安全保護自動控制系統(tǒng).ppt

安全保護自動控制系統(tǒng) 提綱 一 背景及引言二 安全 風(fēng)險及安全技術(shù)三 安全保護自動控制系統(tǒng)四 功能安全及安全完整性等級五 安全生命周期管理與安全評估六 存在的問題及進一步工作 自動化能為安全做些什么 一 背景及引言 自動化與安全重慶開縣井噴開始思考自動化能為安全做點什么從自動化角度對事故案例進行分析事故原因 大多伴隨著高溫高壓自動技術(shù)的應(yīng)用可以避免很多事故的發(fā)生安全監(jiān)測與控制系統(tǒng)早已有之自動化技術(shù)應(yīng)用重視不夠 使用和管理不規(guī)范 事故原因分布 自動化與安全工業(yè)測控系統(tǒng)中儀表閥門控制器 本質(zhì)安全防爆防輻射等工業(yè)測控系統(tǒng)中其他與安全有關(guān)的內(nèi)容測量信號的報警故障診斷與報警計算機控制系統(tǒng)集中 分散結(jié)構(gòu)冗余快穩(wěn)準調(diào)節(jié)閥的選擇風(fēng)開 風(fēng)關(guān)閥位限制控制系統(tǒng)中的低選 高選控制 連鎖邏輯控制安全相關(guān)測量控制系統(tǒng) 暫時記為SrCS 很早就存在 使用得越來越多漸漸地形成一個獨立的專用的SrCS如 ESDSIS隨著對安全的重視 對SrCS要求越來越高 一 背景及引言 自動控制系統(tǒng)的分類 按功能分類方法之一 生產(chǎn)運行控制系統(tǒng) 生產(chǎn)功能基本過程控制系統(tǒng)BPCS BasicProcessControlSystem 過程控制系統(tǒng)PCS ProcessControlSystem 生產(chǎn)運行控制系統(tǒng)PCS ProductionControlSystem 安全保護控制系統(tǒng) 安全功能安全儀表系統(tǒng)SIS SafetyInstrumentedSystem 安全控制系統(tǒng)SCS SafetyControlSystem 安全保護控制系統(tǒng)SGCS SafeguardControlSystem 安全監(jiān)測與控制系統(tǒng)SrCS SafetyRelatedControlSystem 問題 如何命名 SIS不夠貼切比較通用 一 背景及引言 SrCS存在的問題對安全發(fā)揮作用認識和重視程度不夠已經(jīng)設(shè)計和使用的SIS系統(tǒng)合理性經(jīng)濟性有效性新的標準GB T21109 GB T20438如何執(zhí)行安全相關(guān)測量控制系統(tǒng)有關(guān)標準1994年 德國標準DINV192501996年 美國標準ISA84 011998年 國際標準IEC61508 1 1998 IEC61508 7 20002003年 國際標準IEC61511 1 2003 IEC61511 3 20032006年前中國標準SH T3018 2003 SY T10045 2003 2006年 中國標準GB T20438 2006 2007年1月1日實施2007年 中國標準GB T21109 2007 2007年12月1日實施 一 背景及引言 IEC615081998年發(fā)布GB T204382007 01 01實施 IEC615112003年發(fā)布GB T211092007 12 01實施 二 安全 風(fēng)險及安全技術(shù) 安全的定義 定義 不存在不可接受的風(fēng)險GB T21109 1 p13絕對安全不存在不可控 安全與風(fēng)險并存風(fēng)險的定義 定義 出現(xiàn)傷害的概率與該傷害嚴重性的組合GB T21109 1 p13風(fēng)險 發(fā)生概率 造成后果允許風(fēng)險 根據(jù)當(dāng)前社會水準 在給定的環(huán)境內(nèi)能夠接受風(fēng)險風(fēng)險標準 裝置車間分廠公司企業(yè)國際過程風(fēng)險 由于過程 BPCS系統(tǒng)和相關(guān)人員因素而存在的發(fā)生特定危險事件的風(fēng)險 GB T21109 3 p3 殘余風(fēng)險 增加安全保護功能 如SIS 后發(fā)生特定危險事件的風(fēng)險 二 安全與風(fēng)險及安全技術(shù) GB T2110920438風(fēng)險降低 通用概念 二 安全與風(fēng)險及安全技術(shù) 如何降低風(fēng)險 安全保護層 二 安全與風(fēng)險及安全技術(shù) 安全保護層 自動化 ZX 二 安全 風(fēng)險及安全技術(shù) 風(fēng)險降低與安全技術(shù)按照專業(yè)領(lǐng)域從四個方面做工作ZX 1 工藝原料 產(chǎn)品等的毒性 爆性 生產(chǎn)工藝的安全性協(xié)調(diào)性等 2 設(shè)備機械強度 耐壓 磨損 腐蝕等 3 電控BPCS系統(tǒng)的可靠性 專門的安全保護自動控制系統(tǒng) 4 管理法規(guī)的制定與執(zhí)行人員的培訓(xùn)等 三 安全保護自動控制系統(tǒng) 安全保護控制系統(tǒng)的內(nèi)容ZX安全相關(guān)變量的測量顯示與報警生產(chǎn)運行狀態(tài)的故障診斷與預(yù)警執(zhí)行安全保護功能的自動控制系統(tǒng)各級應(yīng)急指揮調(diào)度中心自動化相關(guān)系統(tǒng)SGCS系統(tǒng)其功能的實現(xiàn)手段ZX 1 DCS SCADA PLC風(fēng)險小 可靠性要求低時 2 SIS ESD F G風(fēng)險大 可靠性要求高時 3 綜合使用DCS SIS可降低總成本 三 安全保護自動控制系統(tǒng) 安全保護自動控制系統(tǒng)的特點ZX 1 目的是減少危險 而不是保證生產(chǎn)運行產(chǎn)品合格 2 對測量環(huán)節(jié)要求更多功能 更智能 更實時 長期不停運行狀態(tài) 3 對控制器和執(zhí)行單元要求更快 執(zhí)行單元長期處在備用狀態(tài) 5 對控制器 更多的是邏輯控制 也有連續(xù)控制 少 理論性少 4 對測量 控制 執(zhí)行及輔助系統(tǒng) 通訊 供電等 可靠性要求更高 SGCS和BPCS的區(qū)別ZX 1 目的功能不同生產(chǎn)功能 安全功能 2 運行狀態(tài)不同實時運行 功能長期備用 部分實時運行 3 可靠性要求不同SrCS要求更高的可靠性 4 控制方法不同連續(xù)控制為主 邏輯控制為主 5 使用和維護方法不同SrCS更嚴格安全保護控制系統(tǒng)的重要性 1 和其他安全措施技術(shù)相比的重要性 2 在自動化專業(yè)領(lǐng)域中的重要性 三 安全保護自動控制系統(tǒng) 安全功能SafetyFunction針對特點的危險事件 為達到和保持過程的安全狀態(tài) 由SIS 其他技術(shù)安全相關(guān)系統(tǒng)或外部設(shè)施實現(xiàn)的功能 21109 1 p13 功能安全FunctionalSafetySrCS本身的安全性 如儀表的本質(zhì)安全 無輻射等 SrCS的安全功能是完整的 可靠的 功能是安全的 21109 1 p8 安全儀表系統(tǒng)SIS SafetyInstrumentedSystem 用于實現(xiàn)一個或多個安全功能的儀表及儀表系統(tǒng)包括 傳感器 邏輯解算器和最終單元 SIS廣義 狹義安全儀表功能SIF SafetyInstrumentedFunction SIS系統(tǒng)所實現(xiàn)的安全功能 21109譯為 儀表安全功能 ZX 存在 非 安全儀表的 非 安全功能 多種組合 四 功能安全及安全度等級 安全完整性SafetyIntegrity在規(guī)定的時間內(nèi) 在所有規(guī)定的條件下 成功實現(xiàn)所要求的安全功能的平均概率 21109 1 p14 安全完整性等級 SIL SafetyIntegrityLevel 簡稱 安全度等級定義 一種離散的等級 用于規(guī)定分配給SIS的安全儀表功能的完整性要求 21109 4 p14 作為衡量安全功能重要因素 是安全系統(tǒng)的核心 ZX 可理解為整體可靠性代表著使過程風(fēng)險降低的數(shù)量級SIS的操作模式 要求模式 連續(xù)模式要求操作模式 連續(xù)操作模式要求時平均失效概率 PFDavg averageProbabilityofFailureonDemand 注意 Fault Failure故障 失效用失效更好 故障了可能還可以用連續(xù)時危險失效概率 PDFperhour ProbabilityofDangerousFailure 四 功能安全及安全度等級 SIL等級與PFD PDF的關(guān)系 四 功能安全及安全度等級 安全生命周期SafetyLifeCycle安全儀表功能實現(xiàn)過程中所發(fā)生的所有的必要活動 21190 1p15 安全生命周期圖GB T20438 包括了系統(tǒng)的概念 范圍定義 風(fēng)險分析 安全分配要求 計劃編制 設(shè)計與實現(xiàn) 安裝試運行 操作維護修改 停用等 安全生命周期圖GB T21109 過程危險與風(fēng)險分析 安全功能分配 安全要求規(guī)格確定 工程設(shè)計 安裝調(diào)試確認 運行維護 修改和停用等 安全生命周期是用系統(tǒng)的方式建立的一個框架 用以指導(dǎo)安全儀表系統(tǒng)的需求分析 設(shè)計和評價等所有活動 五 安全生命周期管理及安全評估 GB T20438 1 p6安全生命周期框圖 五 安全生命周期管理及安全評估 GB T21109 1 p20安全生命周期框圖 五 安全生命周期管理及安全評估 GB T21109 1 p20安全生命周期框圖 五 安全生命周期管理及安全評估 安全生命周期各階段及工作內(nèi)容 1 過程危險與風(fēng)險評估 按GB T21109的要求至少進行一次 組織或參與進行PHA HAZOP分析確定生產(chǎn)過程及BPCS基本控制系統(tǒng)的危險事件及相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險確定達到必要風(fēng)險降低所需要的安全功能確定每個安全功能是否需要安全儀表功能2 安全功能保護層分析與功能分配進行LOPA保護層分析給保護層分配安全功能確定所需要的安全儀表功能 SIF 確定每個安全儀表功能所要求的安全度等級 五 安全生命周期管理及安全評估 安全生命周期各階段及工作內(nèi)容 3 確定SIS設(shè)計安全要求規(guī)格規(guī)定SIS設(shè)計應(yīng)達到的安全要求及技術(shù)規(guī)格描述每個安全儀表功能及安全要求確定SIS運行模式 啟用條件 停機復(fù)位 檢驗測試間隔等要求規(guī)格分析和識別失效模式 共因失效及相關(guān)要求4 SIS系統(tǒng)的設(shè)計及安全度等級驗算SIS系統(tǒng)的工程設(shè)計SIS系統(tǒng)的設(shè)計及安全度等級驗算5 SIS系統(tǒng)的安裝運行和確認6 SIS系統(tǒng)的操作和維護7 SIS系統(tǒng)的修改或停用 五 安全生命周期管理及安全評估 整體安全生命周期也可以分為三個大階段ZX 需求分析階段21109規(guī)定的階段1設(shè)計實現(xiàn)階段21109規(guī)定的階段2 3運行維護階段21109規(guī)定的階段4 5安全生命周期各階段的風(fēng)險分析與評估按GB T21109要求至少進行一次安全生命周期各階段的SIS功能安全評估越早越好功能安全評估可能存在于安全生命周期的各階段可以考慮5個階段執(zhí)行5次功能安全評估GB T21109要求系統(tǒng)投用前至少進行1次評估組織機構(gòu)具有獨立性 五 安全生命周期管理及安全評估 HAZOP分析分析小組組長記錄員工藝設(shè)備儀表安全偏差引導(dǎo)詞原因后果措施輔助軟件很多如ISOgraphSIL需求分析LOPA分析SIF確定SIL定性分析定量計算SIS規(guī)格書確定SIFSILTITs SIL評估計算SIF回路構(gòu)成系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1oo11oo21oo2D2oo3 定量計算方法及公司GB20438 21109僅是推薦輔助軟件Excel專用自己開發(fā)的 五 安全生命周期管理及安全評估 與安全儀表系統(tǒng)相關(guān)的事故統(tǒng)計圖 五 安全生命周期管理及安全評估 自動化技術(shù)在安全工程中的作用及重