【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C，安全 PLC判斷若壓力超過(guò)了額定值則打開閥門以降低容器內(nèi)壓力，這被稱為安全系統(tǒng)的一個(gè)安全功能。很明顯例子中儀表安全系統(tǒng)只有一個(gè)安全功能。如果三個(gè)設(shè)備有一個(gè)或多個(gè)失效，安全功能將失效，即它將不能對(duì)壓力容器內(nèi)壓力進(jìn)行限制。因此安全儀表系統(tǒng)的安全性能由傳感器、邏輯解算器和執(zhí)行器三部分功能決定。 ? SIS安全功能實(shí)際上講的是讓 SIS執(zhí)行什么樣的安全任務(wù)，如何保護(hù)受控設(shè)備。 圖 6 反應(yīng)器的安全儀表系統(tǒng) PS Logic solve 邏輯解算器 feed valve 進(jìn)料閥 Reactor 反應(yīng)器 TS Feed進(jìn)料 Pressure Sensor 壓力變送器 Temperature Sensor 溫度變送器 當(dāng)反應(yīng)器溫度及壓力超高達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)都要停車，關(guān)斷進(jìn)料閥。 7 安全性及響應(yīng)失效率 安全性及響應(yīng)失效率 ? 當(dāng)工藝條件達(dá)到或超過(guò)安全極限值時(shí)， SIS本應(yīng)引導(dǎo)工藝過(guò)程停車，但由于其自身存在隱故障（危險(xiǎn)故障）而不能響應(yīng)此要求，即該停車而拒停，降低了安全性。 ? 衡量安全性的指標(biāo)為響應(yīng)失效率或稱要求的故障率（ PFD： Probability of Failure on Demand）。它是安全聯(lián)鎖系統(tǒng)按要求執(zhí)行指定功能的故障概率。是度量安全聯(lián)鎖系統(tǒng)按要求模式工作故障率的目標(biāo)值（ SHBZ061999）。 ? 不同的工業(yè)過(guò)程（如生產(chǎn)規(guī)模、原料和產(chǎn)品的種類、工藝和設(shè)備的復(fù)雜程度等）對(duì)安全的要求是不同的。上述的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將其劃分為若干安全完整性等級(jí)（ SIL：Safety Integrity Level）。 安全完整性等級(jí) Safety Integrity Level（ SIL） 安全完整性等級(jí)（ SIL）是一種離散的等級(jí)，用來(lái)規(guī)定分配給 E/E/PE安全相關(guān)系統(tǒng)安全功能的安全完整性要求。 ? 安全完整性等級(jí)可分為 4個(gè)等級(jí)， SIL4是安全完整性最高的等級(jí)（平均概率最高）， SIL1是最低等級(jí)； ? 安全完整性等級(jí)越高，應(yīng)執(zhí)行所要求的安全功能的概率也越高； ? 根據(jù)安全相關(guān)系統(tǒng)使用方式，要求發(fā)生的頻率可分為低要求操作模式（ =1次 /年）和高要求或連續(xù)操作模式（ 1次 /年）。 安全完整性等級(jí) Safety Integrity Level（ SIL） ? 根據(jù) GB/T 20438標(biāo)準(zhǔn)，在不同的操作模式下，安全完整性的目標(biāo)失效概率和目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)降低見下表 11和 12。 ? 采用不同的操作模式結(jié)構(gòu)有可能使用幾個(gè)安全完整性等級(jí)較低的系統(tǒng)來(lái)滿足一個(gè)較高安全完整性等級(jí)功能的需要（例如：使用一個(gè) SIL2和一個(gè) SIL1的系統(tǒng)共同來(lái)滿足一個(gè) SIL3功能的需要）。 表 11 安全完整性等級(jí)：要求時(shí)的失效概率 低要求操作模式（平均失效概率） 安全完整性等級(jí)（ SIL） 要求時(shí)的目標(biāo)平均失效 概率 目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)降低 4 ≥105～ 104 10000～ ≤100000 3 ≥104～ 103 1000～ ≤10000 2 ≥103～ 102 100～ ≤1000 1 ≥102～ 101 10～ ≤100 表 12 安全完整性等級(jí)： SIF的危險(xiǎn)失效概率 高要求或連續(xù)操作模式（每小時(shí)危險(xiǎn)失效概率） 安全完整性等級(jí)（ SIL） 執(zhí)行儀表安全功能的目標(biāo)危險(xiǎn)失效概率 4 ≥109～ 108 3 ≥108～ 107 2 ≥107～ 106 1 ≥106～ 105 表 13 SIL與 PFD的對(duì)應(yīng)關(guān)系 IEC 61508 DIN V 19520(TUV) PFD SIL 1 SIL 1 AK1 101~102 AK2 AK3 SIL 2 SIL 2 AK4 102~103 SIL 3 SIL 3 AK5 103~104 AK6 SIL 4 AK7 104~105 AK8 8 可用性及可用度 可用性及可用度 工藝條件并未達(dá)到安全極限值， SIS不應(yīng)引導(dǎo)工藝過(guò)程停車，但由于其自身存在顯故障（安全故障）而導(dǎo)致工藝過(guò)程停車，即不該停車而誤停，降低了可用性。 可用度（ A： Availability）是指系統(tǒng)可使用工作時(shí)間的概率，用百分?jǐn)?shù)計(jì)算： （ SHBZ061999） M D TM T B FM T B FA??MTBF：平均故障間隔時(shí)間（ Mean Time Between Failures） MDT：平均停車時(shí)間（ Mean Downtime） MTTF、 MTTR、 MTBF 與 SIL的關(guān)系 MTBF：平均故障間隔時(shí)間（ Mean Time Between Failure） MTTR：平均恢復(fù)時(shí)間（ Mean Time to Repair） MTTF：平均無(wú)故障時(shí)間（ Mean Time to Failure） 例如： 開車 MTTF （ SIS系統(tǒng)運(yùn)行總時(shí)間） MTTR 24h （ SIS故障時(shí)間） MTBF 2023h 發(fā)生危險(xiǎn)故障 圖 7 MTTF、 MTTR和 MTBF MTTF、 MTTR、 MTBF 與 SIL的關(guān)系 MTTF=MTTR+MTBF PFD=MTTR/（ MTBF+MTTR） 已知 MTTR=24H MTBF=2023H 則 PFD=24/(24+2023)= 所以硬件安全完整性等級(jí)達(dá)到 SIL1水平。 9 冗余和容錯(cuò) 冗余和容錯(cuò) ? 冗余（ Redundant）：具有指定的獨(dú)立的 N： 1重元件，并且可以自動(dòng)地檢測(cè)故障，切換到后備設(shè)備上。 （ SHB – Z06 – 1999） ? 冗余系統(tǒng)（ Redundant System）：并行地使用多個(gè)系統(tǒng)部件，以提供錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤校正能力的系統(tǒng)。 （ SHB – Z06 – 1999）。 冗余和容錯(cuò) ? 容錯(cuò)（ Fault Tolerant）：具有內(nèi)部冗余的并行元件和集成邏輯，當(dāng)硬件或軟件部分故障時(shí)，能夠識(shí)別故障并使故障旁路，進(jìn)而繼續(xù)執(zhí)行指定的功能?；蛟谟布蛙浖l(fā)生故障的情況下，系統(tǒng)仍具有繼續(xù)運(yùn)行的能力。它往往包括三方面的功能：第一是約束故障，即限制過(guò)程或進(jìn)程的動(dòng)作，以防止在錯(cuò)誤被檢測(cè)出來(lái)之前繼續(xù)擴(kuò)大；第二是檢測(cè)故障，即對(duì)信息和過(guò)程或進(jìn)程的動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)；第三是故障恢復(fù)即更換或修正失效的部件。（ SHB – Z06 – 1999） 冗余和容錯(cuò) ? 容錯(cuò)系統(tǒng)（ Fault Tolerant System）：具有容錯(cuò)結(jié)構(gòu)的硬件與軟件系統(tǒng)。 （ SHB – Z06 – 1999） ? 總之，通過(guò)冗余和故障屏蔽的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。容錯(cuò)系統(tǒng)一定是冗余系統(tǒng)，冗余系統(tǒng)不一定是容錯(cuò)系統(tǒng)。容錯(cuò)系統(tǒng)的冗余形式有雙重、三重、四重等。圖 8和圖 圖10分別表示 CPU冗余（雙機(jī)熱備）和三重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)。 圖 8 CPU冗余（雙機(jī)熱備） CPU 1 CPU 2 開關(guān) 輸入 /輸出 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 圖 9 三重模塊冗余容錯(cuò)系統(tǒng) 輸入 輸入 輸入 CPU C CPU B 輸出 輸出 2oo3 表決器 輸出 CPU A 輸入 端子 輸出 端子 圖 10 三重信號(hào)冗余容錯(cuò)系統(tǒng) 看門狗輸出輸出端子輸入端