安全仪表控制系统课件

安全仪表控制系统（）全面解SIS析课件第一章安全仪表控制系统概述什么是安全仪表控制系统（）？SIS实时监测安全控制全面保障持续监测工业过程中的各项参数，识别当检测到危险工况时，系统立即采取预定的保护人员生命安全、防止设备损坏、避免环SIS可能导致危险的异常状态，确保及时发现潜安全措施，自动执行紧急停车或其他保护动境污染，是工业安全管理的核心防护系统在风险作的核心功能SIS01危险工况识别通过多重传感器和智能算法，实时分析过程参数，准确判断是否超出安全阈值，识别各类潜在危险02自动联锁执行根据预设的安全逻辑，在毫秒级时间内自动触发联锁动作，切断危险源或启动应急措施，无需人工干预03风险降低保障通过可靠的安全功能设计和冗余配置，将事故发生概率降低到可接受水平，确保过程安全运行的组成结构SIS传感器层逻辑运算器终端执行元件部署在现场的各类传感器，包括压力、温度、通常采用安全或专用安全控制器，执行包括安全阀门、断路器、紧急停车系统等最PLC液位、流量、气体浓度等检测装置，负责采安全逻辑运算，判断是否需要触发安全动作，终执行设备，接收控制指令后立即采取物理集过程参数并转换为电信号是的大脑动作，实现过程安全SIS系统结构示意图SIS输入层处理层输出层传感器检测现场信号逻辑运算器分析与决策执行元件实施保护压力变送器安全安全阀门PLC温度变送器冗余配置紧急切断液位开关故障诊断报警系统上图展示了典型的系统架构，信号从传感器流向逻辑运算器，经过安全逻辑判断后，SIS驱动终端执行元件动作整个过程需要在规定的响应时间内完成，通常为几百毫秒到几秒不等必要部件与非必要部件的区别必要部件（）非必要部件（）Safety-Related Non-Safety-Related直接参与安全功能实现的关键设备，其失效会直接影响安全功能的提供辅助支持功能的设备，其失效不会直接导致安全功能丧失这执行这些部件必须经过严格的安全认证，满足相应的等级要求些部件的选择可以更加灵活，但仍需确保不会对必要部件产生负面SIL影响必须具备安全认证证书不要求强制性安全认证••需要定期进行功能测试测试要求相对宽松••故障模式需要详细分析可以使用常规工业设备••维护记录必须完整保存维护成本相对较低••正确区分必要部件和非必要部件，对于优化系统设计、控制项目成本、简化维护管理具有重要意义设计阶段应明确标识各部件的安全等级典型必要部件示例现场传感器安全执行机构PLC压力变送器、温度变送器、液位开关、流量计等经过认证的可编程逻辑控制器，执行安全逻安全阀门、电磁阀、断路器等最终控制设备，必SIL检测装置，它们是安全信息的第一来源辑运算，支持冗余配置和自诊断功能须具备快速响应和故障安全特性所有必要部件都需要配备详细的安全手册，包含失效率数据、诊断覆盖率、安全失效分数等关键参数，这些数据是系统等级验算的基础SIL非必要部件示例工程工作站用于系统组态、编程和仿真的计算机设备，通常只在设计和调试阶段使用维护终端提供参数查看、诊断信息读取等功能的操作界面，不参与实时安全控制通信多路转换器用于系统通信的网络设备，如果不在安全信号路径上，可视为非必要部件历史数据服务器记录运行数据和事件日志的存储设备，用于事后分析，不虽然非必要部件不直接影响安全功能，但它们对于系统的可维护性、可诊断性和可追溯性同样影响实时安全功能重要设计时应合理配置这些辅助设备，提升整体系统的管理效率和用户体验，同时避免过度投资第二章设计标准与认证要求本章详细讲解设计所依据的国际标准体系，包括和的核心SIS IEC61508IEC61511内容，以及等级划分、设备认证、失效概率计算等关键设计要素SIL国际标准与IEC61508IEC61511123基础通用标准过程工业专用等级体系（）IEC61508-IEC61511-SIL SIL1-SIL4《电气电子可编程电子安全相关系统的《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》，安全完整性等级（）//Safety IntegrityLevel功能安全》，是功能安全领域的基础性国际是在过程工业的具体应用标准分为四个级别，最高，最低过IEC61508SIL4SIL1标准，适用于所有行业的安全系统设计、开它针对化工、石化、制药等行业特点，提供程工业通常使用至，主要用SIL1SIL3SIL4发和应用它定义了等级概念和系统生了更详细的设计、运行和维护指导于核工业等极高风险领域SIL命周期管理要求中国等同采用国际标准，发布了系列（对应）和系列（对应），为国内设计提供了规范依据GB/T20438IEC61508GB/T21109IEC61511SIS等级与风险降低关系SIL设备选择认证设备在用验证设备vs认证设备（）Prior UseCertified由第三方权威机构（如、、等）按照标准TÜV ExidaFM IEC61508进行全面测试和认证的设备制造商提供完整的安全手册，包含、PFD、等关键数据SFF HFT优势数据可靠、责任清晰、设计便捷、易于维护在用验证设备（）Prior UseProven基于设备实际运行的历史数据和故障记录，通过统计分析验证其安全性能需要大量的使用案例和详细的故障记录作为支撑依据适用简单设备、有充分历史数据、环境条件相似的场合现代项目优先推荐使用认证设备，可以大幅降低设计风险、缩短项目周期、简化后期维护在用验证方式主要用于老旧系统改造或特殊定SIS制设备认证设备优势符合国际标准经过独立第三方机构严格测试，确保设计和制造过程完全符合要IEC61508求，具有权威的安全认证证书完整技术文档提供详尽的安全手册、安装指南、维护说明，包含失效率、诊断覆盖率、系统能力等关键安全参数降低设计风险无需自行验证设备安全性能，大幅减少设计工作量和技术风险，加快项目进度优化维护成本明确的测试周期和维护要求，支持预测性维护，降低长期运营成本在用验证设备条件必须满足的关键条件适用场景充足的使用数据需要至少台设备年的运行记录，或台设备简单机械设备（如手动阀门）-1000100•运行年以上的数据10成熟的标准工业产品•详细的故障记录完整记录所有失效模式、失效原因、失效后果和修复-老旧系统改造升级•措施特殊定制非标设备•环境条件匹配历史使用环境（温度、湿度、振动等）必须与实际应用-环境基本一致重要提示即使采用在用验证，也建议优先选择有良好市场口相同的运行模式设备的负载、频率、启停次数等运行特性应保持一致-碑和完善售后服务的知名品牌产品可靠的数据来源数据应来自可信的用户和完善的管理系统-失效可能性（）与系统安全性PFD123定义影响因素计算方法PFDavg平均失效概率（受多种因素影响设备固有失效率不同架构有不同计算公式例如，架Average Probabilityof PFD1oo1）是指在测试间隔期（）、测试间隔时间（）、系统架构构×；架构Failure onDemandλTI PFD≈λTI/21oo2PFD内，当发生危险事件时，安全功能无法执行（、、等）、诊断覆盖率×采用冗余配置可显著降低1oo11oo22oo3≈λTI²/3的平均概率它是衡量可靠性的核心指（）、共因失效系数（）等值SIS DCβPFD标设计时需要平衡安全性、可用性和经济性过高的安全等级会导致频繁的误动作和高昂的成本，而安全等级不足则无法有效防范风险验证测试的重要性测试的核心作用测试方法分类定期测试是维持安全性能的关键措施由于通常处于待命状态，完整功能测试从传感器到执行器的全回路测试SIS SIS-设备可能发生隐蔽性失效（），只有Dangerous UndetectedFailure局部测试单独测试某个子系统或部件-通过定期测试才能发现在线诊断利用自诊断功能持续监测-测试频率直接影响值测试间隔越短，越低，系统越安全；但旁路测试在不停产的情况下测试关键部件PFD PFD-测试过于频繁会影响生产、增加成本、甚至引入人为错误推荐采用基于风险的测试策略（），根据部件的失效率、诊断能力和安全重要性，制定差异化的测试计划Risk-Based Testing测试流程与风险降低关系1₀初始状态T系统通过完整功能测试，确认所有安全功能正常，为最低值PFD2₁运行期T随着时间推移，隐蔽性失效累积，逐渐增加，风险上升PFD3₂测试点T执行定期测试，发现并修复失效部件，重新降低PFD4循环重复持续的测试修复循环，维持系统在可接受范围内-PFD测试间隔的确定需要综合考虑安全目标（等级）、设备失效率、诊断覆SIL盖率、生产工艺特点、维护资源等因素一般系统的测试周期为SIL26-12个月，系统为个月SIL33-6第三章系统维护与实际应用本章聚焦的全生命周期管理，从设计、安装、调试到运行维护的各个阶段，结合国SIS家标准和典型应用案例，分享实践经验和最佳实践的安全生命周期管理SIS设计阶段安装阶段风险评估、定级、架构设计、设备选型现场施工、电缆敷设、设备安装、回路测试SIL优化改进调试阶段性能分析、技术升级、标准更新、持续改进功能测试、联锁验证、性能确认、文档归档维护阶段运行阶段定期测试、预防维护、故障修复、性能评估实时监控、数据记录、报警响应、应急处置安全生命周期是一个闭环管理过程，每个阶段的输出都是下一阶段的输入持续的数据收集和分析，支持系统的持续改进和优化运行维护中的挑战自诊断能力局限失效模式多样性测试与生产冲突虽然现代设备普遍具备自诊断功能，但设备失效可能源于硬件故障、软件错误、环完整的功能测试通常需要触发安全联锁，可SIS诊断覆盖率通常只有，仍有部分境影响、人为因素等多种原因失效模式包能导致工艺过程中断如何在保证安全的前60-90%隐蔽性失效无法自动检测这要求必须进行括安全失效、危险失效、显性失效、隐性失提下，最小化对正常生产的影响，是维护管定期的手动测试效等，需要系统化的管理方法理的难题应对策略数字化工具采用高诊断覆盖率的设备资产管理系统（）••EAM利用生产停车窗口进行测试维护管理系统（）••CMMS实施基于风险的维护策略预测性维护（）••PHM加强人员培训和资质管理移动巡检应用••国家标准简介GB/T

21109.2-2023《过程工业领域安全仪表系统的功能安全第部分应用过程指南》是我国GB/T

21109.2-20232等同采用的最新国家标准，于年正式发布实施IEC61511-1202301检验测试规范明确规定了设备的检验测试项目、方法和判定标准，包括传感器、逻辑运算器、执行器等各类设备SIS的具体测试要求02执行流程指导提供了从测试计划制定、测试准备、测试实施到结果分析的完整流程，确保测试的系统性和规范性03测试周期要求根据等级、设备类型、诊断能力等因素，给出了推荐的测试间隔时间，平衡安全性和经济性SIL04诊断能力强化特别强调了对未诊断危险失效的检测，要求通过定期测试弥补自诊断功能的不足典型检验测试内容诊断有效性测试验证设备自诊断功能是否正常工作，包括•诊断覆盖率验证•故障检测时间测试•报警功能检查•诊断信息准确性确认未诊断失效测试针对自诊断无法覆盖的部分，进行专项测试•传感器零点/量程漂移•阀门卡涩/泄漏•继电器触点老化•电缆绝缘劣化西门子解决方案案例SIS深圳比亚迪坪山工业园云巴项目项目背景解决方案比亚迪云巴（）是一种中采用安全作BYD SkyRailSIMATIC S7-1500F PLC小运量的跨座式单轨系统坪山工业园为核心控制器，配合工程平TIA Portal线路全长约公里，设有个车站，作台，实现

8.96为园区内部的智能交通系统道岔转换位置的实时监测和安全确认

1.安全需求屏蔽门与列车到站的安全联锁逻辑

2.多重冗余的紧急停车回路道岔转换位置监测与控制

3.•全线运行状态的集中监控站台屏蔽门的安全联锁

4.•紧急停车系统应用效果•满足安全等级要求•SIL3系统自投运以来运行稳定可靠，确保了云巴系统的安全运营，为乘客提供了安全、舒适、高效的出行体验西门子安全集成优势全集成自动化平台简化安全设计实时诊断分析（全集成自动化丰富的预制安全功能块库，全面的诊断信息、友好的TIA Portal门户）提供统一的工程环境，图形化编程工具，自动生成界面、远程维护能力，HMI标准控制和安全控制在同一安全认证文档，大幅提升设提高系统可用性，降低停机平台完成，减少工程工作量，计效率时间降低出错风险百威英博啤酒生产线安全升级实施方案1设备统一2标准建立在台关键设备上部署西门子安全集成方案，包制定统一的安全标准和操作规程，明确各类危险35括糖化、发酵、罐装等工艺环节场景的应对措施3快速复制成功经验推广至多个工厂，实现规模化部署，提升整体安全水平项目概况百威英博是全球领先的啤酒酿造商，在中国拥有众多生产基地为了提升安全管理水平，启动了全国工厂的标准化升级项目SIS35100%20%应用设备数安全合规率事故率下降关键工艺节点全覆盖满足国际安全标准安全性能显著提升西门子应用现场SIS上图展示了西门子解决方案在实际工业现场的应用场景从控制柜、现场设备到操作界面，全面体现了现代化安全系统的集成化、智能化特点SIS西门子作为全球领先的工业自动化供应商，在领域具有完整的产品线和丰富的工程经验其解决方案已在石化、化工、电力、制药、食品SIS饮料等多个行业得到广泛应用未来发展趋势SIS数字化与智能化融合与工业互联网、数字孪生技术深度融合，实现虚实结合的安全管理通过SIS数字化模型进行风险预测和应急演练，提升应对复杂场景的能力远程监控与大数据分析云平台支持的远程监控和诊断服务，跨地域、跨工厂的数据汇聚和分析利用大数据技术挖掘隐藏的安全风险模式，支持管理决策人工智能辅助决策机器学习算法用于故障模式识别和预测性维护辅助进行风险评估和AI定级，提高设计效率和准确性智能优化测试策略，平衡安全性和SIL经济性未来的将更加智能化、网络化和服务化，从被动防护向主动预防转变，从单一工厂SIS向协同管理演进课程总结核心系统标准规范是保障工业过程安全的最后防线，通过自动化手段降低事故风险，保设计必须严格遵循及国家标准，SIS IEC61508/61511GB/T21109护人员、设备和环境安全确保系统满足等级要求SIL维护管理技术创新定期测试和维护是确保长期可靠运行的关键，需要建立完善的生命周数字化、智能化技术为带来新机遇，持续优化设计、提升管理水平，SIS SIS期管理体系推动安全生产迈上新台阶关键要点回顾实践应用启示由传感器、逻辑运算器、执行器构成完整安全回路安全是企业生产经营的生命线•SIS•等级体现风险降低能力，范围从到专业化设计和管理至关重要•SIL SIL1SIL4•优先选用第三方认证设备，简化设计和维护学习借鉴行业最佳实践••是衡量系统安全性的核心指标持续改进安全管理体系•PFD•定期测试发现隐蔽失效，维持安全性能拥抱新技术、新方法、新工具••谢谢欢迎提问与交流深入探讨经验分享欢迎就设计、实施、维护等方面期待各位分享在实际工作中遇到的SIS的具体问题进行交流讨论挑战和解决方案持续学习安全技术不断发展，让我们共同学习进步，为工业安全贡献力量联系方式如需进一步了解相关技术和解决方案欢迎与我们联系SIS,。