安全继电器在SIS中的应用详情

为什么需要 安全继电器 ？

安全继电器（Safety Relay）为安全回路中的重要元件，它对人身安全及生产安全有着极为重要的作用。

如果以下几种情况没有达到安全标准要求，造成的后果能否承担？

安全继电器在获得相关功能证书上会体现所能达到的SIL等级。但是在SIS系统中，不是所有部件都是SIL等级，所以对于应用于整个SIS系统来说，也是多种条件综合在一起的。

01 化工行业典型的风险降低保护层

在某个实际项目中，原料储罐压力超过上限，可能导致爆炸，按照如下风险矩阵表危害处于“中”阶段。在HAZOP分析和LOPA分析之后，将SIL等级定级为SIL2。在一般项目中，危害等级处于矩阵表中的“中”或者“低”位置是可以接受的，“高”和“极高”是不被接受的，通过降低频率等级，其中的方法之一就是增加SIS系统。

图中黄色部分为一个SIF（安全仪表功能），其控制系统就成为：SIS控制系统，需要验证其达到SRS要求的SIL等级。

02 SIF基本构成

该项目储罐压力安全回路包括：

• 检测部分：传感器，变送器，接口

• 控制部分：安全PLC GuardLogix

• 执行部分：执行机构、阀门、接口

（其中安全继电器也是重要的组成部分。）

03 SIL验证

根据相关公式，我们要计算PFD值来判定是否满足SIL2等级。公式如下：

PFD(系统)=PFD(输入)+PFD(逻辑)+PFD(输出) 或者 PFD(系统)=PFD(压力变送器)+PFD(安全栅)+PFD(输入模块)+PFD(安全PLC)+PFD(输出模块)+PFD(安全继电器)+PFD(电磁阀和切断阀)

重要概念：IEC61508和IEC61511都定义了硬件的结构约束的概念，用硬件故障裕度（HFT）来表征，指的是硬件功能单元在故障存在的情况下，持续完成所要求功能的能力。其代表了设备或子系统在构成SIF回路时，从硬件结构上对SIL的限制。

采用单通道子系统执行安全功能的E/E/PE安全相关系统中，执行整个安全功能所能达到的最高SIL等级，由具有最低SIL能力的设备决定。

采用多通道子系统执行安全功能的E/E/PE安全相关系统中，执行整个安全功能所能达到的最高SIL等级，为多个子系统归并合计而成，并同时考虑HFT，来对系统整体SIL进行叠加。

04 整套SIS系统的构成

在一个流程控制系统中，会存在多个SIF，从而构建成一整套SIS控制系统。

05 经验还是认证？

能否可把安全继电器换成普通继电器？

IEC 61508的SIL认证与经验使用（Prior Use）的关系：

经验使用，是IEC 61511的术语，指基于在以往的操作环境和应用场合的使用记录，评估表明该设备有足够低的危险失效率，适合用于安全仪表系统中。

根据IEC 61511的相关规定，经验使用需要有相应的证据能够证明这些部件和子系统适用于SIS，证据的适用性应该包括：

（1）制造商有完善的质量控制和管理体系

（2）该部件或子系统有适当的标识和技术说明

（3）有在类似的工艺操作状态和独立环境下的良好表现

这些内容需要整理并总结成文档，用作保管。另外，原则上来说，经验使用的评估不适用于SIL3的系统。

经验使用于用户认可的设备是什么：

就工程实践来说，在SIS工程设计中，会涉及到大量的仪表设备，包括逻辑控制器，检测开关，变送器，电磁阀，切断阀，以及继电器，信号分配器，安全栅，电源等等。

有些设备没有IEC 61508的认证，却有大量的现场使用先例和良好的口碑，但却缺乏数据的收集，整理和分析，无法形成选型基础。由此，IEC 61511指出：

现场设备与操作经验相关的信息，主要记录在用户认可的设备目录中，并且要适时对目录系统性地修改，将获取了足够操作经验的设备添加进来，将有积虑表明绩效不理想的设备从目录中删除。这就是用户认可的设备目录。

对于用户认可的设备目录，需要留有评估步骤，方法，标准，结论等形成有据可查的技术文件。

辰竹建议

由于国内的SIS系统目前处于概念启蒙和导入阶段，于国外相比，在管理体系上有着很大的差距。没有完善的经验与文档的积累。然而，在化工事故不断发生，且国家严格检查116号文的大背景下，建议客户使用带认证的安全继电器，以便在规范性上无漏洞可抓。特别地，虽然有经验使用的评估规定，但国外的项目大部分仍然继续在使用带认证的产品。

06 辰竹安全继电器

安全继电器为连接安全PLC的DO输出与现场执行机构，起到电气隔离和功率驱动的作用。