功能安全介紹

　 據(jù)報道，在石化、鋼鐵、電力、醫(yī)藥等工業(yè)領域，大部分安全問題依賴于儀表與控制系統(tǒng)執(zhí)行正確的功能，這種安全依賴于系統(tǒng)功能的情況，被稱為“功能安全”。功能安全防止的是安全相關系統(tǒng)或設備的功能失效所導致的危險。

   一.儀表型安全系統(tǒng)SIL級別評估：機械工業(yè)儀器儀表可靠性技術中心、SIPAI工程師劉建侯在全面介紹功能安全的一些基本概念后說，在多種安全系統(tǒng)中，儀表型安全系統(tǒng)（SIS）有著廣泛的應用。SIS由現(xiàn)場傳感器/變送器、控制器、I/O模塊、執(zhí)行機構、I/O接口（如隔離式安全柵）及相關軟件構成。保護系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)都要求也有安全功能，在實際應用中兩者可能獨立，也可能結合實施。以前研究可靠性不考慮系統(tǒng)失效，現(xiàn)在要研究系統(tǒng)失效的問題。zui近，對SIS技術在一個化工大系統(tǒng)的8個子系統(tǒng)中進行了典型應用，某一煤氣分離項目，儀表產(chǎn)品有Rosemount的3051壓力變送器和Siemens的有關模塊和sanson的終端地件，SIS功能安全評估的目的是調查并判斷SIS以及相關系統(tǒng)所達到的功能安全。衡量SIS以及相關系統(tǒng)功能安全的主要定量指標是安全完整性等級（SIL）和安全失效分數(shù)，而儀表及其系統(tǒng)的SIL是通過FMEDA（失效模式效應后果分析）確認和PFD（在要求時平均失效概率）計算獲得的。根據(jù)IEC61508和IEC61511標準對項目的功能安全進行評估，確定8條防護系統(tǒng)的SIL等級，符合用戶提出的SIL2等要求。

　　二.對安全產(chǎn)品的SIL級別評估：德國庫柏克勞斯—哈恩斯公司Anton Heinshill介紹，SIL是評估功能安全很好的方法。從用戶考慮，若車間人少，產(chǎn)生故障時傷亡人數(shù)少，可認為是SIL2；若人很多，可認為 SIL4，但如果有疏散人員的通道，則SIL等級可降低。從對產(chǎn)品SIL級別評估要求考慮，SIL1可由本廠一個工程師來完成，SIL2要由本廠某一部門來完成，SIL1與SIL2的評估人員應是獨立的，不能是產(chǎn)品設計人員，SIL3、SIL4要由廠外獨立的認證機構來完成。由于SIL1、SIL2可在廠內（公司內）根據(jù)有關標準與法律責任進行評估，因此目前安全產(chǎn)品以SIL1、SIL2居多，其中絕大部分為SIL2，SIL2應用也zui廣。如果一個系統(tǒng)中，傳感器為SIL2，其他為SIL3，那么整個系統(tǒng)為SIL2。

　　三.EPA的功能安全與信息安全：浙江中控技術有限公司副總工馮冬芹介紹，具有我國自主知識產(chǎn)權的實時工業(yè)以太網(wǎng)EPA已列入IEC/CDV　61158　series　Type14標準，在國內結合EPA的應用正在制定EPA系列國家標準（約10個）。根據(jù)安全生產(chǎn)要求與標準化趨勢，結合IEC61508/61511標準，當前要進行的工作是降低EPA網(wǎng)絡的通信故障風險。具體做法是：分析安全通信風險，采取適用安全措施，盡可能檢測出潛在故障和失效風險，提高通信故障檢測率。風險來源有：芯片，數(shù)據(jù)破壞、重傳、丟失、延時、亂序、超時，插入，偽裝與尋址出錯等。目前EPA的安全產(chǎn)品有：安全型網(wǎng)橋、網(wǎng)關、交換機、現(xiàn)場控制器等，EPA已在23家用戶中推廣應用。

　　四.要加強安全生命周期的功能安全管理：SIPAI工程師李佳嘉女士介紹，電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)（E/E/PES）與SIS是大型機械、過程設備及其他成套裝置安全的保護神。典型工業(yè)事故案例分析表明，絕大多數(shù)事故的發(fā)生均與相關的安全防護系統(tǒng)及其管理有關。其中，功能安全的管理是確定整體的E/E/PES和軟件安全生命周期所有階段的管理和技術，其主要內容包括：確定人員、部門和組織對整體的、E/E/PES的和軟件的安全生命周期各階段中活動的職責；建立相應的功能安全管理體系，它包括組織和資源，風險評價和風險管理，編制計劃，計劃的實現(xiàn)和監(jiān)視、評估、審核與修改，對E/E/PES和軟件安全生命周期各階段應提供配置管理規(guī)程。

　　五.我國應建立功能安全保障體系：機械工業(yè)儀器儀表綜合技術經(jīng)濟研究所教授級高工史學玲女士介紹，目前我國實施功能安全標準遇到的zui大困難，是現(xiàn)在技術、產(chǎn)業(yè)、組織與法律基礎都離實施標準所要求的條件相差甚遠。即使等同采用IEC61508的我國國家標準發(fā)布，由于不具備標準實施的基本條件，發(fā)布的標準也等于一紙空文。IEC61508是在歐美等工業(yè)發(fā)達國家多年來安全控制相關的技術、管理、法律、產(chǎn)業(yè)、市場等發(fā)展到一定程度的自然產(chǎn)物，我國要跟上這個步伐，無論是哪方面，都有很大的空間需要*。我國實施功能安全標準的戰(zhàn)略目標，是在我國石油、化工、冶金、電力、交通、煤炭、礦山等高危行業(yè)，通過安全控制系統(tǒng)與保護系統(tǒng)的可靠工作，實現(xiàn)對危險的有效控制與防護。其總任務是建立我國功能安全保障體系，它包括兩個支柱：技術體系與組織體系；6個安全支撐要素：標準體系，法律法規(guī)，政策策略，產(chǎn)業(yè)化與創(chuàng)新，中介服務體系，合作。必須依靠完善的支撐環(huán)境，功能安全標準才能進入良性的運作狀態(tài)，安全才有保障。

　　六.SIS的解決方案與經(jīng)認證的產(chǎn)品：西門子Matthias Kismmer介紹，SIMATIC安全一體化技術作為SIS的解決方案，基于經(jīng)過認證的產(chǎn)品與系統(tǒng)。SMATIC故障安全系統(tǒng)既可作為獨立的安全系統(tǒng)使用，又可集成到SIMATIC PCS7中，實現(xiàn)一體化的過程安全控制。S7-400 F/FH是基于容錯技術達到SIL3要求的故障安全型控制器，其I/O卡件能診斷出內外部錯誤，并具有全部的內部冗余。此外，還有經(jīng)認證的組態(tài)軟件、PROFIsafe故障安全通信協(xié)議等產(chǎn)品和技術，特別是SIS中的PST（部分動作測試技術）可提高SIL級別。

　　艾默生的姚永斌介紹：Smart SIS是一個完整的安*方案，它以PlantWeb工廠管控網(wǎng)技術為基礎，設計了新的*邏輯單元，并對變送器和閥門控制也作了SIL3的安全系統(tǒng)認證，能方便地與主要基層過程控制系統(tǒng)（BPCS）集成。新的*邏輯控制器SLS1508既是控制器又是I/O卡件，這是全新的概念，經(jīng)認證達到SIL3。在控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障，控制終端約占52%，艾默生已有閥桿部分行程動作測試技術，可在控制室檢查閥門的問題，提高了安全性。以Smart SIS為核心的DeltaV SIS智能安全儀表系統(tǒng)，2005年經(jīng)T?V認證，已達到SIL3。

　　新加坡P+F公司大中國區(qū)技術與工程李邵清晰地介紹了功能安全的一些基本概念后說，P+F公司是遵循IEC61508生產(chǎn)安全柵等安全產(chǎn)品的。經(jīng)SIL等級認證的安全柵不是所有場合都適用，用戶選用安全柵時應注意其標明的兩個重要指標是否滿足需要：一是PFDavg，當安全柵用于緊急停車系統(tǒng)時的指標，二是PFH（每小時危險失效概率），安全柵用于連續(xù)控制回路時的指標。

防爆安全介紹

　　凡涉及爆炸性危險物質的儲存、運輸以及物料的生產(chǎn)、加工和處理的過程，通常都存在防爆安全問題。

　　一.防爆安全隱患及對策措施：SIPAI副所長、NEPSI站長徐建平在全面介紹防爆技術一些基本知識后說，防爆工程項目已無處不在，例如煤礦井下約有2/3的場所、石油開采和精煉現(xiàn)場約有60～80%的場所、化學工業(yè)中約有80%以上的生產(chǎn)車間屬于爆炸性危險場所；制藥工業(yè)不僅存在氣體爆炸的危險，后期的制片、制丸及烘干區(qū)還存在粉塵爆炸的危險。使用于危險場所的電氣設備（包括防爆儀表、電器、電機、燈具等）都必須采取特殊有效的預防措施來避免其成為危險的點燃源。就我們?yōu)槲ｋU化學品生產(chǎn)企業(yè)安全生產(chǎn)許可證實施的100多個檢查項目而言，約有80%的項目或裝置存在不同程度的防爆安全隱患，如工程項目沒有爆炸危險區(qū)域劃分圖；進口電氣設備未經(jīng)國內認證；部分集成設備或成套裝置不滿足電氣整體防爆要求；在爆炸危險區(qū)域內使用非防爆電氣設備（如電子鐘、路燈、鏟車、通風設施等）；一些本安設備沒有配置相應的安全柵；現(xiàn)場溫度（超過 -20℃～+40℃）、電源電壓（230/692V）等偏離防爆產(chǎn)品安全使用條件；管線穿墻、電纜引入存在嚴重問題等。建議采取的對策措施是：防爆安全總體要求必須在設計環(huán)節(jié)予以確立；認真做好采購設備驗貨工作；強化進口防爆電氣設備認證；全面推行工程項目驗收制度建立在用工程項目周期性監(jiān)督檢查機制，按經(jīng)驗，固定安裝式防爆電氣設備的檢查周期為3年，移動式防爆電氣設備的檢查周期為1年；建立和健全各級人員培訓考核制度，IEC Ex組織正在啟動對防爆專業(yè)人員的注冊認證，更證明了人對防爆安全的重要性。徐建平zui后指出，防爆安全不僅要著眼于工程項目某一階段的“電氣整體防爆”，更要關注防爆工程項目在其全生命周期內的系統(tǒng)性安全。

　　二.現(xiàn)場總線防爆方案的優(yōu)化：P+F公司亞太區(qū)產(chǎn)品市場部Andreas Agostin介紹，適用現(xiàn)場總線的防爆方法有：隔爆型（Exd），增安型（Exe），本質安全型（Exi），N型（Exn，于2區(qū)），澆封型（Exm）。為用戶考慮，現(xiàn)場總線防爆方案的優(yōu)化可考慮：采用大功率主干線，以使用更長的主干線和分支電纜，并連接更多的現(xiàn)場儀表，大功率主干線結構即便是用于本安儀表，也可采用冗余的配電系統(tǒng)，以獲得高可靠性；分支采用限能型防爆技術；現(xiàn)場儀表在0區(qū)與1區(qū)采用Exi，在2區(qū)采用ExnL技術；對于現(xiàn)場儀表的連接，現(xiàn)場總線安全柵能提供許多好處，如允許帶電操作現(xiàn)場儀表，即便是在故障時，而且允許連接所有形式的本安儀表（本安FISCO與Entity設備）。但要注意，根據(jù)有關標準和《上海市爆炸危險場所電氣安全技術規(guī)定》，只允許帶電插拔本安回路的現(xiàn)場設備（Exia，Exib），在2區(qū)，允許在*時帶電插拔ExnL設備。

　　三.N型現(xiàn)場總線模型（FNICO）：英國MTL儀器儀表公司中國有限公司上海辦事處華東區(qū)技術部董洪偉介紹，F(xiàn)NICO概念來源于FISCO，專門用于2區(qū)的現(xiàn)場總線設備與系統(tǒng)，是新型的防爆技術，在2區(qū)應用FNICO系統(tǒng)比其他方式可節(jié)約更多的投資，在上海賽科有90%以上的FF現(xiàn)場總線網(wǎng)段采用此方案。FNICO系統(tǒng)在簡化安全文檔和無需電纜計算方面與FISCO系統(tǒng)是一樣的，但設計要求不嚴格，可獲得更大電流，網(wǎng)段上可掛接更多設備，更容易選擇現(xiàn)場設備，現(xiàn)場接線的安裝規(guī)則比本安更簡單。

　　四.革命性的本質安全型電源概念：德國聯(lián)邦物理研究院（PTB）本安防爆總線及供電電源研究工作組負責人Udo Gerlach博士介紹，在多種防爆方法中，本質安全型與隔爆型應用zui廣。本質安全型防爆具有可帶電測量、調節(jié)與維修，連接方便，對外殼要求簡單，制造成本較低等優(yōu)點，主要缺點是非常低的有效輸出功率。如Exib IIC等級的輸出允許值為：6～30V，10～100mA，P<2W，因此增加有效功率對于應用本質安全型防爆的意義重大?，F(xiàn)在，已有兩種本質安全電源新概念：一是DART（動態(tài)火花的識別與消除）模型；二是PLS（模擬線性化）模型，這兩種模型均在電源、連接線及負載滿足系統(tǒng)*的前提下，極大地提高電源效率，拓展了本質安全防爆的應用范圍。如ExibIIC等級的輸出允許值，DART為50V、500mA、20W；PLS為25V、300mA、6W。這兩種模型均可與現(xiàn)存的總線系統(tǒng)（如FISCO模型）結合使用，如果優(yōu)化這一新模型的物理層定義，則新模型的優(yōu)勢將更加明顯。

　　五.爆炸性危險環(huán)境中的電氣設備安裝標準正在修訂：瑞士Thuba公司、瑞士國家防爆標準化委員會主席Peter Thurnherr介紹：IEC 60079-14“爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第14部分危險場所電氣安裝（煤礦除外）”和IEC61241-14“可燃性粉塵環(huán)境用電氣設備第14部分選型和安裝”是目前爆炸性環(huán)境用電氣設備正確選擇和安裝的相關標準。但隨著科技的發(fā)展與工業(yè)安全生產(chǎn)的需要，IEC 60079-14正在修訂，預計于2007年完成。修訂后的該標準將引用一些新標準及防爆技術，如以前，不同區(qū)域要求不同的防爆方法，這主要取決于爆炸性環(huán)境存在的時間長短；現(xiàn)在，按IEC60079-26標準危險區(qū)域也可根據(jù)設備保護等級（EPL）進行劃分，這有助于設計、安裝人員選擇合適的設備。又如IEC60079-28光輻射防爆標準將于今年5月出版，有關光輻射的防爆技術在修訂IEC60079-14時，也將予以引用。

　　六.電纜引入裝置對工程項目整體防爆的作用：德國R.STAHL公司產(chǎn)品和市場總監(jiān)Thorsten Arnhold博士（IECTC31和CENELEC的重要成員）介紹，在危險區(qū)域的布線方法主要有鋼管布線，直接電纜進線，間接電纜進線。這些方法任何一種都不具備優(yōu)勢，所以這種情況在未來幾年也不太可能變化。2000年以來，R.STAHL公司應特定客戶要求，進行了72次系列的電纜引爆試驗，有13次未通過，18%的失敗率是很高的。用于2區(qū)zui主要的防爆型式是N型。其中限制呼吸型ExnR的主要原理是箱體要擰緊，阻止外部的氣體、水汽、霧氣等進入，這樣內部的易爆氣體濃度在任何時候都低于爆炸臨界點，這時電纜密封接頭被視為是箱體整體的一部分，必須滿足同箱體一樣的防爆技術要求。對于常見的用于鎧裝電纜的密封頭，應注意內密封圈必須達到塵密、氣密要求。電纜接頭與裝置接口的密封非常重要，電纜接頭的正確選型取決于設備的防爆型式，也取決于設備的內部容積，由于用于危險區(qū)域的電纜沒有固定標準，因此在許多情況下電纜密封接頭可能被用錯了。電氣接線是否安全，電纜廠商、防爆設備制造商、設計院與zui終用戶的緊密合作勢在必行。

　　七.IEC非電氣設備防爆標準正在制訂中：瑞士國家防爆標準化委員會主席Peter Thurnherr介紹，過去*都只考慮電氣設備防爆，對非電氣設備防爆沒有考慮，如蒸汽管道的熱表面、絕緣熱、甚至機械火花都被忽略，靜電火花也只有在極特殊的情況下才會考慮。歐洲指令94/9/EC*次提出對所有點燃源進行分析：包括熱表面，焰以及熱氣體，機械火花，靜電，光，電磁波，光輻射，致電離輻射，超聲波，熱壓縮，流體沖擊波，放熱反應?？紤]所有點燃源的危險環(huán)境用非電氣設備標準EN13463系列標準已快速制定完成，現(xiàn)在，EN13463標準將轉換成IEC標準，從而在世界范圍內將統(tǒng)一電氣設備和非電氣設備的防爆要求。

　　八.日本防爆電氣設備的檢定現(xiàn)狀：日本產(chǎn)業(yè)安全技術協(xié)會（TIIS）防爆電氣實驗部部長永石治喜介紹，日本勞動省產(chǎn)業(yè)安全研究所是日本產(chǎn)業(yè)防爆電氣設備的檢定實施機構，TIIS被*為檢定代行機構。各國氣候不同對標準的要求也不同。與歐美相比，日本與亞洲許多國家日照時間長，高溫、高濕的環(huán)境多，因此日本標準比IEC標準某些方面的規(guī)定更嚴格。到目前為止，經(jīng)檢定，按日本標準防爆產(chǎn)品的合格數(shù)為51935件（占總數(shù)87.3%），按IEC對應標準檢定的合格數(shù)為756件（占12.7%），日本國內用的防爆產(chǎn)品采用日本標準，出口中國及其他國家的產(chǎn)品采用IEC標準。TIIS與中國NEPSI、煤炭工業(yè)上海電氣防爆檢定所已簽署了技術合作協(xié)定。歐美對能源的需求已達到頂點，所以今后以節(jié)能為主；而包括日本、中國、印度在內的亞洲，對能源的需求還在增長，因此防爆安全主要是亞洲的需求。

　　九.防爆儀表與系統(tǒng)：在這次會上，P+F公司介紹了現(xiàn)場總線隔離式安全柵。MTL公司介紹了總線電源調節(jié)器、接線器和浪涌保護器。西門子過程自動化系統(tǒng)Bernard Mysliwiec介紹，目前Profibus現(xiàn)場總線產(chǎn)品有：智能現(xiàn)場設備866種，過程儀表224種，接口設備75種，網(wǎng)絡設備394種，軟件包57種。西門子可提供用于爆炸危險區(qū)域的自動化系統(tǒng)SIMATIC產(chǎn)品豐富齊全，如帶有Profibus接口的分布式I/O ET200isp可用于具有氣體或粉塵有爆炸危險的區(qū)域，所連接的傳感器和執(zhí)行器可位于0區(qū)和20區(qū)中，現(xiàn)場儀表和過程控制系統(tǒng)之間的通信由本質安全的Profibus DP來完成。