一、SIS與DCS系統的核心定義與架構
（一）SIS系統（安全儀表系統） 定義：獨立于生產過程的安全保護系統，遵循IEC 61508/61511等功能安全標準，通過傳感器、邏輯控制器、執行元件三層架構，在異常工況下觸發安全動作（如緊急停機、切斷閥門），防止人員傷亡、設備損壞和環境災難。核心架構： ?感知層：獨立配置的安全級傳感器（如防爆型溫度開關、壓力變送器），支持冗余或“三取二”表決機制，確保關鍵參數采集的可靠性。 ?決策層：三重化/四重化冗余邏輯控制器（如TRICON、HIMA），內置預設安全邏輯（如聯鎖矩陣），運算周期納秒級，支持SIL2-SIL4等級認證。 ?執行層：故障安全型執行元件（如彈簧復位式切斷閥、快速放空閥），通過硬接線連接控制器，確保斷電/斷信號時自動執行安全狀態。
（二）DCS系統（分布式控制系統） 定義：基于計算機網絡的分布式自動化系統，通過分散的控制器、I/O模塊和人機界面（HMI），實現生產過程的實時監控、連續控制和優化管理，適用于化工、電力、冶金等領域的常規流程控制。核心架構： ?控制層：分布式控制器（如西門子PCS 7、橫河CENTUM），支持多回路PID控制、先進過程控制（APC），運算周期毫秒級，可在線修改控制策略。 ?采集層：高密度I/O模塊，兼容模擬量（4-20mA/1-5V）、數字量（脈沖/開關信號）和現場總線（Profibus/Modbus），采集全流程工藝參數（如流量、液位、成分）。 ?操作層：集成化HMI界面，提供趨勢曲線、報警管理、報表生成等功能，支持工程師站在線調試和操作員實時監控。
二、SIS與DCS系統的核心功能對比
（一）SIS系統：專注安全保護的“底線守護者”
1.數據采集：精準捕獲風險信號 ?聚焦關鍵安全參數：僅采集超溫、超壓、泄漏等閾值觸發的開關量信號（如“壓力＞1.5MPa”的數字信號），或通過獨立模擬量傳感器（如4-20mA溫度變送器）監測臨界值。 ?硬件冗余設計：關鍵參數采用獨立傳感器或“三取二”冗余配置，例如LNG儲罐的液位監測，SIS使用獨立超聲波液位開關，與DCS的雷達液位計物理分離。
2.邏輯運算：預設安全邏輯的“剛性執行” ?固定安全邏輯：基于HAZOP分析預設聯鎖矩陣，如“反應釜溫度＞200℃且攪拌器停機→切斷進料閥+啟動降溫噴淋”，邏輯不可在線修改，需通過SIL等級再認證。 ?失效安全機制：采用“故障安全型”設計，控制器默認輸出為“安全狀態”（如斷電時閥門關閉），避免因硬件故障導致漏動作。 3.安全控制：風險阻斷的“機械執行” ?獨立執行回路：通過硬接線直接驅動執行元件，例如緊急切斷閥同時接收DCS的調節信號（4-20mA）和SIS的關斷信號（24V DC），兩者通過獨立電磁閥線圈控制，SIS信號具有絕對優先級。 ?分級響應策略： ?一級預警：參數接近閾值時（如儲罐液位達85%），通過聲光報警提示操作員； ?二級干預：參數超標時（如液位達95%），自動啟動備用泵分流； ?三級切斷：災難性故障時（如管道爆裂），0.5秒內執行全廠緊急停車。
4.監測診斷：系統健康的“自校驗” ?實時自診斷：控制器內置Watchdog定時器，每秒校驗CPU、內存、通信狀態；傳感器支持斷線檢測、漂移報警，如壓力變送器信號超量程時自動標記為“無效”。 ?預測性維護：通過振動分析、油液監測等技術，提前預測執行機構磨損（如閥門開關次數統計、液壓油污染度檢測），生成維護工單。
（二）DCS系統：優化生產的“效率引擎” 5.數據采集：全流程工藝的“全息感知” ?覆蓋全量工藝參數：采集數百至數千個模擬量/數字量信號，如煉油廠常減壓裝置的塔底溫度（0.1℃精度）、蒸汽流量（0.5%誤差）、閥門開度（0.1%分辨率），支持趨勢分析和歷史數據存儲（存儲周期可達數年）。 ?智能預處理：通過數字濾波、信號補償（如溫度壓力補償流量計算）、數據插值等算法，提升數據可用性，例如對波動的液位信號進行滑動平均處理。
6.邏輯運算：靈活可調的“智能大腦” ?動態控制策略：支持PID控制、串級控制、前饋控制等算法，例如火電廠鍋爐的“燃料量-氧量-爐膛負壓”三變量協調控制，通過實時優化燃料/空氣配比降低碳排放。 ?先進控制技術：集成模型預測控制（MPC）、模糊控制等算法，在化工反應釜中根據原料特性動態調整反應溫度曲線，提升產品收率。
7.過程控制：連續生產的“精準調節” ?閉環控制主導：通過調節閥、變頻器等執行機構實現連續調節，例如污水處理廠的曝氣量控制，根據水質在線分析結果（如DO、pH值）自動調整風機轉速，確保出水達標。 ?順序控制協同：支持復雜工藝的順序邏輯，如化工裝置的“開車-運行-停車”自動流程，按預設時序啟動泵、閥門、儀表，避免人工操作失誤。
8.人機


審核編輯 黃宇