在石油化工及煤化工行业中，大多数生产装置的控制与安全保护采用的是BPCS基本过程控制系统（以下BPCS全部使用“DCS”代替）和Safety Instrumented System安全仪表系统（以下简称“SIS”）。有时，一个过程信号需同时应用于DCS和SIS系统中，某些设备也需要被这两个系统共同使用，比如切断阀。在这种情况下，DCS的顺序控制和SIS的联锁保护都需作用于同一台切断阀上，这意味着切断阀必须能够接受来自DCS和SIS两个系统的独立控制指令。

为了妥善处理这些信号关系，确保既符合DCS控制和SIS联锁的需求，又满足SIS系统的安全标准，必须采取有效的措施来降低控制功能与安全功能同时失效的风险。这通常涉及到精心设计的信号优先级、故障检测机制以及冗余配置等方面的技术手段，以保障系统的整体安全性与稳定性。

DCS系统是过程控制系统，是动态的。它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程进行动态控制，确保产品的质量和产量，用于日常生产控制运行，需要人工频繁地干预，执行生产功能、实时控制。

SIS系统是静态的，正常工况时，它始终监视生产装置的运行，系统输出不变，对生产过程不产生影响，非正常工况下时，它将按照预先的设计进行逻辑运算，进行联锁动作，保证人员和生产装置安全。一般情况下不需要人为干预。SIS系统要求严格、可靠。SIS系统比DCS系统在可靠性、可用性上要求更严格，所以SIS系统应独立于DCS系统，并独立完成安全仪表功能。

需要强调的是SIS系统独立设置原则：Safety Integrity Level。安全完整性等级（以下简称“SIL”）1级逻辑运算器宜与DCS分开，SIL2级逻辑运算器应与DCS分开，SIL3级逻辑运算器必须与DCS分开，即只有在SIL1和没有SIL等级要求的情况下，同时满足国家相关法令的条件，可以考虑控制、联锁功能在DCS系统中完成。

在确定控制方案前，必须确保该方案符合化工装置风险识别、危险与可操作性分析（HAZOP）、重大危险源辨识以及安全仪表功能评估报告等文件的要求。此外，还需遵循涉及“两重点一重大”（即重点监管的危险化学品、重点监管的危险工艺和重大危险源）装置的相关政策、规范及国家法律法规的要求。例如，根据安监总局40号令的规定，对于涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或二级重大危险源，必须配备独立的安全仪表系统（SIS），在这种情况下，则不应采用共用元件的方案。

DCS和SIS共用元件必须满足以下要求：

1）必须符合安全全生命周期的所有要求，必须有完善的确认、验证和记录。

2）DCS和SIS共用元件会引起操作模式的改变，由低要求模式变为连续模式，相关元件的维护规程和策略均应相应改变。

3）SIS和DCS共用元件（变送器、阀门）对Safety Instrumented Function，安全仪表功能（以下简称“SIF”）的要求都有影响。只有满足共用元件的要求时危险失效平均概率足够低，相关SIF经验证满足其安全完整性等级要求，符合安全生命周期的所有要求、充分考虑了DCS操作维护等对SIS的影响，以及按照功能安全标准要求编制相关检测及维护规程等前提条件后才能共用。如果BPCS和SIS共用元件，DCS为独立保护层，共用元件应该同时担负原来DCS和SIS各自独立的保护层职责。

3.1一个信号源分别送给DCS和SIS系统

在工程设计中，我们经常遇到需要将同一个过程参数的信号同时输入到SIS和DCS系统的情况。当安全级别要求较高时，建议分别安装2台变送器，各自配备独立的取源部件，信号分别接入SIS和DCS，以确保系统的独立性和可靠性。

然而，在安全要求相对较低且符合相关规范和国家法律法规的情况下，可以考虑使用单台变送器。此时，可以通过特定的连接方式，如图1所示,将信号同时传输至SIS和DCS系统。这种方式不仅简化了系统结构，而且减少了设备数量，同时也降低了成本，但前提是必须保证不会影响系统的整体安全性和功能性。 

图1 现场变送器供电和信号连接示意

一台现场变送器信号直接硬接线连接到SIS系统，变送器的供电由SIS提供。若是本安回路，可以通过安装在SIS系统机柜的一进两出的安全栅实现该信号分给DCS系统。若是一般隔爆回路，可以通过安装在SIS系统机柜的一进两出的隔离器将实现该信号分给DCS系统。输送给DCS的信号通过一进两出的安全栅或隔离器的出口硬接线连接实现，并没有涉及到SIS系统的I/O卡件。这个信号可以用于DCS信号显示、控制、联锁等用途。

规范规定：“当使用单独的SIS传感器时，通过适当的隔离器把信号转发给DCS是有好处的”^{，所以变送器应具有安全功能要求和自诊断功能，确保变送器的可靠和安全，以及SIS系统能在要求的时间内把过程置于某个安全状态。}

一台现场变送器信号直接硬接线连接到SIS系统，SIS系统通过通讯将该信号连接到DCS系统，这个信号用于DCS信号显示，不能用作控制、联锁等用途。

3.2控制阀门阀位开关信号的连接

SIS系统的被控对象输出的辅助信号可以连接到DCS系统。例如，SIS系统切断阀的阀位信号，如果不需要参与SIS的联锁逻辑，则可以直接接入DCS系统；若需要参与联锁，则应首先接入SIS系统。在某些情况下，即使阀位信号不参与联锁，也可以先接入SIS系统，再由SIS系统通过通信接口将信号传递给DCS系统。这样做的好处是，即便阀位信号仅用于操作员监控和报警，也不必经过复杂的信号路由，但如果阀位信号需要参与到联锁或其他关键安全功能中，直接接入SIS系统是必不可少的。至于调节阀的控制信号，则通常由DCS系统负责实现。

如图2所示，调节阀参加SIS联锁，调节阀需要设置阀位开关（不参加联锁的调节阀不需要设置阀位开关）。参加联锁的调节阀的阀位开关只设置联锁位置的阀位开关。切断阀和调节阀的阀位信号全部接入到DCS系统,这样做便于操作人员的观察。

图2 执行机构信号的连接示意

当SIS系统联锁一台机泵的启停动作，同时DCS系统的操作站也可以手动启停该机泵。有的操作是DCS通过通信的方式把动作命令传输给SIS，DCS命令通过硬接线传送到到SIS，参加SIS系统的逻辑运算。规范规定：“基本过程控制系统不应介入安全仪表系统的运行或逻辑运算”。

^{所以DCS与SIS之间是不能使用通信传输这类动作命令的，也不可以通过硬接线传送动作命令信号。}

解决方案：如果SIS的联锁回路的安全级别是≤SIL1或没有SIL等级，且符合本文上述的所有要求，可以把整个联锁逻辑全部移到DCS中完成，否则SIS联锁逻辑依然在SIS实现，DCS的启停命令直接输出到MCC去，不经过SIS实现，如图3所示，然后需要在电气的控制回路中增加一个DCS的停车接点。 

图3 控制系统与 MCC 的接线示意

当一台切断阀既参加SIS的联锁，又参加DCS的顺序控制，同样是共享设备的问题。“当DCS和SIS功能使用单一阀门的情况下，设计应保证SIS动作超迟DCS动作，一般可以通过把SIS直接连接到一个电磁阀上来达到这个要求，电磁阀可以直接断开执行器的动力源，例如在阀门定位器和执行器之间”。

解决方案：如果SIS的联锁回路的安全级别及所有安全要求满足要求,可以把整个联锁逻辑全部移到DCS中完成，这样联锁和顺序控制均在DCS中实现。

如果SIS的联锁回路的安全级别要求高，可以使用2台切断阀实现，1台作为SIS联锁用，1台作为DCS顺序控制用。这样做需要增加设备，也可以使用1台切断阀，配置2台电磁阀，1台电磁阀参加SIS联锁，另1台电磁阀参加DCS的顺序控制，这种方式要通过PDF计算以保证安全功能的要求，如图4所示。

图4 双电磁阀信号连接示意

当调节阀一方面要参加调解，另一方面需要参加联锁，同样是DCS和SIS两个系统共享一台设备的问题。如果安全级别要求比较高，联锁切断功能新设置一台切断来完成，但是当安全级别的要求不是很高的情况下，也可以在调节阀的气路上加装电磁阀，电磁阀的信号来自SIS系统，如图5所示。这种设置的安全要求比独立设置切断阀要低，比全部在DCS系统中实现调节和联锁要高，具体要求应当看联锁回路的安全功能SIL的要求，和国家有关法令法规的要求来确定。

图5 执行机构信号连接示意

在一条管线上，存在DCS的调节阀和SIS联锁用的切断阀，调节阀也参加SIS的联锁，当SIS的联锁触发时，切断阀动作，并要求DCS的调节阀同时动作到安全位置，指挥调节阀的阀门定位器输出到安全位置，不是通过在调节阀的气路上的电磁阀的动作完成，规范规定：“安全仪表系统不应介入或取代基本过程控制系统的工作”^[2]。按照这个规定，SIS系统是不能给DCS传输这个信号，在有些国外工艺包中，类似情况SIS是通过通信方式传输给DCS的。

解决方案：将切断阀的阀位回讯接入DCS系统，在DCS中检查切断阀的阀位回讯信号如果在安全位置，DCS调节器的输出也调整到安全位置，调节阀和切断阀的阀位回讯信号进行比对，不一致时进行报警。

在工程设计前期，完成SIF安全功能评价是非常重要的。每个联锁回路应有明确的SIL等级要求，这为工程设计提供了依据。然而，有些工程项目并未进行安全功能评价。在这种情况下，自动化控制人员和工艺人员需要进行充分沟通，明确联锁的重要性和一旦发生事故可能造成的危害程度，从而初步估算出一个SIL等级作为联锁回路设计的依据。

SIS和DCS系统共享设备是一个要求极为严格的过程。只有在所有前提条件均得到满足的情况下，方可实施。这包括但不限于确保系统符合安全完整性等级要求、遵守安全生命周期管理标准、合理配置信号连接以及制定相应的维护策略。通过严格的管理和技术措施，可以确保系统既满足安全要求，又能够高效运行。

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