分离过程控制和安全系统

过程安全功能有助于防止可能导致重大事故的计划外物质释放(如危险物质)。例如，操作员与控制系统交互-通常是分布式控制系统(DCS)或可编程逻辑控制器(PLC) -以控制化学过程。如果发生危险，而控制系统自身无法实现所需的风险降低，则实施安全仪表功能(SIF)以将危险风险降低到可接受的水平。

这种用于降低危险事件风险的单独保护层的应用通常称为保护层分析(LOPA)。如果一层保护层不能减轻发生的危险，就增加一层。

控制和安全系统的分离程度

正在进行的过程安全讨论围绕控制系统层和安全功能层之间所需的分离程度展开。将过程控制和安全系统分开是很重要的，各种行业标准(ANSI/ISA-84.01/IEC 61511，功能安全-过程工业部门的安全仪表系统，第1-3部分)都要求它。

然而，独立到底有多独立呢?

严格的解释是，将安全仪表功能(SIF)与不同的设备一起使用，例如不同的发射器、逻辑求解器和来自不同制造商并由不同人员编程的最终元件。

在一个简单的例子中，一个控制系统用一个液位变送器和在灌装管路上的控制阀来灌装油箱。可以添加SIF来防止溢流，包括一个单独的液位变送器，一个单独的逻辑求解器和一个单独的阀门来停止进口流量。

这些保护层是相互独立的，但常见的故障仍然会发生，可能会阻止两个电平变送器的工作。如果坦克的容量是一定的，但在某一时刻被改变为更小的容量呢?不过，两个发射机的范围都可能不正确。即使发射机包含不同的传感技术并由不同的人校准，这种常见原因的故障也可能发生。

定义了2种故障类型:普通原因、普通模式

根据行业标准，需要进行分析以确认保护层是独立的。该分析确定是否实现了所需的整体风险降低。它着眼于两种类型的失败:

• 共因故障，当多个(通常相同)组件由于共同原因而故障时发生。常见原因包括冲击、振动、温度、污染物、错误校准和维护不当。
• 共模故障，当几个子系统由于相同的原因以相同的方式故障时发生。

知道何时集成过程安全功能

集成单独的过程安全功能有什么好处?在前面的简单例子中，如果两个电平发射器在两个逻辑求解器之间共享，则可能具有以下优势:

• 两种测量结果可以进行比较，即使是微小的差异也可以引起操作人员的注意。这可以让有故障的发射机在问题开始之前就被替换或采取其他措施。
• 任何一个过程变送器超过安全设定值都可以关闭两个阀门。

在共用仪器时，必须谨慎采取某些安全预防措施。例如，过程变送器应该由过程安全逻辑求解器供电并连接到过程安全逻辑求解器。测量结果可与过程控制系统通信，以进行控制或联锁动作。如果通信失败(即使是硬连线)，控制系统仍应采取安全操作。

大多数公司和专家都认为，如果正确分析和实施，集成或共享发射机是可以接受的。当讨论逻辑求解器的集成时，这个话题变得更加热烈。

一些人相信更严格的解释将过程控制和安全系统与不同的制造商分开。另一些人则认为，一个制造商可以同时提供这两种功能，但是在不同的处理器上，在同一网络上，并且具有相同的操作员可见性。

一些人认为需要一个单独的编程环境，而另一些人则不这么认为。有些人甚至建议在相同的冗余处理器上执行单独的函数。

5 .综合控制和安全系统的优势

许多因素影响集成过程控制和安全系统解决方案的安全性。如果对风险、失效模式和原因进行了分析并认为是可以接受的，则优点包括:

• 改进(或更好)操作员体验-集成警报和操作提供了整个流程的清晰画面。通用系统可以让操作人员更好地理解系统的运行方式。
• 综合行动——如果安全功能被绊倒，还需要发生什么?集成可以更容易地编程其他操作，如在发生跳闸后停止泵或停车柱。
• 易于模拟——更容易模拟整个系统。
• 易于维护-更常见的备件和设备简化和改善维护活动。
• 最少的培训——如果设计环境是集成的，则需要较少的培训资源。

综合控制和安全系统需要注意的2个方面

然而，集成控制和安全系统的最大问题包括:

• 常见原因故障-控制系统的故障也会影响安全系统的风险。这些常见原因的失败可以有多种形式:
  • 硬件-部件故障
  • 软件——固件或应用程序错误可能对独立的逻辑求解器产生相同的影响。
• 操作和工程规程——如果系统是集成的，编程更有可能在不经意间改变安全保护。对于在发射机上工作的技术人员来说也是如此。

归根结底，集成控制和安全系统是可能的，而且有很多优点，但工厂应该仔细权衡利弊。无论使用哪种安全系统和解决方案，都应考虑咨询受过培训的安全专业人员，他们了解过程标准要求，可以进行前期过程安全分析，并就所需的复杂保护层和设备提出建议。

斯科特·海耶斯程序经理在哪里特立独行的技术是CFE Media的内容合作伙伴。由Chris Vavra编辑，CFE媒体控制工程副主编，cvavra@cfemedia.com．

更多的答案

关键词:工艺安全，工艺制造，系统集成

过程安全功能有助于防止可能导致重大安全事故的意外危险物质释放。

许多因素会影响一个综合控制和安全系统解决方案的安全性。

过程安全系统和控制集成应包括训练有素的安全专业人员。

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