安全儀表系統(tǒng)(簡稱SIS系統(tǒng))是專門用于過程自動化行業(yè)，用于保障安全生產(chǎn)的一套系統(tǒng)。主要為工廠控制系統(tǒng)中報警和聯(lián)鎖部分，對控制系統(tǒng)中檢測的結(jié)果實施報警動作或調(diào)節(jié)或停機控制，是工廠企業(yè)自動控制中的重要組成部分。其安全等級高于DCS的自動化系統(tǒng)，當自動化生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，SIS會進行干預(yù)，降低事故發(fā)生的可能性。

　　在機械行業(yè)中，安全相關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計需遵循ISO 13849系列標準。而在過程自動化領(lǐng)域，SIS系統(tǒng)的設(shè)計需遵循IEC 61508或者IEC 61511系列標準。SIS的安全等級通過安全完整性等級(SIL)來描述。SIL等級與系統(tǒng)每小時發(fā)生危險失效的概率(PFHd)的關(guān)系如表1所示：

　　表 1 SIL與PFHd的對應(yīng)關(guān)系

　　其中，SIL 4適用于鐵路等特殊行業(yè)。對于SIS系統(tǒng)來說，其最高安全等級通常為SIL 3。SIS系統(tǒng)的特點包括：

　　· ? 覆蓋面廣、安全性高、有自診斷功能，能夠檢測并預(yù)防潛在的危險。

　　· ? 容錯性的多重冗余系統(tǒng)，SIS一般采用多重冗余結(jié)構(gòu)以提高系統(tǒng)的硬件故障裕度，單一故障不會導(dǎo)致SIS安全功能喪失。

　　· ? 應(yīng)用程序容易修改，可根據(jù)實際需要對軟件進行修改。

　　· ? 自診斷覆蓋率大，工人維修時需要檢查的點數(shù)比較少。

　　· ? 響應(yīng)速度快，從輸入變化到輸出變化的響應(yīng)時間一般在10—50ms左右，一些小型SIS的響應(yīng)時間更短。

　　· ? 可實現(xiàn)從傳感器到執(zhí)行元件所組成的整個回路的安全性設(shè)計，具有I/O短路、斷線等監(jiān)測功能。

　　在SIS系統(tǒng)中，經(jīng)常需要監(jiān)控的信號包括壓力、溫度、液位、流量等。執(zhí)行機構(gòu)主要為電機及閥門。根據(jù)風險評估，一般要求各個安全功能需要達到SIL 2及以上。

　　上海神眾電氣有限公司專注于工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域，為客戶提供系統(tǒng)集成、產(chǎn)品及方案設(shè)計、編程調(diào)試及專業(yè)的工程和技術(shù)服務(wù)，涉及食品飲料、精細化工、汽車、環(huán)保、新能源等眾多行業(yè)。在上海神眾為森田新能源材料(張家港)有限公司提供的SIS系統(tǒng)改造項目中，采用了皮爾磁PSS 4000自動化系統(tǒng)以及PASvisu可視化界面。在保障SIS安全要求的同時，提供了方便、高效的操作環(huán)境。

　　圖 1 PSS 4000系統(tǒng)概覽

　　皮爾磁的PSS 4000自動化控制系統(tǒng)為互聯(lián)復(fù)雜設(shè)備提供了最為適合的解決方案。整個系統(tǒng)可以獨立使用或組成分布式結(jié)構(gòu)。在安全性上可達到IEC 61511 SIL 3安全等級，可以很好的實現(xiàn)SIS系統(tǒng)所需的安全要求。傳感器將現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號后，可接入到PSS 4000系統(tǒng)的安全模擬量輸入模塊中。PSS 4000的安全模擬量模塊包括電壓與電流兩種型號，每個模塊可達到最高SIL 2安全要求。若采用兩個模塊采集雙通道信號，則可實現(xiàn)SIL 3安全要求。安全電壓監(jiān)控模塊可接收-10~+10V信號，步長2.5mV，安全電流監(jiān)控模塊可接收0~25mA信號，步長6.25μA，因此絕大多數(shù)傳感器都可適用。

　　除了安全模擬量硬件本身之外，PSS 4000在軟件方面也提供了安全模擬量信號處理的功能塊FS_AnalogueInputSingle及FS_AnalogueInputDual。通過這兩個功能塊，用戶可配置實際所需的監(jiān)控范圍、量程比例、故障響應(yīng)等參數(shù)。在硬件故障情況下，如傳感器斷線、短路等情況發(fā)生時，除了系統(tǒng)本身產(chǎn)生報警以外，功能塊使能也會切斷，并給出相應(yīng)故障診斷位。這兩個功能塊本身也滿足SIL 2及SIL 3要求。在森田SIS項目中，神眾的工程師采用了安全模擬量電流模塊監(jiān)控多個罐體的溫度及液位信號，通過PSS 4000安全PLC及安全數(shù)字量輸出模塊，對現(xiàn)場的閥狀態(tài)進行控制，最終達到了SIL 2安全要求。

　　圖 2 安全模擬量處理功能塊

　　此次森田新能源材料有限公司的SIS系統(tǒng)共包含三個區(qū)，其中第三個區(qū)與前兩個區(qū)之間距離將近500米，對此上海神眾靈活地采用了PSS 4000分布式系統(tǒng)地特性。PSS 4000采用SafetyNET p安全以太網(wǎng)作為分布式通訊媒介，可靈活地實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并通過交換機上的光纖接口實現(xiàn)長距離信號傳輸。根據(jù)需要還可在交換機上配置環(huán)形冗余，保障數(shù)據(jù)通訊時的可靠性。

　　圖 3 森田PSS 4000系統(tǒng)拓撲圖

　　為了給現(xiàn)場操作及維護員提供一個清晰直觀、易于操作的界面。上海神眾此次還為森田新能源材料有限公司的SIS系統(tǒng)配備了皮爾磁的PASvisu可視化軟件。PASvisu是皮爾磁專門為其控制系統(tǒng)提供的上位機軟件。在這款上位機軟件中集成了當前最新的網(wǎng)頁技術(shù)，包括HTML 5、CSS3及JavaScript 6等，可視化界面元素相比傳統(tǒng)軟件更加現(xiàn)代化。

　　圖 4 PASvisu項目編輯界面

　　PASvisu的最大特點在于，可視化項目可以實時與控制項目同步。在設(shè)計上位機界面時，可以將一個PASvisu項目與一個PSS 4000項目關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)后所有PSS 4000項目中的變量均可傳遞至PASvisu。在PSS 4000中所建立的安全功能也可在PASvisu中一次性調(diào)用，避免了在傳統(tǒng)上位機軟件中重新建立變量及通訊點而可能產(chǎn)生的人為錯誤。此外，控制器部分的所有故障信息都可通過專門的貼塊直接插入到上位機界面中，設(shè)計人員無需重新編寫硬件相關(guān)的故障信息，最終加快了項目設(shè)計及調(diào)試的時間。

　　圖 5 森田SIS系統(tǒng)PASvisu上位機界面

　　通過皮爾磁PSS 4000安全控制系統(tǒng)及PASvisu可視化軟件，上海神眾出色地完成了新能源材料有限公司的SIS系統(tǒng)改造，并獲得了客戶的認可。隨著我國工業(yè)制造2025進程的推進，今后越來越多的工廠及企業(yè)將變得更加智能、更加安全、更加現(xiàn)代化。流程行業(yè)的用戶也會對SIS系統(tǒng)提出更高的要求。相信皮爾磁的產(chǎn)品及專業(yè)知識能為流程行業(yè)的用戶帶來完善的安全解決方案，始終保障設(shè)備及工廠的安全。

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