng)險出現(xiàn)的頻率和其產(chǎn)生的嚴重后果，找到一個與此SIF相應(yīng)的SIL值，在確定了某個安全儀表功能的完整性等級(SIL)之后，再配置與之相適應(yīng)的SIS。表1-3可以看出，若某工藝過程的所需SIF經(jīng)評定后為SIL 2，則配置達到AK4的SIS即可，其響應(yīng)失效率(PFD)為百分之一至千分之一之間。應(yīng)該注意的是不同安全級別的SIS，只能確保響應(yīng)失效率(PFD)在一定的范圍內(nèi)，安全級別越高的SIS，其PFD越小，即發(fā)生事故的可能性越小，但它不能改變事故造成的后果。因此，工藝過程安全完整性等級的評定是一項十分重要的工作。但目前我國尚無如何評定安全完整性等級的標準和規(guī)范。國際、國外標準中提供了某些評定方法。下面介紹的風(fēng)險矩陣(RISK MATRIX)評估方法可供參考。
 

　　這種方法以工藝過程事故出現(xiàn)的頻率(可能性)及其危害程度(嚴重性)為風(fēng)險評估的指標，并對頻率和危害程度人為量化為若干級，作出矩陣表(見表3)。以此確定工藝過程度安全完整性等級。
 

　　SIL等級是不能進行組態(tài)修改的，這個是根據(jù)計算得來的。系統(tǒng)的SIL等級是表明系統(tǒng)可應(yīng)用于某一SIL等級場合，當然達到SIL3等級的系統(tǒng)也可用于SIL2的場合。而且根據(jù)IEC61508，SIS(安全儀表系統(tǒng))不僅僅是要求控制系統(tǒng)具有SIL等級，而且要求現(xiàn)場的儀表閥門也具有SIL等級，不僅僅是構(gòu)成一個控制回路的各個組成部件(監(jiān)測儀表、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)等)具有SIL等級，而是要去計算這整個控制回路的PFD，如果計算出的PFD在了SIL2的范圍，那么這個控制回路就達到了SIL等級。一個控制回路要求為SIL2還是SIL3等級，是根據(jù)這個控制回路在整個生產(chǎn)裝置中的重要性，對安全的影響等多方面分析而來。
 

　　只是在國內(nèi)，這些都被各方面的人搞得簡單化了，現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機構(gòu)就用普通的不具有SIL等級的，只有控制系統(tǒng)才要求SIL等級，而且也不去計算到底需要某一SIL等級的就行，在石油化工上SIS都搞成了SIL3等級的了。