浅析SIS自动仪表控制系统的发展现状

李伟敏 韩辉 姜珊

【摘 要】2014年11月13日，国家安全监管总局向各省、自治区、直辖市及新疆生产建设兵团安全生产监督管理局，有关中央企业发出《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》（安监总管三〔2014〕116号）。明确了从源头加快规范新建项目安全仪表系统管理工作：第一，从2016年1月1日起，大型和外商独资合资等具备条件的化工企业新建涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施，要按照本指导意见的要求设计符合相关标准规定的安全仪表系统。第二，从2018年1月1日起，所有新建涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施要设计符合要求的安全仪表系统。其他新建化工装置、危险化学品储存设施安全仪表系统，从2020年1月1日起，应执行功能安全相关标准要求，设计符合要求的安全仪表系统。

【关键词】SIS自动仪表 仪表系统 发展现状

1 相关法律法规

2011年12月1日起施行的《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》（国家安监总局第40号令）第十三条（三）的规定：涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或者二级重大危险源，配备独立的安全仪表系统（SIS）；2013年6月20日国家安全监管总局联合住房城乡建设部发出了《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》（安监总管三〔2013〕76号）其中第（八）项“在总体设计和基础工程设计阶段，设计单位应根据建设项目的特点，重点开展下列设计文件的安全评审”就包含“安全联锁、紧急停车系统及安全仪表系统”相关内容。除了安监总局的相关文件，住房和城乡建设部还发布了关于安全仪表的国家设计规范《GB/T 50770-2013 石油化工安全仪表系统设计规范》，本规范由建设部第1623号公告发布，自2013年9月1日起实施。本规范适用于石油化工工厂或装置新建、扩建及改建项目的安全仪表系统的工程设计。

2 相关标准

在上世纪八十年代早期，德国标准化学会（DIN）就开始着手研究测量和控制设备的基本安全原则，并最终形成 DIN V 19250/DIN V 19251/DIN V VDE 0801 三个标准。它们是世界上首次出现的工业安全设备分级标准，功能安全概念由此诞生。ISAS84.01是由美国仪表协会（ISA）制定的关于 SIS 功能安全的标准，最初于1996年公布。它首次定义了SIS，并提出安全生命周期和安全完整性等级概念。IEC61508是由国际电工委员会（IEC）制定的国际标准。标准分为七个部分，分别发布于1998年和2000年。该标准针对由E/E/PE构成的、起安全作用的系统的整体安全生命周期，提出了一个通用的方法，目的在于建立一个可应用于各种工业领域的基本功能安全标准。IEC61508沿用并改进了美国ISA-S84.01 中的安全生命周期和SIL概念，可编程电子安全相关系统的安全完整性机制来自德国的 DIN V VDE 0801。2003 年公布的IEC61511标准是适用于过程工业中SIS的国际化标准，最初以ISAS84.01-1996为蓝本，是IEC61508标准在过程工业中的实现。IEC61511 规范进一步明确了SIS在实施过程的权责关系，针对过程工业的现状和特殊要求进行细节优化，具备很强的可操作性。

目前，IEC 61508已经成为世界范围内最广泛应用的关于 E/E/PE 安全相关系统的国际标准，而IEC61511是使用最广泛的过程工业中 SIS 的国际标准。国内也颁布实施了一些安全相关标准，包括：对应IEC61508 的 GB/T20438和对应 IEC61511 的 GB/T21109。国内的相关石化企业的也先后颁布实施了一些行业与企业标准。中石油发布的《石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则SHB-Z06-1999》，中海油起草、国家经贸委（现商务部）发布的《工业生产过程中安全仪表系统的应用 SY/T10045-2003》，中石化起草、住建部发布的《石油化工安全仪表系统设计规范 GB/T50770-2013》。另外，中国船级社制定的《海上移动平台入级与建造规范》（2012 版）的第7篇对安全保护系统的设置和功能作出指导性要求。

我们需要进一步完善化工安全仪表系统技术标准和认证体系。加快制修订化工安全仪表系统技术标准体系。要组织研究、规划我国化工功能安全技术标准体系，有关部门和单位要制定工作计划，组织制定符合我国化工行业企业安全发展现状的功能安全相关技术标准及应用指南。推动形成并完善符合中国国情的功能安全认证体制机制。依据《电气＼电子＼可编程电子安全相关系统的功能安全》（GB/T20438）和《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》（GB/T21109），逐步建立相关人员、产品以及组织机构功能安全认证服务体系。

3 国内SIS自动仪表控制系统发展现状

2012年12月18日，和利时自主研发的、中国第一套拥有独立自主知识产权的SIL3级安全仪表系统HIaGuard发布，打破了国内SIS产品全部由国外厂商垄断的局面。HiaGuard的面世将对促进国内安全标准的推广与发展，对提升国内流程工业的安全水平具有积极的推动作用。和利时公司的SIS产品HiaGuard的发布打破了国内SIS产品全部由国外厂商垄断的局面，为国内流程工业的用户提供了新的选择。HiaGuard具有完全自主知识产权且经过第三方权威认证机构TUV莱茵的SIL3认证，技术达到行业前沿水平CONTROL ENGINEERING China版权所有，也将提升用户对产品的信心。作为国内唯一的SIS产品厂商，本地化的服务将给国内用户带来更多的便利。

4 国外SIS生产厂商最新技术情况

目前在中国的SIS主要供应商有：霍尼韦尔、艾默生、ABB、西门子、罗克韦尔自动化、GE、Invensys、横河电机、HIMA、Invensys-Triconex、ICS Triplex等，下面主要介绍霍尼韦尔、艾默生和横河电机三家SIS最新技术情况。艾默生的DeltaV SIS的增加了电子布线，结合了编组站电子技术安装的灵活性，以及节省空间的DeltaV安全仪表系统（SIS）的性能和可靠性。此SIS产品极大地简化了设计，安装控制工程网版权所有，接线和调试的SIS项目CONTROL ENGINEERING China版权所有，而在同一时间，提高能力和减少足迹。以人为本的设计（HCD）的原则的基础上，逻辑解算器架构使用电子编组站和魅力的技术来消除常规编组的需要，从而简化了安装和调试过程。

该系统可以实现本身集成了DeltaV的安装的一部分，或连接到任何DCS，作为一个独立的SIS解决方案。这是一个合乎逻辑的步骤，帮助客户解决设计，实施和运行安全系统的复杂性。魅力技术大大降低，成功地设计，安装和运行这些解决方案所需的步骤数量。

霍尼韦尔最近推出一组独特的技术和服务控制工程网版权所有，旨在帮助业内专业人员监控安全仪表系统（SIS）的运行状况和可靠性。霍尼韦尔的SIS-Health Monitoring 通过精确监控系统状态，可减少对此类系统进行的不必要的维护和工程工作，并能够将可导致安全事故和工厂意外停机的故障减至最少。霍尼韦尔过程控制部系统营销经理 Jason Urso 指出：“以往经验表明，SIS 维护不善会使各行业工厂的成本大幅增加。SIS-Health Monitoring 可帮助工厂经理随时查看其安全系统，以进行更有效的维护，并在提高过程可用性的同时减少生产损失”。Urso 表示：“安全仪器系统是企业至关重要的资产，它们可以保护生命、工艺和设备，但它们本身也需要通过性能监控进行保护。然而，现有的许多工具都无法自动监控 SIS 的实际性能。霍尼韦尔的 SIS-Health Monitoring 解决方案通过收集必要的有价值数据并为工程师提供相关的必要工具，弥补了这些弱点。”横河电机集团的ProSafe-RS安全仪表系统获得船舶界国际权威认证机构——劳氏船级社的鉴定，符合ISO17894船舶用可编程电子系统的标准，并且适合用于LNG运输船以及浮体式生产装置，取得认证的产品包括公司旗舰产品——CENTUM?VP和CENTUM?CS3000综合生产控制系统以及ProSafe?-RS安全仪表系统。

应用于石油天然气行业的船舶以及其他浮体式生产装置的业主主要关心安全性和环境保护问题，所以他们要求采用的产品必须具有高可靠性和高品质。他们倾向与能够提供符合ISO17894标准的可编程电子系统的供应商合作。横河电机集团在这方面有很好的业绩控制工程网版权所有，已经获得了总计47艘LNG运输船的控制系统订单。以此次获得ISO17894认证为契机，横河电机集团期待通过在LNG运输船和浮体式生产储油卸油船（FPSO）等增长迅速的领域加大营销力度，扩大石油天然气船舶部分控制业务的承揽。

5 结语

我国安全仪表系统及其相关安全保护措施在设计、安装、操作和维护管理等生命周期各阶段，还存在危险与风险分析不足、设计选型不当、冗余容错结构不合理、缺乏明确的检验测试周期、预防性维护策略针对性不强等问题，规范安全仪表系统管理工作亟待加强。随着我国化工装置、危险化学品储存设施规模大型化、生产过程自动化水平逐步提高，同步加强和规范安全仪表系统管理，十分紧迫和必要。随着技术的迅速发展，市场对SIS产品的需求越来越全面，对SIS产品的评价标准已不仅仅局限于对安全完整性等级的要求，而是要综合考虑安全性、可靠性、可用性、可维护性及可操作性。