安全仪表系统的功能安全测试研究

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【摘要】随着经济的发展以及科学技术水平的不断提高，我国的安全仪表系统取得一定程度的发展并逐步完善，但目前状况下仍然存在着一些不足，本文对安全仪表系统的相关内容进行了一定程度的介绍，并针对安全仪表系统的各种安全评估方法适用性不明确的问题，有目地的对功能安全测试进行了系统分析和探讨。

【关键词】安全仪表系统；功能安全；测试

中图分类号：P624.8 文献标识码：A 文章编号：

引言

近年来，生产事故的频发使得安全生产受到广泛关注，安全仪表系统也越来越多地得到重视与应用。安全仪表系统能在故障状态下，能够迅速、正确对事故做出响应，使生产装置在安全模式下停车，避免事故发生，减少事故造成的危害。在工业控制领域，安全仪表系统是过程控制的重要组成部分，是企业实施风险管理与降低风险的重要手段。目前，我国在安全仪表系统测试方面不足，缺乏针对SIS的具体测试的规范指导，测试的要求也不明确，无法满足SIS的测试要求和整体功能安全要求。因此合理、有效地设置安全仪表系统，实现安全仪表系统的功能安全，已经成为目前迫切需要解决的问题。

一、安全仪表系统的分析

安全仪表系统，简称SIS，又称为安全联锁系统。其作用是对控制系统中检测的结果实施报警动作或调节或停机控制，是工厂企业自动控制中的重要组成部分。

1、安全系统的构成

SIS系统由可编程控制系统、继电器检测仪表、开关、电磁阀等组成。SIS系统既独立于DCS系统，又可与DCS系统进行单向通信，同时本身须具有时间记录功能，以便于系统地更好的维护和分析。

2、安全仪表系统的作用

采集下层所有机组级/车间级控制系统的生产实时数据，实现厂级的状态监测、故障诊断、优化运行、操作指导、生命周期管理等功能；将机组状态信息和性能信息发送给上层的MIS系统。SIS处于具有高可靠性、高精度、高速度要求的DCS系统与实时性要求不高的MIS系统之间，是信息自动化架构中的过渡层面，起到隔离作用。

3、安全生命周期

安全生命周期（SLF）主要指的是在安全相关系统实现过程中所必需的一系列生命活动。这一类的活动有着较为明显的起始阶段以及结束阶段。起始阶段主要是在相关工程的概念阶段，终止的标志主要是一些系统以及设施停止运作，这些系统以及设施包含有安全相关系统、外部风险降低设施等。系统安全性的高低是由多种因素综合在一起决定的，因此，对于整体安全生命周期来说，它不仅仅局限与安全相关系统的设计，还包含有安全相关系统的规划、设计、安装、调试、运行、维护以及停用。

4、安全完整性等级

安全完整性等级(SIL)是设计安全仪表系统的重要依据，是衡量安全仪表系统运行水平的重要指标。选择安全完整性水平的目的是把系统的风险降低到可以接受的水平。从另一方面讲，每一个SIL值代表一个风险降低的数量级，选择安全完整性水平的实质就是选择要求时失效概率PFD的数量级。

二、安全仪表系统在实际运行中的故障分析

1、外部电磁强干扰：系统抗干扰性能差，影响系统总线通讯，造成通讯错误；通过分布电容和电感串入信号回路，造成逻辑数据变化，产生误动，严重时损坏系统卡件。

2、设计不完善：联锁和调节的信号通过一个变送器处理，在处理调节回路故障时，会触发联锁信号。

3、接线不良：仪表信号线接触不良、经常造成不明故障的停车。

4、仪表选型不合理：不适合工艺介质和工作环境，致使测量不准或动作不到位。

5、仪表伴热系统失灵：变送器导压管介质凝结产生虚假信号导致误停车。

三、功能安全评估的现状

我国功能安全的研究和理念应用起步较晚，石化企业没有像Shell那样的企业规范，相应的风险评估和SIS应用缺乏相关法律法规基础。不过，经过业界的努力，功能安全理念越来越受到重视，并努力将安全完整性要求纳入到工程实践中。国内目前已经有一些单位在进行安全仪表系统功能安全评估课题研究。

四、功能安全评估过程

对已经存在的安全仪表功能进行评估，确定它们满足了所需要的风险降低要求。遵循这一原则，安全仪表系统功能安全评估过程主要有以下几个内容：搜集工艺流程资料；结构约束的确定；安全仪表系统的安全仪表功能的目标SIL等级；安全仪表危险分析；可靠性数据的确定；操作模式的确定； SIL等级的计算以及评估。

五、功能安全测试研究

1、运行前的测试

在SIS安装到企业现场前需要对其进行测试，目的是确保逻辑演算器及相关软件满足安全要求规范中定义的要求，测试可以较容易地将错误尽早地辨识出来进行校正。

对于每一个测试，应包含所使用测试计划的版本、项目测试的说明、测试活动的日志、使用的工具、设备和接口等内容。工厂验收测试应该进行建档，它是整个安全系统文档的一部分，根据相关要求，应包含测试结果、目标和测试标准是否满足等内容。如果测试过程中出现失败，则应做好相关记录，并进行分析，采取相应的改进措施。

在安全仪表系统的SIF正式投入使用前，需要对SIF的部件进行校准测试和性能确认。对阀门也应该进行校准测试，以校验其行程的全开和全闭位置。

2、运行后的测试

在引入危险物质前，作为预启动验收测试的集成测试必须进行以确保SIF可实现安全要求规范中所规定的功能。这些未检测到失效的测试是逐步进行还是整体集成进行功能测试并不重要，重要的是失效能被及时发现并进行了校正。

SIF包含的安全功能列表；每个安全功能的设备描述及位置；检查程序；校核和测试方法；校核、测试、检查及维护活动的频率；指定可接受的性能限值。

在测试完成后验证SIF的操作状态；内部和外部诊断测试；核对附属服务元件是工作状态的；保证测试能够进行并有记录。所有的测试程序都应包含测试的系统，在测试流程中应制定维护每一个流程的负责人。

3、离线测试

确定离线测试如何进行是非常关键的。离线测试可对SIS中的每个SIF部件进行完整的测试。要将每个SIF及其相关输入、输出及逻辑都辨识出来进行校验，制定的测试程序要明确每个SIF是如何进行验证的。实现测试所必需的所有装备都应进行标识和校验。

4、在线测试

在线测试若不能正确实施，很可能造成过程扰动或无意间关闭系统。因此，为保证在线测试能顺利进行，在线测试必须有详细周密的计划、设计程序。任何用于在线测试而安装的设备如旁路或测量仪器都应在其测试过程中与相关的逻辑一起进行彻底的测试。所有在线测试之前，操作者必须完全理解并在测试过程中发生停车要求时，能够采取正确的处理措施。测试过程中遇到意外时，涉及SIF在线测试的所有人员都应该知道如何处理。

结束语

安全仪表系统是工业安全防护层中非常关键的一环，是减少生产事故、降低风险的有效措施。在SIS投入运行前和投入运行后，科学、合理地做好测试验证工作对安全仪表系统满足安全要求规格，维持所需安全完整性等级，实现其功能安全是非常关键的。因此，对SIS自身的可靠性要求必然是极其重要的。好的设备必须要有一流的设计队伍将其进行最优的组合，并有技术过硬的高素质的维护队伍精心呵护使用，这样才能保障SIS的可靠性。

参考文献：

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