安全控制系统是什么

安全控制系统是指提供高度可靠的安全保护手段的系统，能够最大限度地避免相关设备的不安全状态，防止恶性事故的发生或在事故发生后尽可能减少损失，保护生产设备和最重要的人身安全。

安全控制系统是指提供高度可靠的安全保护手段的系统，能够最大限度地避免相关设备的不安全状态，防止恶性事故的发生或在事故发生后尽可能减少损失，保护生产设备和最重要的人身安全。

安全控制系统在现代化工生产中得到广泛应用，其在工业生产中的作用越来越重要。

背景

化学工业具有高温、高压、易燃、易爆和生产连续性强的特点。它对安全生产有严格的要求，特别需要安全控制系统来保证安全、稳定、连续生产。即使出了问题，安全控制系统也能最大限度的保护人和设备。因此，安全控制系统在工业生产中的作用变得越来越重要。

根据相关数据，我国化工行业年平均千人死亡率在0以下。07 ‰，1999-2000年千人死亡率降至0。05 ‰.然而，我们面临的形势仍然非常严峻。化工生产中的不安全因素很多，这让我们有理由相信，如果不更加重视化工行业的安全生产，可能会出现建国以来的第三次事故高峰。

定义

所谓安全控制系统，是指能够提供高度可靠的安全防护手段，最大限度地避免相关设备的不安全状态，防止恶性事故的发生或在事故发生后尽可能减少损失，保护生产设备和最重要的人身安全的系统。

安全控制系统可以在生产装置的启动、关闭、过程干扰和正常维护操作期间为设备提供安全保护。一旦设备处于危险状态，安全控制系统可以立即响应并输出正确的信号，使设备处于安全状态或关闭。在化学工业中，安全控制系统通常被称为紧急停止系统或安全仪表系统。严格来说，ESD指的是SIS中的逻辑运算符，即控制系统硬件和相应的软件，而SIS还包括外围仪表传感器和最终执行器等。

发展历史

安全控制系统的开发过程主要取决于逻辑控制单元的开发过程。逻辑控制单元的发展经历了一个从简单到复杂，从低级到高级的过程，就像人类的本土化一样。从简单的继电器到固态电路逻辑系统再到以微处理器为核心的安全控制系统。

1863年继电器的出现，制造了世界上第一个以继电器为核心部件的安全控制系统，持续了100多年。直到1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台PDP-14 PLC，开创了工业控制中使用可编程手段的新时代。1975年，霍尼韦尔公司针对PLC在离散控制中存在的问题，首次推出第一代分布式控制系统(DCS)，即TDC-2000系统。从此，控制系统的发展方向分为两条线:PLC控制系统的发展历程；集散控制系统的开发过程。

可编程控制器控制系统的开发

根据PLC的容量、I/O点数和扫描速度，PLC的开发过程主要分为三个阶段。

第一阶段:PLC容量小，I/O点数少于120，扫描速度20 ~ 50 ms/kb。现阶段，PLC控制系统只有一些简单的逻辑运算、定时和计数功能。

第二阶段:PLC扩容，I /O点数达到512 ~ 1 024点，扫描速度5 ~ 6 ms/kb。此时的PLC控制系统不仅具有第一级PLC控制系统的功能，还增加了算术运算指令、比较指令、模拟量控制和梯形图编程语言。

第三阶段:随着集成电路规模的不断扩大，由16位和32位微处理器组成的PLC控制系统得到了极大的发展。此时PLC的容量很大，大型PLC控制系统I /O点达到4 000 ~ 8 000点，扫描速度为0。47 ms/kb。在第二阶段的基础上，增加了算术浮点运算指令、PLC调节功能指令、图形配置功能指令、网络、通信指令和顺序功能语言。

集散控制系统的开发

自1975年霍尼韦尔公司开发出第一套集散控制系统以来，随着人们对集散控制系统要求的不断提高，集散控制系统的发展经历了四代。

第一代:1975-1980年引进。此时，集散控制系统的设计主要集中在现场控制站。各公司开发的系统采用最先进的微处理器组成现场控制站。这一时期的集散控制系统在功能上非常接近仪表控制系统。

第二代:1980-1985年前后引进，引进局域网作为系统的骨干，开始摆脱仪表控制的影响，逐渐走向计算机系统。此时，集散控制系统的功能更加完善，实现了一些优化控制和生产管理。同时，人们可以在控制室了解更多关于生产现场和控制系统的信息。

第三代:以Foxboro公司1987年推出的I /A系列为标志。各厂商在配置上采用IEC 61131-3定义的五种配置语言，克服了第二代产品中的“自动化孤岛”现象，实现了不同厂商生产的产品之间的数据通信。

第四代:出现在90年代初。此时，集散控制系统的特点是管控一体化，可以很好地解决集散控制系统的集中管理和信息管理及通信。

相关国际标准

2000年5月，国际电工委员会(IEC)正式发布了IEC-61508标准，命名为“电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全”。本标准由七部分组成，涉及1000多种规格。本标准对起安全作用的电气/电子/可编程电子系统(E/E/PE)提出了基本合理的技术方案，并建立了相应的评估方法，综合考虑了传感器、通信系统、控制装置、执行器等安全系统的组成要素组合。

根据该标准，安全控制系统的最终设计目标可以概括为:在生产过程中发生危险事故或系统本身发生故障时，系统可以做出及时正确的响应并输出到现场，以防止危险的发生或减少已经发生的危险造成的后果。按照这个原则，IEC-61508规定了一个重要的可量化的要求:安全完整性等级(SIL)，它是指安全控制系统在一定的时间内，在所有条件不变的情况下，达到所要求的安全功能的指标。SIL分为四个等级:SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。等级越高，相应的要求也越高。

2003年1月，在IEC-61508的基础上，IEC发布了IEC-61511《过程工业部仪表安全系统的功能安全》。这是过程工业安全控制系统的安全功能标准。IEC-61511规定了控制器单元设计和使用过程中应采用的基本原则，安全控制系统的传感器和最终执行器应满足的最低标准，并提出了满足最低标准的安全生命周期活动的方法。也就是说，它规范了过程工业领域安全控制系统的设计、安装、调试、运行和维护等一系列要求，并对整体安全水平的应用和确定提供指导。

除了以上两个标准，其他主要的国际安全标准还有:美国国家标准ANSI/ISA-S84.01，德国国家标准DIN-19250关于测控设备安全，IEC-62061关于机械设备。目前，权威的国际安全标准认证组织包括德国的电视组织、欧洲的BGIA认证、美国的EXIDA组织和FactoryMutual组织。

设计原理

安全控制系统应遵循以下设计原则。

独立设置原则

安全控制系统应独立于过程控制系统，以降低控制功能和安全功能同时失效的概率，使安全控制系统能够独立完成自动保护和联锁的安全功能，而不依附于过程控制系统。

设计时，必须考虑配置相应的通信接口，使过程控制系统也能监控安全控制系统的运行状态。

原则上，需要独立设置的组件包括检测元件、执行器、逻辑操作器、安全控制系统以及与过程控制系统或其他设备的通信组件。

对于复杂设备的安全控制系统，适合分解成几个子系统，每个子系统相对独立，分别配备后备手动功能。

结构选择原则

安全控制系统应采用容错系统。当一个或多个组件出现故障时，系统仍有能力继续运行。对于基于逻辑算子的容错系统，一般采用冗余结构，可参考以下方法:

1.相互关系的参数可以采用不同的测量方法(如压力和温度)；

2.对同一变量采用不同的测量技术(如涡街流量计、电磁流量计)；

3.冗余结构的每个通道采用不同类型的可编程电子系统；

4.不同的地址可用于冗余通信结构。

技术选择原则

安全控制系统可以采用电气、电子或可编程电子(E/E/PE)技术，也可以采用上述技术混合的方案。

对于继电器，需要注意以下情况:(1)高负荷周期性频繁改变状态；用作计时器或锁定功能；复杂逻辑应用。此时可以考虑固态继电器，但应妥善处理故障安全模式。

另外需要注意的是，安全控制系统一般不推荐固态逻辑，即内部逻辑元件(AND、or、not等。)直接相连获得逻辑功能，但这些功能一般在故障安全方面受到限制。

故障安全原则

安全控制系统必须是自动防故障的。所谓的故障保险，是指当系统正常时，即电气状态时，检测元件和最终执行器应被激励；如果系统出现故障，应该是非励磁的。这也叫无励磁停机设计。

中间环节原理

作为一个高效的系统，安全控制系统中的中间环节越少越好。应尽可能采用最直接的测量和最可靠的执行方式，避免复杂不必要的设计和过多的电-气、气-电转换环节。此外，在操作过程中应考虑最少或不需要人员干预和选择环节。

贡献

如今，我国大力倡导节能减排和安全生产的理念。至于安全控制系统，它结合了先进的自动控制技术、故障诊断技术和软件技术，具有可靠性高、操作简单、维护方便的特点，真正为工厂的安全生产提供了保障，进一步推动了节能减排的进步，为社会的和谐发展做出了贡献。