以過程控制系統(tǒng)（PCS）為代表的生產(chǎn)操作控制層，又稱為基礎(chǔ)自動化
層。它主要包括：分散控制系統(tǒng)/現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（DCS/FCS）、安全
儀表系統(tǒng)（SIS）、火災(zāi)及氣體檢測系統(tǒng)（FGS）、儲運自動化系統(tǒng)
（MAS）、壓縮機組控制系統(tǒng)（CCS）、大型機組狀態(tài)監(jiān)測系統(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）、過程控制計算機系統(tǒng)（PCCS
）（實施先進(jìn)控制APC和實時優(yōu)化RTO等）及實時數(shù)據(jù)庫（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
報警和聯(lián)鎖部分，對控制系統(tǒng)中檢測的結(jié)果實施報警動作或調(diào)節(jié)或停機
控制，是工廠企業(yè)自動控制中的重要組成部分。
安全儀表系統(tǒng)SIS的發(fā)展
冗余機制的變化
安全保護(hù)系統(tǒng)從20世紀(jì)60年代開發(fā)，以氣動和繼電元件為主。到70年代
，由簡單的繼電器系統(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)和容錯系統(tǒng)。SIL3安全度等級是石
油化工行業(yè)的最高安全等級。而最新等級的產(chǎn)品則符合SIL4的要求。從
70年代開始產(chǎn)生于航空領(lǐng)域的三重冗余多數(shù)表決機制（TMR, Triple
Modular Redundancy）開始用于安全系統(tǒng)。90年代，國外一些大公司推
出三重化(TMR)、冗錯功能的系統(tǒng)，如圖14所示。如美國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)。容錯機制是指一個和多個元件
或部件出現(xiàn)故障時系統(tǒng)仍能繼續(xù)運行的能力。容錯系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)故障并排
出故障的影響。新型SIS（如TRICON）可以實現(xiàn)系統(tǒng)所有部件和部分相
關(guān)設(shè)備故障的容錯特性。容錯手段主要是冗余、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)成無冗余，二重、三重、四重冗余。
經(jīng)驗統(tǒng)計，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)行機構(gòu)為50%。因此執(zhí)行機構(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（PST, Partial Stroke Test
）系統(tǒng)。
霍尼韋爾推出一組安全儀系統(tǒng)運行狀況和可靠性測量系統(tǒng)（SIS-Health
Monitoring），幫助專業(yè)人員監(jiān)控安全儀表系統(tǒng)(SIS)的運行狀況和可
靠性。通過精確監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，減少對其進(jìn)行的不必要的維護(hù)，并能夠
將導(dǎo)致安全事故和工廠意外停機的故障減至最少。SIS-Health
Monitoring可支持更出色的工作實踐，從而能夠使安裝和運營成本減少
20%~30%。報告顯示，有超過20%的工廠事故是由SIS維護(hù)和測試錯誤導(dǎo)
致的。很多情況下，由于無法精確監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，工廠會不斷地進(jìn)行
SIS維護(hù)和測試。這種不必要的維護(hù)使人為錯誤增多，從而導(dǎo)致更多的
系統(tǒng)故障。此外，缺乏可靠性數(shù)據(jù)也會帶來不必要的SIS工程工作，從
而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。 霍尼韋爾的SIS-Health Monitoring是一套可通過自
定義設(shè)置滿足特定工廠要求、條件和過程需求的工具箱，包含以下兩個
模塊：健康監(jiān)控本地可靠性數(shù)據(jù)庫(SIS-Health Monitoring Local
Reliability Database)適用于任何SIS。SIS-Health Monitoring可根
據(jù)站點儀表的故障行為確定可靠性和安全性能特征，例如趨勢和故障率
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、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。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，檢驗時間過
長，系統(tǒng)更新困難。因此，人們開始對陳舊的安全系統(tǒng)提出了疑問。
德國PROFIBUS協(xié)會（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
簡單；（4）減輕了維護(hù)人員和設(shè)計人員的技術(shù)負(fù)擔(dān)；（5）備品備件還
可減少。由于現(xiàn)場總線技術(shù)也通過了SIL認(rèn)證，故安全系統(tǒng)也可和現(xiàn)場
安全儀表產(chǎn)品、現(xiàn)場總線（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)一的人機界面
和工作站，功能大大增強。
