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[摘要]安全仪表系统（Safety instrumentation System）简称SIS，又称为安全联锁系统，本文对工艺自动化安全仪表系统以及在埕岛油田的应用情况进行了介绍，针对安全仪表系统存在问题的提出了建议。
[关键词]安全仪表系统 工艺自动化 SIS PCS 冗余
中图分类号：TQ056 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）05-0192-02
一、概述
埕岛油田常年处于风浪、海潮、浮冰等外力的交替作用之下，部分平台设计为无人值守管理，一旦发生事故抢险工作十分困难。近2年海上采油环保形势日益严峻，从英国石油公司墨西哥湾溢油事故到康菲公司蓬莱19-3溢油事故给海上石油开发敲响了警钟。埕岛油田海上自动化测控系统自2000年投产以来，经过不断的扩充、完善和维护，一直保持了良好的运行状态，系统测控功能随着生产规模逐步扩大，测控参数大幅增加，为海上油田生产提供了有力的技术保障，但是在海上安全环保大环境下，对自动化系统的安全性要求进一步提高，安全仪表系统作为一项降低自动化风险的技术已经在埕岛油田逐步实现了应用。
二、安全仪表系统简介
安全仪表系统包括仪表安全功能中从现场传感器到上位监控系统的所有组件和必要的子系统。该子系统包括可编程控制器、软件、硬件线路、电气或电子系统、机械、液压或气动系统等。
1、安全仪表系统的功能与要求
安全仪表系统（SIS）在生产装置的开车、停车阶段，运行以及维护操作期间，对人员健康、装置设备及环境提供安全保护。无论是生产装置本身出现的故障危险，还是人为因素导致的危险以及一些不可抗拒因素引發的危险，SIS系统都应立即作出正确反应并给出相应的逻辑信号，使生产装置安全联锁或停车，阻止危险的发生和事故的扩散，使危害减少到最小。SIS系统应具备高的可靠性、可用性和可维护性，当SIS系统本身出现故障时仍能提供安全保护功能。
2、安全仪表系统（SIS）与过程控制系统（PCS）区别
（1）PCS用于生产过程的连续测量、常规控制（连续、顺序、间歇等）、操作控制管理，保证生产装置的平稳运行；SIS用于监视生产装置的运行状况，对出现异常工况迅速处理，使危害降到最低，使人员和生产装置处于安全状态。（2）PCS是“动态”系统，始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程进行动态控制，确保产品的质量和产量；SIS是“静态”系统，正常工况时，始终监视生产装置的运行，系统输出不变，对生产过程不产生影响；非正常工况时，按照预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或停车。（3）SIS比PCS在可靠性、可用性上要求更严格，SIS与PCS硬件应当独立设置。
3、安全完整性等级（SIL）
（1）SIL1：财产和产品一般保护；（2）SIL2：主要财产和产品保护，可能损害人；（3）SIL3：保护人员；（4）SIL4：灾难性伤害保护。安全完整性等级4是具有最高水平的安全完整性，安全完整性等级1是最低的安全完整性。当安全完整性水平（1-4）上升时安全相关系统的可用性要求也应增加。目前埕岛油田海上平台SIS系统安全完整性等级为SIL2。
三、海上平台安全仪表系统
1、海上平台SIS系统与PCS系统功能
第一类是平台安全相关参数，第二类是生产管理相关参数。第一类参数对安全生产至关重要，一旦发现有异常隋况应及时处理，由SIS系统负责完成对安全参数的监控；第二类参数与生产管理和油井分析密切相关，由PCS系统负责完成对生产参数的监控。
2、海上平台SIS系统应用现状
（1）海上自动化系统改造前的状况，海上自动化系统改造前，各卫星平台使用AB SLCS00平台的1746系列RTU系统。该系统在海上运行时间长，自控系统电气元件长期在海上恶劣的环境下老化速度加快，故障率随之提高。另外由于使用单CPU进行采集控制，当系统出现故障时会造成整个平台的监控中断。
（2）海上自动化系统改造后的状况，海上自动化系统改造后，埕岛油田共有57座卫星平台新增加了SIS系统。在原有RTU系统的基础上将SIS与PCS两部分参数分离出来，利用原RTU系统（AB-1746）完成平台PCS系统功能，另外新增加一套独立冗余的SIS系统。冗余的SIS系统使用AB ContmlU平台的1756L61系列RTU系统。（3）新建平台工艺自动化系统硬件结构，新建平台工艺自动化系统硬件结构由过程控制系统（PCS）和安全仪表系统（SIS）组成，SIS系统实现了独立冗余控制，满足《海上固定平台安全规则》、（（石油化工安全仪表系统设计规范》和《石油化工安全仪表系统设计规范》等海上油气安全生产标准和规范。
3、SIS系统与PCS系统的集成
SIS系统和PCS系统虽然作为2个独立的系统实现对现场数据的采集和控制，但是为了方便管理人员的监控，两套系统在中心平台应当集成在一个画面中。SIS与PCS系统的集成一般有三种方式：
第一种方式：PGS与SIS采用不同的硬件结构（不同的控制器）、不同的控制网络、不同的人机界面，即前述的异种分离。第二种方式：PCS与SIS有不同的硬件结构的控制器，但采用统一的网络（统一的通信网络），使用共同的工程组态工具，工程上一个网络可加快项目的执行速度。第三种方式：PCS与SIS使用共同的硬件即同一种类型的控制器。同一个通信网络，同一个人机界面，即PCS和SIS在物理上集成、在逻辑上分开的无缝集成。
四、应用效果分析及存在问题
1、应用效果分析
应用了SIS系统的卫星平台相对于之前可靠性及稳定性方面都具有很大优势，比较如下：（1）应用了SIS系统后，当系统本身故障或系统断电时，安全仪表系统能自动完成预设动作，使平台油井、工艺生产装置转入安全状态。（2）应用了SIS系统后，当操作站失效时，安全仪表系统的逻辑处理功能不会受到影响。（3）应用了SIS系统后，其输入输出板卡的每个通道互相隔离，并带故障诊断，因此一个设备的故障不会引起整个系统的崩溃，而且能快速形成故障诊断报告，提高故障排除时间。
2、存在问题及措施
虽然安全仪表系统在海上平台应用取得了较好的效果，但是还存在一些问题，主要包括：
（1）安全阀控制柜、火灾可燃气体报警装置、紧急切断阀等现场设备作为实际操作的终端，起着重要的作用。在海上恶劣的环境下，这些室外设备的故障率比安全仪表系统本身要高的多。因此应当加强设备的日常管理维护，确保关键时刻能够灵活好用。（2）目前安全仪表系统正逐渐向连锁控制方向发展，通过压力变化实现对油井、阀门的紧急关断。但是若SIS系统到现场设备之间的线路出现故障，则会造成sIs系统的误动作，尤其是无人值守平台若发生误动作后果不堪设想，因此如何提高SIS系统联锁控制的整体可靠性需要进一步深入研究。
五、结论
埕岛油田部分平台使用年限已经超过15年，平台设备和管缆基本到了“疲劳期”，可以说近几年正是事故风险较高的时期。随着现代工业自控技术的不断进步，可编程控制器的应用水平已成为现代化工业控制水平的一个标准，工艺自动化安全仪表系统经过近两年的运转证明系统安全可靠、功能强大，完全满足了海洋平台采油工艺控制的需要，确保了现场的安全操作，进一步提高了海上自动化应用水平。
[关键词]安全仪表系统 工艺自动化 SIS PCS 冗余
中图分类号：TQ056 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）05-0192-02
一、概述
埕岛油田常年处于风浪、海潮、浮冰等外力的交替作用之下，部分平台设计为无人值守管理，一旦发生事故抢险工作十分困难。近2年海上采油环保形势日益严峻，从英国石油公司墨西哥湾溢油事故到康菲公司蓬莱19-3溢油事故给海上石油开发敲响了警钟。埕岛油田海上自动化测控系统自2000年投产以来，经过不断的扩充、完善和维护，一直保持了良好的运行状态，系统测控功能随着生产规模逐步扩大，测控参数大幅增加，为海上油田生产提供了有力的技术保障，但是在海上安全环保大环境下，对自动化系统的安全性要求进一步提高，安全仪表系统作为一项降低自动化风险的技术已经在埕岛油田逐步实现了应用。
二、安全仪表系统简介
安全仪表系统包括仪表安全功能中从现场传感器到上位监控系统的所有组件和必要的子系统。该子系统包括可编程控制器、软件、硬件线路、电气或电子系统、机械、液压或气动系统等。
1、安全仪表系统的功能与要求
安全仪表系统（SIS）在生产装置的开车、停车阶段，运行以及维护操作期间，对人员健康、装置设备及环境提供安全保护。无论是生产装置本身出现的故障危险，还是人为因素导致的危险以及一些不可抗拒因素引發的危险，SIS系统都应立即作出正确反应并给出相应的逻辑信号，使生产装置安全联锁或停车，阻止危险的发生和事故的扩散，使危害减少到最小。SIS系统应具备高的可靠性、可用性和可维护性，当SIS系统本身出现故障时仍能提供安全保护功能。
2、安全仪表系统（SIS）与过程控制系统（PCS）区别
（1）PCS用于生产过程的连续测量、常规控制（连续、顺序、间歇等）、操作控制管理，保证生产装置的平稳运行；SIS用于监视生产装置的运行状况，对出现异常工况迅速处理，使危害降到最低，使人员和生产装置处于安全状态。（2）PCS是“动态”系统，始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程进行动态控制，确保产品的质量和产量；SIS是“静态”系统，正常工况时，始终监视生产装置的运行，系统输出不变，对生产过程不产生影响；非正常工况时，按照预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或停车。（3）SIS比PCS在可靠性、可用性上要求更严格，SIS与PCS硬件应当独立设置。
3、安全完整性等级（SIL）
（1）SIL1：财产和产品一般保护；（2）SIL2：主要财产和产品保护，可能损害人；（3）SIL3：保护人员；（4）SIL4：灾难性伤害保护。安全完整性等级4是具有最高水平的安全完整性，安全完整性等级1是最低的安全完整性。当安全完整性水平（1-4）上升时安全相关系统的可用性要求也应增加。目前埕岛油田海上平台SIS系统安全完整性等级为SIL2。
三、海上平台安全仪表系统
1、海上平台SIS系统与PCS系统功能
第一类是平台安全相关参数，第二类是生产管理相关参数。第一类参数对安全生产至关重要，一旦发现有异常隋况应及时处理，由SIS系统负责完成对安全参数的监控；第二类参数与生产管理和油井分析密切相关，由PCS系统负责完成对生产参数的监控。
2、海上平台SIS系统应用现状
（1）海上自动化系统改造前的状况，海上自动化系统改造前，各卫星平台使用AB SLCS00平台的1746系列RTU系统。该系统在海上运行时间长，自控系统电气元件长期在海上恶劣的环境下老化速度加快，故障率随之提高。另外由于使用单CPU进行采集控制，当系统出现故障时会造成整个平台的监控中断。
（2）海上自动化系统改造后的状况，海上自动化系统改造后，埕岛油田共有57座卫星平台新增加了SIS系统。在原有RTU系统的基础上将SIS与PCS两部分参数分离出来，利用原RTU系统（AB-1746）完成平台PCS系统功能，另外新增加一套独立冗余的SIS系统。冗余的SIS系统使用AB ContmlU平台的1756L61系列RTU系统。（3）新建平台工艺自动化系统硬件结构，新建平台工艺自动化系统硬件结构由过程控制系统（PCS）和安全仪表系统（SIS）组成，SIS系统实现了独立冗余控制，满足《海上固定平台安全规则》、（（石油化工安全仪表系统设计规范》和《石油化工安全仪表系统设计规范》等海上油气安全生产标准和规范。
3、SIS系统与PCS系统的集成
SIS系统和PCS系统虽然作为2个独立的系统实现对现场数据的采集和控制，但是为了方便管理人员的监控，两套系统在中心平台应当集成在一个画面中。SIS与PCS系统的集成一般有三种方式：
第一种方式：PGS与SIS采用不同的硬件结构（不同的控制器）、不同的控制网络、不同的人机界面，即前述的异种分离。第二种方式：PCS与SIS有不同的硬件结构的控制器，但采用统一的网络（统一的通信网络），使用共同的工程组态工具，工程上一个网络可加快项目的执行速度。第三种方式：PCS与SIS使用共同的硬件即同一种类型的控制器。同一个通信网络，同一个人机界面，即PCS和SIS在物理上集成、在逻辑上分开的无缝集成。
四、应用效果分析及存在问题
1、应用效果分析
应用了SIS系统的卫星平台相对于之前可靠性及稳定性方面都具有很大优势，比较如下：（1）应用了SIS系统后，当系统本身故障或系统断电时，安全仪表系统能自动完成预设动作，使平台油井、工艺生产装置转入安全状态。（2）应用了SIS系统后，当操作站失效时，安全仪表系统的逻辑处理功能不会受到影响。（3）应用了SIS系统后，其输入输出板卡的每个通道互相隔离，并带故障诊断，因此一个设备的故障不会引起整个系统的崩溃，而且能快速形成故障诊断报告，提高故障排除时间。
2、存在问题及措施
虽然安全仪表系统在海上平台应用取得了较好的效果，但是还存在一些问题，主要包括：
（1）安全阀控制柜、火灾可燃气体报警装置、紧急切断阀等现场设备作为实际操作的终端，起着重要的作用。在海上恶劣的环境下，这些室外设备的故障率比安全仪表系统本身要高的多。因此应当加强设备的日常管理维护，确保关键时刻能够灵活好用。（2）目前安全仪表系统正逐渐向连锁控制方向发展，通过压力变化实现对油井、阀门的紧急关断。但是若SIS系统到现场设备之间的线路出现故障，则会造成sIs系统的误动作，尤其是无人值守平台若发生误动作后果不堪设想，因此如何提高SIS系统联锁控制的整体可靠性需要进一步深入研究。
五、结论
埕岛油田部分平台使用年限已经超过15年，平台设备和管缆基本到了“疲劳期”，可以说近几年正是事故风险较高的时期。随着现代工业自控技术的不断进步，可编程控制器的应用水平已成为现代化工业控制水平的一个标准，工艺自动化安全仪表系统经过近两年的运转证明系统安全可靠、功能强大，完全满足了海洋平台采油工艺控制的需要，确保了现场的安全操作，进一步提高了海上自动化应用水平。