[專題] 功能安全入門指南 9｜選擇SIS時需要考慮哪些因素？

約60%的故障在調試前內建於系統中，其中85%與工程相關。

安全儀表功能設計中的遺漏部分可能無法被發現，直到發生意外事件為止。這種可能性使得安全儀表系統的概念設計，變得特別具有挑戰性。

 

選擇合適的技術

概念設計包括選擇適當的技術（感測器、安全儀表系統和最終元件）。如今的技術含量已高得不能再高，因此弄清楚您的需求及其原因至關重要：

1. 採用什麼使它成為SIL3?
2. 需要什麼才能使其保持在SIL3?

還記得之前討論的證實測試間隔嗎？ 該技術或許可以較低的資本支出，但如果您必須每年測試以將其保持在SIL3，則營運支出成本顯著增加。乍看之下是一種經濟高效的選擇，其生命週期總支出(TOTEX)可能遠遠超出預期成本！

魔鬼總是隱藏在細節之中。物件可能擁有證書，並被認證為SIL3，但瞭解證書背後的原理非常重要。所有享有盛譽的SIS製造商均應隨系統提供安全手冊。如果您沒有閱讀其他內容，請閱讀本文檔，並熟悉您在購買什麼，您正在購買什麼，或者更重要的，您未購買什麼，系統中內建哪些功能（例如，診斷），以及您需要做什麼，業主/操作員將不得不這樣做。

僅指定安全完整性等級或要求失效概率，而不瞭解裝置在現實生活中的使用、應用、測試、運行和維護方式，這一點至關重要。

 

選擇現場裝置

選擇合適的現場裝置及其架構對於實現效能目標至關重要。在選擇技術時，您必須瞭解其故障率、驗證其是否已認證可用於所需的安全應用，並瞭解與其在安全應用中的使用方法有關的任何裝置限制。

正確應用當今的智慧技術，通過縮短干預的持續時間和頻率，可以顯著惠及操作人員。

 

選擇架構/表決/容錯

瞭解如何應用設計以滿足安全需求，特別是工廠正常運行時間/可用性目標範圍內的安全需求，至關重要。您可能擁有一個安全的工廠，但如果由於假跳車或故障而使60%的時間處於關閉狀態，那是不可接受的。此外，全球大多數重大事故發生在工廠開車或重新開車期間。

不僅需要考慮製程處於安全狀態，還需要考慮它是否是一個具有現場裝置和邏輯解決方案的經濟高效的架構，能夠承受某個元件在發生非需求故障時不會導致生產損失。

您還應考慮冗餘和容錯水準，以儘可能延長生產正常運行時間，避免虛假跳車，並簡化維護活動。不僅適用於現場儀表，而且適用於SIS系統。SIS的容錯性越強，其發生代價高昂的干擾或虛假跳車的可能性就越小。多投資一個高度容錯的SIS系統可獲得長期效益！小小的額外成本遠遠超過一小時的生產收入損失。

 

架構/表決選擇的考慮因素

架構/表決選擇的一些考慮因素包括：

• 選擇安全所需的容錯度
• 選擇工廠可用性的容錯程度
• 將所需的冗餘應用於現場裝置和邏輯控制器
• 識別可能擊敗冗餘架構的潛在共因故障

您需要確定任何可能破壞安全功能（即使您以冗餘方式應用此功能）的常見原因故障。例如，某一特定安全保護迴路的感測或起始事件之一，是現場的壓力傳送器。您可能決定使用兩個壓力傳送器，因此，如果其中一個傳送器出現故障或者沒有回應，您就不會使工廠跳車。但問題是，如果兩個傳送器都連線到同一脈衝線路管線上，那麼該管線中的堵塞可能會導致兩個傳送器都感覺不到危險。

這被稱為常見原因故障，並且有可能導致您的工廠出現錯誤的跳車，或者更糟地使安全功能完全失效。

 

證實測試和測試（Proof Tests & Testing）

必須根據設計期間所做的假設，仔細監控安全儀表系統的效能。由於安全完整性等級實質上是一種概率或確定性，表明在需要工作時，物件會起作用，因此，您需要考慮對這些裝置進行檢驗的頻次。這應該是初步風險評估SIL驗證的一部分，並在安全要求規範(SRS)中詳細說明。

許多工廠的定期維護每5-7年更換一次。但是，有些系統需要進行更多測試，才能在運轉週期之外達到安全完整性等級。

 

選擇SIS時的考量點

選擇SIS時，應考慮以下幾點：

• 證實測試 — 線上或在關機期間檢查頻率、完全功能測試或部分測試
• 診斷測試 — 檢查是否需要程式設計、頻率和檢測到的故障的響應時間

如何在不中斷運行的情況下進行這些測試？ 是否要執行完整測試或使用某些內部診斷，來報告系統完整性？ 檢查、監控、審計和報告系統完整性的程式和資源，可讓您證明安全系統在運行壽命的任何階段的適用性。

簡而言之，在沒有瞭解裝置在實際生活中的使用、應用、測試、運行和維護方式的情況下，僅指定安全完整性等級或要求失效概率是至關重要的。您必須非常具體，以確保您獲得特定資產所需的內容。

 

在下一篇專題文章中，我們將探討SIL1和SIL2安全儀表功能和平均故障時間(MTTFS)的實際示例。

---

關於作者

Kenny Chua是Triconex安全與關鍵業務的產品經理。

他擁有工商管理碩士(MBA)、電氣工程理學士學位(BSc)、專案管理專家(PMP)以及TÜV認證功能安全工程師(FS Eng)。

彼於製程安全行業擁有逾15年經驗，包括擔任專案工程、專案管理及產品管理等職務。