天然气和石油行业：仪表安全系统的价值
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当前面对严苛的功用需求，石油和天然气出产工厂中选用了多种需求连续运转的流程。因而，在主操控体系发作毛病时，保证泵、压缩机、电机和外表等要害设备仍能正常运转就显得至关主要。
在大多数出产运营中，根本进程操控体系(BPCS，即曩昔的分布式操控体系(DCS)，只不过再加上可编程自动化操控器(PAC))可以继续监督进程 和操控参数，包含温度、流量、压力、分量和粘度等。BPCS会使进程变量坚持在安全范围内，因而可以在某种程度上供给一些维护(例如，操控体系可以检测到 流量或压力的变化并进行呼应)。
但是，当BPCS失控或发作意外毛病时，技能出产也许会呈现危险情况。这正是安全外表体系(SIS)的用武之地。SIS的方针是在操控体系发作毛病时仍能坚持工厂安全。
了解危险
要挑选最适宜的技能，需求进行深入剖析。正因为项目各不一样，咱们才需求安全体系。剖析进程包含一系列详细进程，其间包含对运用进行安全查看、施行其它安全维护层以及进行体系性剖析，还包含详细记载文档资料和履行各种规程。
这些进程在各种法规、规范(例如IEC61511)、原则和主张选用的计划中都有提及。意图在于树立可审计的盯梢记载，保证不存在任何忽略或遗漏。
危险评价可以将每种安全外表功用所需的功用量化为四种也许的安全完整性等级(SIL)之一。SIL表明为将潜在事情成果约束在容许范围内所需的安全外 表功用或危险下降程度。例如，SIL1等级体系的需求时失效概率(PFD–危险失效)为0.1至0.01，而SIL4体系的PFD可达0.0001至 0.00001。
石油和天然气公司要从十几家制造商和五种根本装备(1oo1D、1oo2、1oo2D、三重冗余和四重冗余)中挑选适宜的体系。在断定最合适运用的体系之前，应当思考下文所述的几个主要疑问。
挑选规划计划
可以使客户在各体系间共享信息的安全体系规划计划有三种：接口式、混合式和集成式。因为运用的规划、危险等级、运用场所、员工的专业知识、支撑水平和本钱等要素，合适特定运用的最好计划各不一样。
在接口式装备中，独自的BPCS和SIS体系可以经过硬接线信号、工业规范协议或许与操控体系一样的专用通路(一般运用某种方式的网关)来进行相互通 讯。出于某些方面的思考，一些用户会倾向于将进程运用中的安全和规范操控功用分隔。例如，假如运用的软硬件不一样，潜在的某个疑问就不简略对两个体系一起 发作负面影响。并且，物理阻隔可以防止因PAC或BPCS改变而致使有关的SIS发作变化或遭到损坏。
这种接口式计划的首要长处在于，用户可以为恣意特定运用挑选各种一流的独立体系。此类规划也存在缺乏。它需求承包商、集成商和最终用户把握两种独立的体系(包含软件和硬件)，这一般会增加训练和备件本钱。
多见计划(或称为混合式计划)是由一个供货商供给两种不一样的体系，而这两种体系的规划对比附近(尽管无法互换)。这种计划的长处是，本钱低于接口式 体系，组件较为多见，并且易于在体系间进行通讯。这种计划的缺乏之处在于更简略发作共因失效疑问。此外，尽管编程环境也许一样，但实践的硬件模块一般不一 样，所以每个体系都需求有自个的一组备件。
第三种计划是集成安全计划，这种计划将两种功用都集成在同一操控平台中。集成安全体系的运用越来越遍及。这种体系的本钱会高于通用操控体系，但是一般要远低于分离式体系。它的长处在于只需求把握一套体系，所以会下降训练本钱，并且编程简略、组件多见、易于集成。
当前，机器操控运用中不断增加地选用了集成安全体系。但是，要在进程安全范畴中更广泛地运用这种体系，需求有更多可用的进程操控特定的硬件元件。
硬件考量要素
在为石油和天然气范畴的安全体系挑选硬件时，公司有必要思考到容错才能、体系规划和事情次序等要素。
石油和天然气职业的大多数用户都指定选用SIL3等级的三重冗余体系。三重冗余体系可供给最高等级的容错才能，其间的三个并行体系在同一冗余规划中运转。这三个体系都会对输入信息进行处理，并经过表决来断定成果，这表明要取得三分之二的支撑才能更改或许中止某进程。
冗余需求不仅仅触及逻辑解算器，还包含构成SIS的各个元件，如输入设备(传感器、开关和外表)及输出设备(泵、电机、阀门和其它履行器)。
在海上平台和卸油船等空间有限的运用中，安全体系的物理尺度也十分要害。一般来说，体系的冗余度越高，需求占用的空间就越多。例如，大多数两层冗余体系需求装备完全一样的冗余机架，即便机架上只要一小部分模块也是如此。
三重冗余体系的尺度并不完全一样。在某些装备中，体系的每个模块都留有一个闲暇插槽，因而，用户可以在线快速替换有源模块，而不会影响进程。而其它体系则选用更为紧凑的规划，只留有一些替换体系I/O模块所需的闲暇插槽。
当出产进程因为某些缘由而中止时，您会期望了解引发停机的详细事情及其次序。为供给此类数据，大多数体系都具有某种方式的事情次序(SOE)记载功用。
某些体系会以一毫秒的精度为I/O模块中发作的事情设置时刻标签。而其它体系可以为主处理器中发作的事情设置时刻标签，因而精度只能到达处理器的扫描周期。各公司需求查看硬件功用，保证扫描周期契合运用的速度需求。
主要的软件功用
就软件而言，有必要要思考编程言语、操控体系的连通性和编程难度、人机界面(HMI)以及第三方设备。
IEC61131-3规范界说了五种操控体系编程言语:梯形图逻辑、功用块、结构化文本、指令表和次序功用图。不一样的言语合适不一样的使命。
当今的大多数体系都具有根据Windows的开发工作站并支撑最少一种IEC61131-3编程言语。但是，这并不表明一切的体系都易于装备和编程，或许规划功率都处于同一水平。因而，试运转软件并履行根本的装备使命就十分主要。
此外，断定适用于操控体系、HMI和其它第三方设备的衔接计划也十分主要。此时，需求思考的疑问包含:操控体系是不是兼容以太网、串口、OPC或许 Modbus网络衔接?需求运用多少个衔接?体系支撑哪些衔接?是不是可以完成冗余通讯?是不是需求独自的网关?安全体系是不是具有可衔接至操控体系的直 接高速衔接?
到达最好平衡
在大多数出产运营中，根本进程操控体系(BPCS，即曩昔的分布式操控体系(DCS)，只不过再加上可编程自动化操控器(PAC))可以继续监督进程 和操控参数，包含温度、流量、压力、分量和粘度等。BPCS会使进程变量坚持在安全范围内，因而可以在某种程度上供给一些维护(例如，操控体系可以检测到 流量或压力的变化并进行呼应)。
但是，当BPCS失控或发作意外毛病时，技能出产也许会呈现危险情况。这正是安全外表体系(SIS)的用武之地。SIS的方针是在操控体系发作毛病时仍能坚持工厂安全。
这即是石油和天然气公司应当稳重挑选安全体系的缘由地点。在拟定决议计划时，公司需求思考各种危险要素，并对规划计划和软硬件疑问进行评价。
了解危险
要挑选最适宜的技能，需求进行深入剖析。正因为项目各不一样，咱们才需求安全体系。剖析进程包含一系列详细进程，其间包含对运用进行安全查看、施行其它安全维护层以及进行体系性剖析，还包含详细记载文档资料和履行各种规程。
这些进程在各种法规、规范(例如IEC61511)、原则和主张选用的计划中都有提及。意图在于树立可审计的盯梢记载，保证不存在任何忽略或遗漏。
危险评价可以将每种安全外表功用所需的功用量化为四种也许的安全完整性等级(SIL)之一。SIL表明为将潜在事情成果约束在容许范围内所需的安全外 表功用或危险下降程度。例如，SIL1等级体系的需求时失效概率(PFD–危险失效)为0.1至0.01，而SIL4体系的PFD可达0.0001至 0.00001。
石油和天然气公司要从十几家制造商和五种根本装备(1oo1D、1oo2、1oo2D、三重冗余和四重冗余)中挑选适宜的体系。在断定最合适运用的体系之前，应当思考下文所述的几个主要疑问。
挑选规划计划
可以使客户在各体系间共享信息的安全体系规划计划有三种：接口式、混合式和集成式。因为运用的规划、危险等级、运用场所、员工的专业知识、支撑水平和本钱等要素，合适特定运用的最好计划各不一样。
在接口式装备中，独自的BPCS和SIS体系可以经过硬接线信号、工业规范协议或许与操控体系一样的专用通路(一般运用某种方式的网关)来进行相互通 讯。出于某些方面的思考，一些用户会倾向于将进程运用中的安全和规范操控功用分隔。例如，假如运用的软硬件不一样，潜在的某个疑问就不简略对两个体系一起 发作负面影响。并且，物理阻隔可以防止因PAC或BPCS改变而致使有关的SIS发作变化或遭到损坏。
这种接口式计划的首要长处在于，用户可以为恣意特定运用挑选各种一流的独立体系。此类规划也存在缺乏。它需求承包商、集成商和最终用户把握两种独立的体系(包含软件和硬件)，这一般会增加训练和备件本钱。
多见计划(或称为混合式计划)是由一个供货商供给两种不一样的体系，而这两种体系的规划对比附近(尽管无法互换)。这种计划的长处是，本钱低于接口式 体系，组件较为多见，并且易于在体系间进行通讯。这种计划的缺乏之处在于更简略发作共因失效疑问。此外，尽管编程环境也许一样，但实践的硬件模块一般不一 样，所以每个体系都需求有自个的一组备件。
第三种计划是集成安全计划，这种计划将两种功用都集成在同一操控平台中。集成安全体系的运用越来越遍及。这种体系的本钱会高于通用操控体系，但是一般要远低于分离式体系。它的长处在于只需求把握一套体系，所以会下降训练本钱，并且编程简略、组件多见、易于集成。
当前，机器操控运用中不断增加地选用了集成安全体系。但是，要在进程安全范畴中更广泛地运用这种体系，需求有更多可用的进程操控特定的硬件元件。
硬件考量要素
在为石油和天然气范畴的安全体系挑选硬件时，公司有必要思考到容错才能、体系规划和事情次序等要素。
石油和天然气职业的大多数用户都指定选用SIL3等级的三重冗余体系。三重冗余体系可供给最高等级的容错才能，其间的三个并行体系在同一冗余规划中运转。这三个体系都会对输入信息进行处理，并经过表决来断定成果，这表明要取得三分之二的支撑才能更改或许中止某进程。
冗余需求不仅仅触及逻辑解算器，还包含构成SIS的各个元件，如输入设备(传感器、开关和外表)及输出设备(泵、电机、阀门和其它履行器)。
在海上平台和卸油船等空间有限的运用中，安全体系的物理尺度也十分要害。一般来说，体系的冗余度越高，需求占用的空间就越多。例如，大多数两层冗余体系需求装备完全一样的冗余机架，即便机架上只要一小部分模块也是如此。
三重冗余体系的尺度并不完全一样。在某些装备中，体系的每个模块都留有一个闲暇插槽，因而，用户可以在线快速替换有源模块，而不会影响进程。而其它体系则选用更为紧凑的规划，只留有一些替换体系I/O模块所需的闲暇插槽。
当出产进程因为某些缘由而中止时，您会期望了解引发停机的详细事情及其次序。为供给此类数据，大多数体系都具有某种方式的事情次序(SOE)记载功用。
某些体系会以一毫秒的精度为I/O模块中发作的事情设置时刻标签。而其它体系可以为主处理器中发作的事情设置时刻标签，因而精度只能到达处理器的扫描周期。各公司需求查看硬件功用，保证扫描周期契合运用的速度需求。
主要的软件功用
就软件而言，有必要要思考编程言语、操控体系的连通性和编程难度、人机界面(HMI)以及第三方设备。
IEC61131-3规范界说了五种操控体系编程言语:梯形图逻辑、功用块、结构化文本、指令表和次序功用图。不一样的言语合适不一样的使命。
当今的大多数体系都具有根据Windows的开发工作站并支撑最少一种IEC61131-3编程言语。但是，这并不表明一切的体系都易于装备和编程，或许规划功率都处于同一水平。因而，试运转软件并履行根本的装备使命就十分主要。
此外，断定适用于操控体系、HMI和其它第三方设备的衔接计划也十分主要。此时，需求思考的疑问包含:操控体系是不是兼容以太网、串口、OPC或许 Modbus网络衔接?需求运用多少个衔接?体系支撑哪些衔接?是不是可以完成冗余通讯?是不是需求独自的网关?安全体系是不是具有可衔接至操控体系的直 接高速衔接?
到达最好平衡
合理规划并准确施行安全操控体系可以带来无穷的业务价值。但需紧记，安全体系千差万别，每个项意图绩效、危险和本钱方针都各不一样。要在各种备选技能中做好平衡，就需求细心思考它们的特定功用、约束条件以及优势。