以過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）為代表的生產(chǎn)操作控制層，又稱為基礎(chǔ)自動(dòng)化層。它主要包括：分散控制系統(tǒng)/現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（DCS/FCS）、安全儀表系統(tǒng)（SIS）、火災(zāi)及氣體檢測(cè)系統(tǒng)（FGS）、儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)（MAS）、壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)（CCS）、大型機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（MMS）、設(shè)備包控制系統(tǒng)（PLC）、在線分析儀系統(tǒng)（PAS）、儀表設(shè)備管理系統(tǒng)（AMS）、操作員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（OTS）、過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（PCCS）（實(shí)施先進(jìn)控制APC和實(shí)時(shí)優(yōu)化RTO等）及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（RTDB）等系統(tǒng)，其核心是DCS/FCS系統(tǒng)。

安全儀表系統(tǒng)，Safety instrumentation System，簡(jiǎn)稱SIS；又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（Safety interlocking System）。主要為工廠控制系統(tǒng)中報(bào)警和聯(lián)鎖部分，對(duì)控制系統(tǒng)中檢測(cè)的結(jié)果實(shí)施報(bào)警動(dòng)作或調(diào)節(jié)或停機(jī)控制，是工廠企業(yè)自動(dòng)控制中的重要組成部分。

安全儀表系統(tǒng)SIS的發(fā)展

冗余機(jī)制的變化

安全保護(hù)系統(tǒng)從20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)，以氣動(dòng)和繼電元件為主。到70年代，由簡(jiǎn)單的繼電器系統(tǒng)發(fā)展為微處理器和可編程序調(diào)節(jié)器（PLC或PC），并且由單回路系統(tǒng)發(fā)展為冗余系統(tǒng)和容錯(cuò)系統(tǒng)。SIL3安全度等級(jí)是石油化工行業(yè)的最高安全等級(jí)。而最新等級(jí)的產(chǎn)品則符合SIL4的要求。從70年代開(kāi)始產(chǎn)生于航空領(lǐng)域的三重冗余多數(shù)表決機(jī)制（TMR, Triple Modular Redundancy）開(kāi)始用于安全系統(tǒng)。90年代，國(guó)外一些大公司推出三重化(TMR)、冗錯(cuò)功能的系統(tǒng)，如圖14所示。如美國(guó)Woodward公司的Micro Net TMR系統(tǒng)、Triconex公司的Tricon系統(tǒng)、Honeywell公司的FSC系統(tǒng)、英國(guó)ICS Triplex公司的Regent系統(tǒng)等。目前，三重冗余和兩重冗余兩分天下。近期又有CPU的四重冗余(QMR，2oo4D)技術(shù)和軟件冗余技術(shù)出現(xiàn)，如HIMA的H41q/H51q系統(tǒng)。容錯(cuò)機(jī)制是指一個(gè)和多個(gè)元件或部件出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)仍能繼續(xù)運(yùn)行的能力。容錯(cuò)系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)故障并排出故障的影響。新型SIS（如TRICON）可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所有部件和部分相關(guān)設(shè)備故障的容錯(cuò)特性。容錯(cuò)手段主要是冗余、自診斷和在線維護(hù)修理。

現(xiàn)在還有一個(gè)能靈活配置的理念。如HIMA公司的HIMax產(chǎn)品支持xMR架構(gòu)，即X=1，2，3，4，分別構(gòu)成無(wú)冗余，二重、三重、四重冗余。

經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，安全儀表系統(tǒng)SIS的系統(tǒng)故障比例是，傳感器為40%，控制器為10%，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為50%。因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性是關(guān)鍵。隨之產(chǎn)生了二重化電磁閥、切斷閥及在線部分行程試驗(yàn)（PST, Partial Stroke Test）系統(tǒng)。

霍尼韋爾推出一組安全儀系統(tǒng)運(yùn)行狀況和可靠性測(cè)量系統(tǒng)（SIS-Health Monitoring），幫助專業(yè)人員監(jiān)控安全儀表系統(tǒng)(SIS)的運(yùn)行狀況和可靠性。通過(guò)精確監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，減少對(duì)其進(jìn)行的不必要的維護(hù)，并能夠?qū)?dǎo)致安全事故和工廠意外停機(jī)的故障減至最少。SIS-Health Monitoring可支持更出色的工作實(shí)踐，從而能夠使安裝和運(yùn)營(yíng)成本減少20%~30%。報(bào)告顯示，有超過(guò)20%的工廠事故是由SIS維護(hù)和測(cè)試錯(cuò)誤導(dǎo)致的。很多情況下，由于無(wú)法精確監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，工廠會(huì)不斷地進(jìn)行SIS維護(hù)和測(cè)試。這種不必要的維護(hù)使人為錯(cuò)誤增多，從而導(dǎo)致更多的系統(tǒng)故障。此外，缺乏可靠性數(shù)據(jù)也會(huì)帶來(lái)不必要的SIS工程工作，從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。 霍尼韋爾的SIS-Health Monitoring是一套可通過(guò)自定義設(shè)置滿足特定工廠要求、條件和過(guò)程需求的工具箱，包含以下兩個(gè)模塊：健康監(jiān)控本地可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)(SIS-Health Monitoring Local Reliability Database)適用于任何SIS。SIS-Health Monitoring可根據(jù)站點(diǎn)儀表的故障行為確定可靠性和安全性能特征，例如趨勢(shì)和故障率等。健康監(jiān)控分析工具箱(SIS-Health Monitoring Analysis Toolset)可支持操作人員分析、驗(yàn)證和優(yōu)化SIF可靠性及其安全完整性水平(SIL)。

安全系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的集成

以前，工廠控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)往往分別設(shè)計(jì)、分別建設(shè)，主要原因是控制系統(tǒng)的可靠性不足以保證安全系統(tǒng)的可靠性。由于近10年來(lái)PLC和DCS技術(shù)的發(fā)展，其可靠性大幅度提高，成本降低，柔性增強(qiáng)。相反，安全系統(tǒng)仍然遵守一些陳舊的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，配線成本膨脹，檢驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，系統(tǒng)更新困難。因此，人們開(kāi)始對(duì)陳舊的安全系統(tǒng)提出了疑問(wèn)。

德國(guó)PROFIBUS協(xié)會(huì)（PNO）在1999年初，在PROFIBUS的基礎(chǔ)上，提出了PROFI  safe安全應(yīng)用接口標(biāo)準(zhǔn)，使安全系統(tǒng)與控制系統(tǒng)通信和集成成為可能。目前，已有包括石油化工在內(nèi)的3000多套系統(tǒng)應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）PROFIsafe 和PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)功能的系統(tǒng)可以共存、連接和通信；（2）大幅度降低電纜成本和設(shè)備成本；（3）設(shè)備診斷和狀態(tài)監(jiān)視變得簡(jiǎn)單；（4）減輕了維護(hù)人員和設(shè)計(jì)人員的技術(shù)負(fù)擔(dān)；（5）備品備件還可減少。由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也通過(guò)了SIL認(rèn)證，故安全系統(tǒng)也可和現(xiàn)場(chǎng)安全儀表產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)總線（HART、Foundation Field bus）、DCS產(chǎn)品、工廠儀表設(shè)備資產(chǎn)資源管理系統(tǒng)（PRM）集成，使用統(tǒng)一的人機(jī)界面和工作站，功能大大增強(qiáng)。

機(jī)組診斷與SIS的集成

分析壓縮機(jī)機(jī)組故障及其診斷的特點(diǎn)，引入模糊集合概念和模糊控制理論，將維修專家形成的故障現(xiàn)象模型與實(shí)際進(jìn)行比較，對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)定，建立壓縮機(jī)機(jī)組故障診斷模型，應(yīng)用于機(jī)組控制和診斷過(guò)程，能有效地減少人為因素影響，使得故障診斷準(zhǔn)確、快速。通過(guò)對(duì)故障診斷的分解，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的基本原理，選定典型故障現(xiàn)象和原因，分析其對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定其權(quán)重以及模糊關(guān)系矩陣。再經(jīng)過(guò)系統(tǒng)組態(tài)，將壓縮機(jī)診斷系統(tǒng)模塊集成到機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)。使壓縮機(jī)機(jī)組以最佳控制方案，并且在非滿負(fù)荷工況下，效率高，操作范圍寬，運(yùn)行安全，具有足夠的靈活性和可靠的防喘振保護(hù)性能。通過(guò)掌握工藝過(guò)程和壓縮機(jī)的操作性能，對(duì)壓縮機(jī)機(jī)組故障進(jìn)行分析和研究，進(jìn)行壓縮機(jī)機(jī)組的故障診斷，從而使壓縮機(jī)控制系統(tǒng)達(dá)到最佳化和最優(yōu)化。

構(gòu)成一體化的安全監(jiān)控系統(tǒng)

與模擬技術(shù)、仿真培訓(xùn)、專家系統(tǒng)、知識(shí)系統(tǒng)等整合、融合，組成完整的安全管理系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)制造商和服務(wù)商悄然興起

以北京康吉森安全工程公司和北京昊圖自動(dòng)化工程公司為代表，希望有能力在未來(lái)成為安全工程公司（Safety Engineering Company）。不僅是安全儀表系統(tǒng)的生產(chǎn)制造商、供貨商，而且在流程工業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、安全等級(jí)劃分、安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)等安全生命周期的各階段展開(kāi)工作，成為集安全產(chǎn)品、工廠一體化安全解決方案與安全咨詢?yōu)橐惑w的安全工程公司。主要工作方向是大型石化工業(yè)安全儀表系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化的研發(fā)；大型石化工業(yè)機(jī)組控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化的研發(fā)；組建安全評(píng)估咨詢團(tuán)隊(duì)，提供安全和可靠性評(píng)估報(bào)告；組建由安全認(rèn)證工程師組成的國(guó)際水平的工程師隊(duì)伍， 確保工程質(zhì)量；開(kāi)展國(guó)際交流，在中國(guó)推廣IEC61508和IEC61511標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用等。