安全回路的基本原理

什么是安全？

完整的安全指的是一个可以在需要的时候发挥作用的自动保护系统。更高的安全指的是人员、环境以及公司的业务都不容易受到损害，承受的风险也更低。

保护不仅是通过逻辑解算装置获得的，而且要依赖于包括过程感应器以及最终元件(马达控制器、遥控阀门)在内的整个环路。这种完整的环路可以感应到潜在的危险，并且能够采取必要的措施来降低这种危险。高度的完整性取决于各部分的正确运行。这条完整的环路可以称为安全仪表功能(SIF)。

任何自动保护系统都不能保证完美的完整性，但是有一点是很清楚的，那就是:危险程度越高，所需的安全完整性设计水平也应该越高。根据国际标准，这种完整程度被定义为“安全完整水平”(SIL)。国际标准中规定了四个等级的安全完整水平，四级表示最高的完整程度，一级表示最低的完整程度。对应着每一种安全完整水平，都规定了可以降低设计错误的设计规范。

管到管

整合程度越高，检查与测试的规则也越严格。对应着每一种安全完整水平，都有一个最大的硬件需求故障的可能性(PFD)。这种发生故障的可能性适用于整个的SIF现场设备与逻辑解算装置。

总体的硬件需求故障的可能性是结合了PFD传感器、PFD逻辑解算装置以及PFD最终元件而计算出来的。根据exida公司(一个安全咨询公司)的研究成果，平均而言，达到安全完整水平的逻辑解算装置对硬件需求故障可能性的影响小于10%，感应器的影响小于30%，而最终元件的影响超过了60%。

因此，人们现在对现场仪表的设计可以达到IEC61508的严格要求。这种设计方法可以使现场仪表获得更高的质量及完整程度，比如IEC 61508认证的逻辑解算装置。

可用性如何？

在许多工业领域中，如何避免操作过程的错误停止也是同样重要的。因此安全系统必须能够提供高度的安全完整性与可用性。

如果操作过程设计良好，是不会经常发生危险的。安全阀门在很长的时间之内都不会移动。阀门发生故障的形式包括阀座泄漏、粘合以及断裂。粘合和断裂都会阻止阀门移动到安全位置。这样的故障可以控制在某种安全整合水平上发生硬件需求故障的可能性。

为了提高安全性与可用性，必须对阀门进行定期检查。在定期检查中，可以对阀门进行全进程测试与泄漏测试。如果没有安装特殊的旁路阀门，在检查过程中必须将操作过程停止。这种测试的成本可能比较高。

部分进程测试(PST)是一种部分移动阀门然后进行测试的技术。通过使用压力与位置反馈传感器，这种技术可以探测到关于驱动器及阀门的许多故障。

Primary cause of safety applications failure

发生安全故障的主要原因

根据exida公司的研究结果，部分进程测试可以探测到50%到80%的危险故障，具体数值取决于阀门的类型及阀门的关闭要求。如果在遥控阀门上使用部分进程测试，可以极大地降低发生硬件需求故障的可能性，而且通过诊断预测故障的发生，从而降低错误停机的可能性。部分进程测试可以通过单独的部分进程测试装置启动，也可以通过设备管理软件等其他方式启动。

设备管理软件还有助于提高安全完整水平的安全性及可用性。可以使验证测试的成本更低，准确性更高。而且可以自动收集其他的诊断信息。验证测试记录会自动生成并且保存。其他数据可以通过数字通信的方式从现场设备中获得，从而获得安全系统以及DCS的设备管理软件所提供的所有优点。横河公司提供PRM作为设备管理方案。