本文續(xù)《帶你了解SIS安全儀表系統(tǒng)（一）》

13、到底是單體儀表還是系統(tǒng)？

SIS這個(gè)術(shù)語是否包括測(cè)量?jī)x表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)？不同的場(chǎng)景和語境有不同的答案。如TRICONEX的設(shè)備叫什么？答案是：安全儀表系統(tǒng)，包括檢測(cè)元件和執(zhí)行元件嗎？答案是：不包括。

這是用詞的問題：tank在軍事上叫坦克，在煉油廠叫油罐，cock在水管子上叫水龍頭，在雞窩里是公雞。

IEC標(biāo)準(zhǔn)把測(cè)量?jī)x表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)+開關(guān)閥稱為“元件”也說明這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是脫離實(shí)際的。把安全控制器稱為“邏輯解算器”，一是表示可以采用不同的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，二來也表明SIS的作用是根據(jù)預(yù)定的程序執(zhí)行邏輯動(dòng)作，停止或緩解裝置運(yùn)行，確實(shí)不管過程控制的事兒。

SIS采用開關(guān)信號(hào)為主，根據(jù)信號(hào)變化的邏輯輸出開關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

SIS有兩個(gè)含義：　一是實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能的控制器，有人翻譯成“邏輯解算器”；二是包括過程檢測(cè)器、邏輯控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)在內(nèi)的系統(tǒng)，有人還加上邏輯控制器的軟件。

SIS是safetyinstrumentationsystem的縮寫，但常常指用于安全系統(tǒng)的PLC，如《×××裝置安全儀表系統(tǒng)SIS招標(biāo)技術(shù)文件》一定是采購(gòu)“邏輯解算器”的，多年來已經(jīng)成為專有名詞。

IEC標(biāo)準(zhǔn)說SIS是“由測(cè)量?jī)x表、邏輯控制器和最終元件等組成”，但在核算SIL等級(jí)或響應(yīng)失效概率PFD（probabilityoffailureondemand）時(shí)又多以單體儀表為單位。另外，如果說SIS是“實(shí)現(xiàn)安全功能”的系統(tǒng)，就不僅應(yīng)該包括“測(cè)量?jī)x表、邏輯控制器和最終元件”，還應(yīng)該包括測(cè)量管路、電線、電氣連接、氣動(dòng)連接等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)就不需要“核算”了嗎？有的人還提出包括PLC中的軟件，軟件包括PLC的系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)和程序語言）和工程實(shí)現(xiàn)軟件（組態(tài)或應(yīng)用程序）。在安全PLC核算的時(shí)候是沒有包括軟件的，是不需要了嗎？而工程實(shí)現(xiàn)軟件的編制不確定性往往是執(zhí)行安全功能的隱形因素。而軟件又怎么驗(yàn)證呢？怎樣評(píng)估軟件的失效率呢？

有人延伸安全系統(tǒng)的范圍，提出電源系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的閥門也需要有SIL等級(jí)，這是明顯帶有盲目、隨意行為的。

14、什么是故障安全？

安全儀表系統(tǒng)的設(shè)置有兩個(gè)原則：故障安全和獨(dú)立設(shè)置。

IEC 兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于SIS的核心內(nèi)容之一是實(shí)現(xiàn)過程的故障安全、用安全功能實(shí)現(xiàn)功能安全，不具備故障安全的過程用不著SIS。

火災(zāi)或者可燃?xì)怏w有毒氣體泄漏有故障安全狀態(tài)和手段嗎？因?yàn)闆]有手段自動(dòng)撲滅裝置中不可預(yù)見的火災(zāi)，或者沒有手段停止意外大量泄漏的可燃?xì)怏w或有毒氣體！所以不具備故障安全過程。有必要采用SIS嗎？著火燒壞了儀表和閥門，不去琢磨火是怎么著起來的，不琢磨怎么避免著火，而是想法兒怎么讓儀表和閥門燒不壞。就像家里水管漏水淹了地板和家具，不去修水管，而是琢磨不怕水淹的地板和家具。

15、獨(dú)立設(shè)置的來龍去脈

關(guān)于SIS與BPCS的分開或者說是獨(dú)立設(shè)置的問題既簡(jiǎn)單又復(fù)雜。

老外推崇的是工作按導(dǎo)則行事兒，專業(yè)分工細(xì)致，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范指南齊全，只要讀了指南就能干活，不過難免記不住，時(shí)常也出錯(cuò)。所以老外認(rèn)為人是最不可靠的，只有自動(dòng)化設(shè)備才是可靠的。中國(guó)人認(rèn)為有了盡職敬業(yè)、訓(xùn)練有素的人，什么問題都能解決。

正因?yàn)闅W美的SIS是不要人干預(yù)的，是作為人工操作的安全補(bǔ)充手段，才有了需要獨(dú)立設(shè)置的做法，才有了不采用BPCS的做法，避免“人工”這個(gè)“共因”失效，解釋為獨(dú)立保護(hù)層，也似乎有些勉強(qiáng)，實(shí)際上這不是什么新鮮概念。

SIS與BPCS分開，獨(dú)立設(shè)置應(yīng)該到什么程度？作為過程控制的安全冗余，只要能夠?qū)崿F(xiàn)不受影響的故障安全控制即可。

按照IEC標(biāo)準(zhǔn)，不能給人機(jī)會(huì)。SIS是不配備顯示操作的人機(jī)接口的，也不配備人工干預(yù)的停車按鈕。SIS的邏輯解算器是按照安全功能配置的，本身不聯(lián)網(wǎng)。由此可見：“獨(dú)立設(shè)置”是指安全儀表系統(tǒng)本身，而不是延伸設(shè)備，更不能隨意擴(kuò)大范圍。

SIS獨(dú)立設(shè)置是循序漸進(jìn)的，是相對(duì)的，不是絕對(duì)的，不可隨意延伸?，F(xiàn)在資金充裕，有條件把檢測(cè)儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)都獨(dú)立設(shè)置，當(dāng)然不錯(cuò)。例如：　有個(gè)項(xiàng)目的某測(cè)量回路采用“三取二”設(shè)置聯(lián)鎖，在控制系統(tǒng)中用3臺(tái)變送器取平均值做測(cè)量值，一下子就用了6臺(tái)變送器，這下子變送器不愁賣了！

16、供電的UPS要獨(dú)立嗎？

SIS獨(dú)立設(shè)置的目的是避免操作人員使用控制系統(tǒng)的時(shí)候，對(duì)SIS產(chǎn)生人為干預(yù)的影響，同時(shí)在控制系統(tǒng)外配備1套SIS作為備用的自動(dòng)停車手段，跟UPS是否獨(dú)立沒有直接關(guān)系。何況電源是一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷！SIS是故障安全型，即使停電也是安全的！如果一級(jí)負(fù)荷停電，意味著至少是變電站系統(tǒng)停電，裝置就該停了，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置停車就夠了。工程技術(shù)人員要熟悉和了解相關(guān)規(guī)范，領(lǐng)會(huì)其中的科學(xué)道理，首先要搞清楚：　規(guī)范說獨(dú)立設(shè)置指的是SIS和DCS要分別設(shè)置，沒有說專用UPS！現(xiàn)在有些專家不管三七二十一，不搞清楚SIS的設(shè)置用意，不顧企業(yè)的實(shí)際情況，弄得工廠為難。說得嚴(yán)重點(diǎn)，要不要獨(dú)立變電站和獨(dú)立的高壓外線？

17、設(shè)不設(shè)監(jiān)視接口？

SIS的設(shè)置初衷之一是不需要人工干預(yù)自動(dòng)執(zhí)行防災(zāi)減災(zāi)動(dòng)作的，所以，規(guī)定了SIS的獨(dú)立設(shè)置和不設(shè)人機(jī)接口，放任SIS自動(dòng)行事。包括安全PLC和執(zhí)行機(jī)構(gòu)都不設(shè)人為干預(yù)手段。

但是，隨著石油化工等過程控制的工藝流程發(fā)展和對(duì)安全聯(lián)鎖的關(guān)注，老外也覺得SIS平時(shí)看不見，摸不著，只有聯(lián)鎖動(dòng)作才知道，有點(diǎn)不甘心，操作人員有時(shí)也關(guān)心SIS是不是正常？于是有的項(xiàng)目就利用PLC的通信方式把一些數(shù)據(jù)傳到有人機(jī)接口的DCS上顯示，其實(shí)也是不符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的初衷的。由于通信涉及PLC和DCS兩個(gè)系統(tǒng)，采用串行接口或聯(lián)網(wǎng)方式，不時(shí)會(huì)發(fā)生通信故障。這也是“通信”不可靠的由來。

倒是中國(guó)人沒那么多顧慮，給PLC插塊通信卡，接臺(tái)PC機(jī)，畫幾幅圖添上變量，取消報(bào)警燈屏，實(shí)現(xiàn)了高效、可靠、可觀測(cè)、簡(jiǎn)潔好用。由于操作站是直接接在PLC的通信卡上，又沒有別的任務(wù)，所以可靠性非常令人滿意。后來又采用變送器代替開關(guān)檢測(cè)，提高了可靠性和可觀察性。

18、為什么要驗(yàn)證安全系統(tǒng)的功能？

儀表專業(yè)在設(shè)計(jì)工作中承擔(dān)了很重要的工作：按照安全專業(yè)提交的資料，即為具備SIL等級(jí)的控制回路和聯(lián)鎖方案設(shè)計(jì)配備儀表和PLC，實(shí)現(xiàn)所需要的功能。到這一步按理說就應(yīng)該完成工作了。但是！有人不相信儀表所做的設(shè)計(jì)和選配的儀表能夠滿足安全專業(yè)提出的安全功能的需要，于是就有了驗(yàn)證。

本來按照裁判員不當(dāng)運(yùn)動(dòng)員的說法，應(yīng)該由提出功能需要的安全專業(yè)進(jìn)行驗(yàn)證，所需要的儀表性能由儀表專業(yè)提資料，就像儀表給配管提安裝資料一樣?？墒牵瑖?guó)內(nèi)很多設(shè)計(jì)單位沒有安全專業(yè)，有了安全專業(yè)也不會(huì)或者不愿意做此項(xiàng)工作。于是，驗(yàn)證工作還是由儀表專業(yè)來做，還“教”給儀表專業(yè)一套驗(yàn)證方法。

19、安全儀表系統(tǒng)失效率有用嗎？

計(jì)算和確定安全儀表系統(tǒng)失效率需要儀表或元件的失效率，要儀表供應(yīng)商提數(shù)據(jù)。于是有些進(jìn)口儀表供應(yīng)商提交了，有的交不出來就采用某公司整理的通用數(shù)據(jù)表，聲稱只適用于國(guó)外生產(chǎn)的儀表。難道國(guó)外不同公司、不同設(shè)計(jì)、不同制造的產(chǎn)品就一致嗎？如果能用通用數(shù)據(jù)，還用得著供應(yīng)商單獨(dú)提供嗎？?jī)x表產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，平均5年到8年就徹底更新一代，有的連上一代產(chǎn)品的影子都沒了，有積累失效率的機(jī)會(huì)和時(shí)間嗎？國(guó)外的老牌儀表生產(chǎn)商采用收集故障儀表樣品分析和模擬計(jì)算的方式，間接獲取可靠性和失效率等數(shù)據(jù)，可信程度連老外自己都將信將疑。實(shí)際應(yīng)用中，平均無故障時(shí)間計(jì)算出來為幾十年的儀表，不也照樣出故障嗎？

20、為什么和失效概率聯(lián)系起來？

IEC標(biāo)準(zhǔn)的HAZOP，LOPA，SIL等方法和評(píng)價(jià)程度是一種針對(duì)工業(yè)工藝裝置部件的評(píng)估方法，用于評(píng)估過程運(yùn)行可能的風(fēng)險(xiǎn)和可以正常運(yùn)行操作的程度。在確定SIL等級(jí)和評(píng)估SIS設(shè)備是否能夠滿足安全需要的時(shí)候，要有失效率、可靠性、可用性等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是需要實(shí)驗(yàn)或根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到的，而且每一種設(shè)備、儀表、部件等數(shù)據(jù)不一樣，沒有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，評(píng)估方法和得到的結(jié)果就是無源之水、無本之木，是不符合實(shí)際的。這就是這些年來HAZOP安全評(píng)估和SIS的問題根源。

21、SIS和DCS在可靠性上有什么區(qū)別？

IEC的兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)最初版本是20年前出的，電子器件和設(shè)備平均5年更新一代，現(xiàn)在的DCS的可靠性比20年前高出不知道多少倍！即使是20年前的安全PLC，其可靠性也不比DCS高！現(xiàn)在還說DCS的可靠性不如SIS，那就是偏見了。

雖然SIS的設(shè)計(jì)考慮到冗余容錯(cuò)和本身的故障安全，但受到高額認(rèn)證費(fèi)用的約束，制造商沒有更新?lián)Q代的積極性，反而是DCS每5年更新一代，緊密跟蹤并采用現(xiàn)代電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

22、認(rèn)證有什么作用和商機(jī)？

既然安全儀表功能SIF的PFD的計(jì)算那么煩，又那么沒譜兒，有沒有省事兒的路子呢？認(rèn)證應(yīng)運(yùn)而生，德國(guó)的TUV等認(rèn)證機(jī)構(gòu)在中國(guó)大行其道，似乎只要經(jīng)過認(rèn)證的儀表那就是絕對(duì)安全可靠，是否真有用，無人知曉。

確實(shí)，IEC標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定認(rèn)證的事兒，只給出了驗(yàn)證計(jì)算的方法。但是，對(duì)于使用者來說，要計(jì)算清楚那么多元器件組成的PLC、檢測(cè)儀表不是一件簡(jiǎn)單事兒，所以早早就有安全PLC制造商取得認(rèn)證來實(shí)現(xiàn)并證明安全功能符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，為使用者提供了方便。

用于SIS的檢測(cè)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須經(jīng)過認(rèn)證嗎？IEC的兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)倒是有“使用經(jīng)驗(yàn)法”可以免于失效計(jì)算和認(rèn)證，而自然符合需要之說。

近年來認(rèn)證有蔓延泛濫的趨勢(shì)，一些制造商和認(rèn)證機(jī)構(gòu)也看準(zhǔn)了這個(gè)商機(jī)，大肆宣傳用于SIS的儀表需要取得“權(quán)威機(jī)構(gòu)”的認(rèn)證，先是從某外國(guó)儀表公司的安全認(rèn)證的變送器開始，繼而到安全柵、繼電器、電磁閥等，甚至到調(diào)節(jié)閥。

23、認(rèn)證的代價(jià)是什么？還有哪些疑惑要解決？

如果作為證明性質(zhì)或者資格性質(zhì)的認(rèn)證，收取適當(dāng)費(fèi)用，也無可厚非，但安全認(rèn)證費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們的預(yù)期，認(rèn)證的繁瑣程度和時(shí)間的拖累也復(fù)雜和漫長(zhǎng)，尤其是對(duì)中國(guó)制造的儀表！幾乎到了沒有認(rèn)證就寸步難行的地步！

根據(jù)老外的說法：要把儀表的所有設(shè)計(jì)資料和生產(chǎn)資料交給老外“驗(yàn)證”。只做形式驗(yàn)證和文檔驗(yàn)證，不做也不可能做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

認(rèn)證不僅需要付出幾十甚至幾百萬元人民幣的高昂費(fèi)用，還要經(jīng)過幾個(gè)月甚至幾年的漫長(zhǎng)時(shí)間，難怪儀表制造商哀嘆：受煎熬啊！現(xiàn)在甚至連從事SIS相關(guān)工作的工程師都要被認(rèn)證了。其實(shí)從事某種工作的人需要經(jīng)過培訓(xùn)，合格以后具備上崗資格，這屬于職業(yè)合格證書。對(duì)于有些行業(yè)或?qū)I(yè)是有用的，例如：建造師資格、壓力容器設(shè)計(jì)資格、高級(jí)電焊工資格、廚師等級(jí)資格等，但不是所有的職業(yè)都適用的。安全資格并非儀表專業(yè)的技術(shù)范圍。這幾年在儀表圈子里HAZOP培訓(xùn)、SIL培訓(xùn)大行其道，背后是利益的驅(qū)使。

現(xiàn)在某些認(rèn)證證書甚至只有2年的有效時(shí)間，到期就要再去交費(fèi)復(fù)審。既然取證的根據(jù)是沒有實(shí)驗(yàn)根據(jù)的數(shù)據(jù)，認(rèn)證的結(jié)論與產(chǎn)品實(shí)際的可靠性、可用性、安全性又有多少相關(guān)呢？既然認(rèn)證是根據(jù)設(shè)計(jì)和文檔，根據(jù)定型產(chǎn)品的屬性，還有時(shí)間限制嗎？幾年以后設(shè)計(jì)和產(chǎn)品沒有變，為什么還要重復(fù)認(rèn)證呢？

>>本文選自《石油化工自動(dòng)化》期刊2021年第5期增刊