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[摘 要]本文介绍和分析了一般化工安全仪表系统基本概念及设计原则，明确了安全仪表系统在化工企业生产中的重要性，对在化工安全仪表系统中如何设计和设置传感器、最终执行元件、逻辑运算器、通讯接口、人机接口、过程接口、软件组态等进行了分析。
[关键词]安全仪表系统；控制系统；逻辑运算器；安全完整性等级；
中图分类号：TQ056 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0004-01
安全仪表系统的详细工程设计宜包括安全仪表系统设计说明、安全仪表系统规格书、功能逻辑图、组态编程等。
1.安全仪表系统的基本概念
1.1 安全度等级（SIL）
安全度等级（SIL）是指在一定的时间和条件下，安全系统能成功执行其安全功能的概率，是对系统可靠程度的一种衡量。国际电工委员会IEC61508将过程安全度等级定义为4级（SILl一SIL4，其中SIL4用于核工业）。
SILl级：装置可能很少发生事故。如发生事故，对装置和产品有轻微的影响，不会立即造成环境污染和人员伤亡，经济损失不大。
SIL2级：装置可能偶尔发生事故。如发生事故，对装置和产品有较大的影响，并有可能造成环境污染和人员伤亡，经济损失较大。
SIL3级：装置可能经常发生事故。如发生事故，对装置和产品将造成严重的影响，并造成严重的环境污染和人员伤亡，经济损失严重。
1.2 安全仪表系统（SIS）
安全仪表系统（SIS）是用仪表构成的实现安全功能的系统，主要由传感器（Sensor）、逻辑控制器（Logic Solver）、最终控制元件（Final Control Element）及相应软件组成。当生产过程出现变量越限、机械设备故障、SIS系统本身故障或能源中断时，安全仪表系统必须能自动（必要时可手动）完成预先设定的动作，保证操作人员、生产装置转入安全状态。2.安全仪表系统设计基本原则
SIS工程设计总体上要体现：
（1）独立性（Independence）（例如，与BPCS隔离）。
（2）功能性（Functionality）（实现特定的风险降低目标并满足不同的操作状态-正常、开车、停车、紧急停车、旁路、检验测试、以及维护等要求）。
（3）完整性（Integrity）（即达到所要求的SIL）。
（4）可靠性（Reliability）和过程可用性（Process Availability）。
（5）可维护性（Maintainability）
（6）访问的私密性（Access Security）
（7）可审计性（Auditability）（即设计基础、选型依据、工程文档、操作和维护程序，以及测试检验等可以接受功能安全审查和评估）。
2 仪表系统的设计和设置
传感器的独立设置原则：一级安全仪表系统，其传感器可与过程控制系统共用；二级安全仪表系统，其传感器宜与过程控制系统分开；三级安全仪表系统，其传感器应与过程控制系统分开。传感器的冗余设置原则：一级安全仪表系统，可采用单一的传感器；二级安全仪表系统，宜采用冗余的传感器；三级安全仪表系统，应采用冗余的传感器。传感器的冗余方式选用：当重点考虑系统的安全性时，应采用“或”逻辑结构；当重点考虑系统的可用性时，应采用“与”逻辑结构；当系统的安全性和可用性均需保障时，宜采用三取二逻辑结构；安全仪表系统的传感器宜采用隔爆型。
3 化工安全仪表系统发展趋势
安全仪表系统的实现经历了从气动系统，继电器系统，固态继电器系统到PLC系统几个发展阶段。虽然这些系统现在仍在应用，但正在被越来越先进的智能型安全仪表系统所取代。随着科学技术的不断发展，出现了一些新型的安全仪表系统，如Emerson推出的Plant Web Smart SIS智能安全仪表管理方案，ABB公司的800xA HighIntegrity 系统，西门子推出的SIMATIC PCS7安全一体化系统等，从这些新推出的安全系统可以看出，安全仪表系统呈现出如下的发展趋势：
（1）与基本过程控制系统的集成
通讯接口与通讯网络标准的统一为安全仪表控制系统与基本过程控制系统的集成带来极大的便利，对于一些要求较低、规模较小的生产过程可以采用集成的方法来减少投资，同时减少由基本过程控制系统和安全仪表系统不同的实现方式带来的问题。安全仪表系统同基本过程控制系统的集成目前主要有3种方式：Interfces，Integrated和com-mon。Interfaces方式为基本过程控制系统与安全仪表系统各自采用独立的网络和工程师站。两个系统之间通过网关进行通讯。Integrated模型中两个系统采用通用的网络连接，并共用工程师站，但两者的职能有明确的划分。Common模式为两个系统的完全整合，采用基本过程控制系统来完成安全仪表系统的功能。
（2）安全仪表系统向智能化方向发展
智能安全仪表系统采用智能型传感器和数字阀门定位器，传感器、数字阀门同逻辑控制器之间采用数字通讯。智能型终端设备不仅可以检测过程变量、接受控制信号，同时还可以提供包括关于设备自身、相关设备甚至周围过程的信息，供逻辑控制器的安全决策使用。数字通讯网络使信息可以进行双向流动，在传递控制信号的同时，也可以传递逻辑控制器对终端设备的组态或标定数据。智能型的逻辑控制器能够对现场设备的数据进行备份、归档和分析，也可以对设备和诊断数据进行分析，以鉴别出现的问题，并提供一些更正建议。
（3）具备更高的过程可用性及更低的维护成本作为一个系统，本身也存在出现故障的可能性，但是未来的安全仪表系统将借助自身的故障诊断系统在线监视设备及过程状态，并同时能够向操作人员发出包括可能或适当应对措施在内的警报，从而提高系统的可用率。智能安全仪表系统的诊断功能还可以通过避免派遣维护技工去现场进行例行设备检查达到节省成本的目的。同时安全仪表系统自动实施的部分行程测试也可以节省大量的由于减少停车所带来的成本。
结语
随着技术的进步，一定要统筹考虑完整的安全仪表回路设计，在系统设计选型时，很容易只要求控制器部分的安全性，忽略了现场仪表的安全要求，实际上安全仪表系统包括了测量单元、逻辑控制单元和执行单元。在设计过程中，既要重视系统的可用性要求，重视控制器部分设计部分，又不能忽视了现场测量和执行部分的设计选型。既要重视安全仪表系统本身的功能设计，又不能疏忽了安全生命周期其它各阶段工作的重要性。既要看重硬件的选择设计，又不能疏忽项目管理和执行，包括各阶段的审查工作和人员资质要求。
参考文献
[1] 洪小红.安全仪表系统在石油炼化系统中的应用[J].中小企业管理与科技，2009年05期
[2] 刘卫海.安全仪表系统在输油气管道中的应用、问题及建议[J].安全，健康和环境，2010年11期，19～2l
[3] 刘齐忠，林融.石油化工安全仪表系统的设计及实例探讨[J].石油化工自动化，2010年5期，
[4] 李胜利，卢金芳.石油化工装置安全仪表系统的设计（J].石油化工自动化，2007，（2）：18—22.
[5] 石油化工設计手册.化学工业出版社.
[6] 石油化工仪表供电设计规范.SH/T3081.
[7] 张建国.安全仪表系统在过程工业中的应用.中国电力出版社.
[关键词]安全仪表系统；控制系统；逻辑运算器；安全完整性等级；
中图分类号：TQ056 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0004-01
安全仪表系统的详细工程设计宜包括安全仪表系统设计说明、安全仪表系统规格书、功能逻辑图、组态编程等。
1.安全仪表系统的基本概念
1.1 安全度等级（SIL）
安全度等级（SIL）是指在一定的时间和条件下，安全系统能成功执行其安全功能的概率，是对系统可靠程度的一种衡量。国际电工委员会IEC61508将过程安全度等级定义为4级（SILl一SIL4，其中SIL4用于核工业）。
SILl级：装置可能很少发生事故。如发生事故，对装置和产品有轻微的影响，不会立即造成环境污染和人员伤亡，经济损失不大。
SIL2级：装置可能偶尔发生事故。如发生事故，对装置和产品有较大的影响，并有可能造成环境污染和人员伤亡，经济损失较大。
SIL3级：装置可能经常发生事故。如发生事故，对装置和产品将造成严重的影响，并造成严重的环境污染和人员伤亡，经济损失严重。
1.2 安全仪表系统（SIS）
安全仪表系统（SIS）是用仪表构成的实现安全功能的系统，主要由传感器（Sensor）、逻辑控制器（Logic Solver）、最终控制元件（Final Control Element）及相应软件组成。当生产过程出现变量越限、机械设备故障、SIS系统本身故障或能源中断时，安全仪表系统必须能自动（必要时可手动）完成预先设定的动作，保证操作人员、生产装置转入安全状态。2.安全仪表系统设计基本原则
SIS工程设计总体上要体现：
（1）独立性（Independence）（例如，与BPCS隔离）。
（2）功能性（Functionality）（实现特定的风险降低目标并满足不同的操作状态-正常、开车、停车、紧急停车、旁路、检验测试、以及维护等要求）。
（3）完整性（Integrity）（即达到所要求的SIL）。
（4）可靠性（Reliability）和过程可用性（Process Availability）。
（5）可维护性（Maintainability）
（6）访问的私密性（Access Security）
（7）可审计性（Auditability）（即设计基础、选型依据、工程文档、操作和维护程序，以及测试检验等可以接受功能安全审查和评估）。
2 仪表系统的设计和设置
传感器的独立设置原则：一级安全仪表系统，其传感器可与过程控制系统共用；二级安全仪表系统，其传感器宜与过程控制系统分开；三级安全仪表系统，其传感器应与过程控制系统分开。传感器的冗余设置原则：一级安全仪表系统，可采用单一的传感器；二级安全仪表系统，宜采用冗余的传感器；三级安全仪表系统，应采用冗余的传感器。传感器的冗余方式选用：当重点考虑系统的安全性时，应采用“或”逻辑结构；当重点考虑系统的可用性时，应采用“与”逻辑结构；当系统的安全性和可用性均需保障时，宜采用三取二逻辑结构；安全仪表系统的传感器宜采用隔爆型。
3 化工安全仪表系统发展趋势
安全仪表系统的实现经历了从气动系统，继电器系统，固态继电器系统到PLC系统几个发展阶段。虽然这些系统现在仍在应用，但正在被越来越先进的智能型安全仪表系统所取代。随着科学技术的不断发展，出现了一些新型的安全仪表系统，如Emerson推出的Plant Web Smart SIS智能安全仪表管理方案，ABB公司的800xA HighIntegrity 系统，西门子推出的SIMATIC PCS7安全一体化系统等，从这些新推出的安全系统可以看出，安全仪表系统呈现出如下的发展趋势：
（1）与基本过程控制系统的集成
通讯接口与通讯网络标准的统一为安全仪表控制系统与基本过程控制系统的集成带来极大的便利，对于一些要求较低、规模较小的生产过程可以采用集成的方法来减少投资，同时减少由基本过程控制系统和安全仪表系统不同的实现方式带来的问题。安全仪表系统同基本过程控制系统的集成目前主要有3种方式：Interfces，Integrated和com-mon。Interfaces方式为基本过程控制系统与安全仪表系统各自采用独立的网络和工程师站。两个系统之间通过网关进行通讯。Integrated模型中两个系统采用通用的网络连接，并共用工程师站，但两者的职能有明确的划分。Common模式为两个系统的完全整合，采用基本过程控制系统来完成安全仪表系统的功能。
（2）安全仪表系统向智能化方向发展
智能安全仪表系统采用智能型传感器和数字阀门定位器，传感器、数字阀门同逻辑控制器之间采用数字通讯。智能型终端设备不仅可以检测过程变量、接受控制信号，同时还可以提供包括关于设备自身、相关设备甚至周围过程的信息，供逻辑控制器的安全决策使用。数字通讯网络使信息可以进行双向流动，在传递控制信号的同时，也可以传递逻辑控制器对终端设备的组态或标定数据。智能型的逻辑控制器能够对现场设备的数据进行备份、归档和分析，也可以对设备和诊断数据进行分析，以鉴别出现的问题，并提供一些更正建议。
（3）具备更高的过程可用性及更低的维护成本作为一个系统，本身也存在出现故障的可能性，但是未来的安全仪表系统将借助自身的故障诊断系统在线监视设备及过程状态，并同时能够向操作人员发出包括可能或适当应对措施在内的警报，从而提高系统的可用率。智能安全仪表系统的诊断功能还可以通过避免派遣维护技工去现场进行例行设备检查达到节省成本的目的。同时安全仪表系统自动实施的部分行程测试也可以节省大量的由于减少停车所带来的成本。
结语
随着技术的进步，一定要统筹考虑完整的安全仪表回路设计，在系统设计选型时，很容易只要求控制器部分的安全性，忽略了现场仪表的安全要求，实际上安全仪表系统包括了测量单元、逻辑控制单元和执行单元。在设计过程中，既要重视系统的可用性要求，重视控制器部分设计部分，又不能忽视了现场测量和执行部分的设计选型。既要重视安全仪表系统本身的功能设计，又不能疏忽了安全生命周期其它各阶段工作的重要性。既要看重硬件的选择设计，又不能疏忽项目管理和执行，包括各阶段的审查工作和人员资质要求。
参考文献
[1] 洪小红.安全仪表系统在石油炼化系统中的应用[J].中小企业管理与科技，2009年05期
[2] 刘卫海.安全仪表系统在输油气管道中的应用、问题及建议[J].安全，健康和环境，2010年11期，19～2l
[3] 刘齐忠，林融.石油化工安全仪表系统的设计及实例探讨[J].石油化工自动化，2010年5期，
[4] 李胜利，卢金芳.石油化工装置安全仪表系统的设计（J].石油化工自动化，2007，（2）：18—22.
[5] 石油化工設计手册.化学工业出版社.
[6] 石油化工仪表供电设计规范.SH/T3081.
[7] 张建国.安全仪表系统在过程工业中的应用.中国电力出版社.