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安全儀表系統(tǒng)的功能安全測試研究

文檔作者：方來華1 昊宗之1 魏利軍1 康榮學(xué)1 陳杰2 文檔來源： 1．中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 2．北京科技大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月13日
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綜述與評論
化工自動(dòng)化及儀表，2010，37(3)：1—6
Control and Instruments in Chemical Industry
安全儀表系統(tǒng)的功能安全測試研究
方來華1，昊宗之1，魏利軍1，康榮學(xué)1，陳杰2
(1．中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京100029；2．北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083)
摘要： 闡述了安全儀表系統(tǒng)投入運(yùn)行前與運(yùn)行后進(jìn)行的測試內(nèi)容和要求，給出安全儀表功能(SIF)各組成
部分的離線測試和在線測試的內(nèi)容和指導(dǎo)原則，對實(shí)施離線測試和在線測試的流程、測試要求及方法等方面進(jìn)行
了詳細(xì)的分析和討論。所提出的系統(tǒng)和各部件的測試內(nèi)容、測試要求以及測試流程和技術(shù)方法等為規(guī)劃和管理
安全儀表系統(tǒng)SIF整體安全生命周期的功能安全測試與驗(yàn)證提供有力的指導(dǎo)，也為安全儀表系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、
開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)等各階段活動(dòng)提供參考。
關(guān)鍵詞： 安全儀表功能；工廠驗(yàn)收測試；離線測試；在線測試；測試流程
中圖分類號：TQ086文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000—3932(2010)03-0001-06
1引言
安全儀表系統(tǒng)(SIS)在石油、化工等流程工業(yè)領(lǐng)
域中的應(yīng)用越來越多?。人們對SIS的依賴性逐漸
增強(qiáng)，同時(shí)，系統(tǒng)安全功能失效導(dǎo)致的危險(xiǎn)也在增
加。安全儀表系統(tǒng)作為保障生產(chǎn)安全的重要措施，
需要在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)正確地執(zhí)行其安全功能．z-，系統(tǒng)
投入運(yùn)行前和運(yùn)行后嚴(yán)格而有效的測試驗(yàn)證是維持
所需安全完整性等級(SIL)和保證系統(tǒng)功能安全的
關(guān)鍵。雖然1EC61511對安全儀表系統(tǒng)的分析、設(shè)
計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行和維護(hù)給出了相關(guān)的指導(dǎo)原則，但對
于安傘儀表系統(tǒng)如何進(jìn)行合理、有效的測試，尤其對
安全儀表功能(SIF)器件及系統(tǒng)測試的要求、測試
方法和測試流程等各方面并沒有進(jìn)行詳細(xì)闡述。
目前，我國在安全儀表系統(tǒng)測試驗(yàn)證的要求、技
術(shù)方法與測試流程等方面的專項(xiàng)研究剛開始，現(xiàn)有工
程卜的安全儀表系統(tǒng)的測試驗(yàn)證基本上采取常規(guī)過
程控制系統(tǒng)的測試方法進(jìn)行，缺乏針對SIS的具體測
試技術(shù)方法、流程和規(guī)范的指導(dǎo)，測試的要求也不明
確，無法滿足SIS的測試要求和整體安全牛命周期的
功能安全管理要求。因此，研究安全儀表系統(tǒng)投入運(yùn)
行前和運(yùn)行后各階段SIF的各部件及系統(tǒng)的具體測
試要求、測試技術(shù)方法和測試流程來保證SIS的功能
和性能具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
筆者闡述了安全儀表系統(tǒng)投入運(yùn)行前與運(yùn)行后
進(jìn)行的測試內(nèi)容和要求，給出SIF各組成部分的離
線測試和在線測試的內(nèi)容和指導(dǎo)原則，對實(shí)施離線
測試和在線測試的流程、測試要求及方法等方面進(jìn)
行了詳細(xì)的分析和討論。所提出的系統(tǒng)和部件的測
試方法、流程和測試要求等內(nèi)容可為規(guī)劃和管理安
全儀表系統(tǒng)SIF整體生命周期的測試驗(yàn)證提供有力
的指導(dǎo)，也為安全儀表系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)行
和維護(hù)等各階段活動(dòng)提供參考。
2 SIS投入運(yùn)行前的測試及要求
在SIS安裝到企業(yè)現(xiàn)場前需要對邏輯演算器和
相關(guān)軟件一起進(jìn)行測試，這種測試稱為工廠驗(yàn)收測試
(FAT)，有時(shí)也稱為集成測試，目的是確保邏輯演算
器及相關(guān)軟件滿足安傘要求規(guī)范中定義的要求。?，
FAT測試叮以較容易地將錯(cuò)誤盡早地辨識出來進(jìn)行
校正。進(jìn)行FAT測試前，需要編制計(jì)劃確定實(shí)施測試
的類型、測試用例、測試描述和測試數(shù)據(jù)、與其他系統(tǒng)
或接口的獨(dú)立性、測試環(huán)境和工具、邏輯演算器配置、
判斷測試完成的測試準(zhǔn)則、測試失敗時(shí)的校正流程、
測試人員的資格、測試的地點(diǎn)這幾部分。其中，測試
的類型包括黑盒系統(tǒng)功能性測試(把系統(tǒng)視為一個(gè)
“黑盒”的測試設(shè)計(jì)方法，從而無需使用系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
知識，有時(shí)又稱為行為測試、功能性測試、密封盒測
試)、性能測試(定時(shí)、町靠性、可卅眭、完整性、安全目
標(biāo)和約束)、環(huán)境測試(EMC、壽命和應(yīng)力測試)、接口
測試、在各種降級和／或故障模式下的測試、異常狀態(tài)
下的測試、SIS維護(hù)和操作手冊的應(yīng)用。對于每一個(gè)
測試，應(yīng)包含所使用測試計(jì)劃的版本、項(xiàng)目測試的說
明、測試活動(dòng)的R志、使用的工具、設(shè)備和接口等內(nèi)
容。工廠驗(yàn)收測試應(yīng)該進(jìn)行建檔，它是整個(gè)安全系統(tǒng)
文檔的一部分，根據(jù)IEC61511．1要求，應(yīng)包含測試?yán)?
子、測試結(jié)果、目標(biāo)和測試標(biāo)準(zhǔn)是否滿足等內(nèi)容。如
果測試過程中出現(xiàn)失敗，則應(yīng)把失敗原因?qū)懭胛臋n，
并進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。
收稿日期：2009-10-26
基金項(xiàng)目：“十一五”國家科技支撐項(xiàng)日(2007BAl(22∞204。
2008BAK40802)；國際科技合作項(xiàng)日(2009DFA71840)
萬方數(shù)據(jù)
·2- 化工自動(dòng)化及儀表第37卷
在安全儀表系統(tǒng)的SIF正式投入使用前，需要
對SIF的部件進(jìn)行校準(zhǔn)測試和性能確認(rèn)。校準(zhǔn)測試
設(shè)備應(yīng)出于認(rèn)叮的標(biāo)準(zhǔn)性能組織，用于對傳感器、控
制器劍終端輸出設(shè)備整個(gè)回路進(jìn)行滿量程的至少三
點(diǎn)校準(zhǔn)(5％、50％和95％)，以防止標(biāo)定錯(cuò)誤。對閥
門也應(yīng)該進(jìn)行校準(zhǔn)測試，以校驗(yàn)其行程的全開和全
閉位置。
SIF中每種類型的部件都應(yīng)有校準(zhǔn)程序。一般
來說，應(yīng)該使用部件制造商推薦的校準(zhǔn)程序。在有
額外要求(如傳感器或閥門的響應(yīng)時(shí)間)以滿足SIF
的特殊功能時(shí)，在校準(zhǔn)過程中這些都應(yīng)該進(jìn)行測試。
SIF元件校核的程序應(yīng)驗(yàn)證新近校驗(yàn)的現(xiàn)場傳感器
與過程的實(shí)際讀數(shù)是合理一致的。表1給出了校驗(yàn)
任務(wù)的指導(dǎo)方針及校驗(yàn)SIF部件的資源。
表1 SIF部件的校驗(yàn)工作過程
校驗(yàn)的沒備校驗(yàn)任務(wù)及資源
大部分的
SIF部件
受過訓(xùn)練的人員利用對象流程或必要
的綮礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性的元件校
驗(yàn)；
校驗(yàn)流程和／或適用于每個(gè)SIF器件的
逐步校驗(yàn)指南供應(yīng)商技術(shù)數(shù)據(jù)。
在特定維護(hù)人熟練人員使用制造商逐步校驗(yàn)指南來
員¨|l練l|l未涉枚驗(yàn)小屬于常規(guī)維護(hù)人員所能勝任的
及的安全測量設(shè)備。
過程分析器葬揣燃慧耄嫠筍指南
3 SlS投入運(yùn)行后的測試
是否應(yīng)將SIF作為一個(gè)集成系統(tǒng)進(jìn)行測試或?qū)?
SIF的不同部分在不同的時(shí)間進(jìn)行測試有不同意
見。很多標(biāo)準(zhǔn)中并未要求SIF所有測試必須同時(shí)進(jìn)
行。在引入危險(xiǎn)物質(zhì)前，作為預(yù)啟動(dòng)驗(yàn)收測試的集
成測試必須進(jìn)行以確保SIF可實(shí)現(xiàn)安全要求規(guī)范中
所規(guī)定的功能。這些朱檢測到失效的測試是逐步進(jìn)
行還是整體集成進(jìn)行功能測試并不鶯要，霞要的是
失效能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行了校正Hj。通常，根據(jù)
SIF的完整件要求安排測試。SIS的不同部分可能
要求不同的測試頻率，校驗(yàn)測試的頻率與平均失效
概率(PFDavg)計(jì)算時(shí)所使用的測試頻率一樣。
用于發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致SIF失效最主要的手段是離
線功能測試，它是在被保護(hù)的過程不處于：【作狀態(tài)
下進(jìn)行的，可以驗(yàn)證所有的SIF性能。由于有很多
過程的作業(yè)周期大于為保障安全完整性要求所進(jìn)行
的測試周期，而離線測試必須停產(chǎn)，流程工業(yè)中系統(tǒng)
停車的成本較高，啟動(dòng)生產(chǎn)和停產(chǎn)的過程通常又是
過程生命周期中危險(xiǎn)性最高的階段。因此，能在過
程運(yùn)行的情況下，具備執(zhí)行在線測試的能力是必需
的。無論測試是離線還是在線進(jìn)行，都需有一定的
方法，在一定的要求下來實(shí)施以確保能以較高的概
率檢測出可能發(fā)生的故障。
每個(gè)SIF都應(yīng)該有具體的書面測試流程，內(nèi)容
包括：SIF包含的安全功能列表；每個(gè)安全功能的設(shè)
備描述及位置；每個(gè)安全功能的功能邏輯；檢查程
序；校核和測試方法；校核、測試、檢查及維護(hù)活動(dòng)的
頻率；指定可接受的性能限值(若無指定限值，為量
程±2％偏差)；若需要的話，指定測試順序；指定應(yīng)
該進(jìn)行測試的人員；指出進(jìn)行測試時(shí)的過程狀態(tài)；如
果SIF邏輯映射在BPCS中，測試應(yīng)該顯示SIF驅(qū)動(dòng)
的終端控制設(shè)備；在測試完成后驗(yàn)證S1F的操作狀
態(tài)；內(nèi)部和外部診斷測試；核對附屬服務(wù)元件是工作
狀態(tài)的；定義一種方法，保證測試能夠進(jìn)行并有記
錄。所有的測試程序都應(yīng)包含測試的系統(tǒng)，在流程
中每一頁中都有頁碼及修改的日期。在測試流程中
應(yīng)制定維護(hù)每一個(gè)流程的負(fù)責(zé)人。
4安全儀表系統(tǒng)的離線測試
離線測試町對SIS中的每個(gè)SIF(包括應(yīng)用軟
件、硬件設(shè)備及用于在線測試的相關(guān)邏輯設(shè)備)進(jìn)
行完整的測試。要將每個(gè)SIF及其相關(guān)輸入、輸出
及邏輯都辨識出來進(jìn)行校驗(yàn)，制定的測試程序要明
確每個(gè)SIF是如何進(jìn)行驗(yàn)證的。實(shí)現(xiàn)測試所必需的
所有裝備(包括具備追蹤功能的校準(zhǔn)設(shè)備等)都應(yīng)
進(jìn)行標(biāo)識和校驗(yàn)。SIS的全面功能測試包含所有的
SIF各部分及其動(dòng)態(tài)性能，如熱電偶、變送器、輸入
周期時(shí)間、邏輯周期時(shí)間、輸出信號周期時(shí)間以及所
有必需的終端控制單元，以確保滿足性能指標(biāo)一1。
確定離線測試如何進(jìn)行是非常關(guān)鍵的，下面給
出SIF部件進(jìn)行離線測試的測試內(nèi)容、方法和流程。
4．1 SIF部件離線測試內(nèi)容
驗(yàn)證對象為傳感器，測試內(nèi)容包括檢測部分、開
關(guān)或變送器、布線和邏輯演算器輸入模塊等；驗(yàn)證對
象為邏輯演算器，測試內(nèi)容包括與每個(gè)輸入設(shè)備相關(guān)
的軟件和硬件、集成輸入、跳變(trip)設(shè)定點(diǎn)、運(yùn)行順
序、診斷和計(jì)算等；驗(yàn)證對象為最終控制單元，測試內(nèi)
容包括邏輯演算器輸出模塊、布線、執(zhí)行設(shè)備(如繼電
器)和影響過程運(yùn)行的最終控制部分；驗(yàn)證對象為單
個(gè)SIF和整體系統(tǒng)的功能，測試內(nèi)容包括安全參數(shù)在
某個(gè)指定時(shí)間內(nèi)必須動(dòng)作的響應(yīng)速度、將SIF輸出帶
入安全狀態(tài)的手動(dòng)停止功能、用戶實(shí)施的診斷、測試
后的SIF可操作性。如果SIF元件經(jīng)過維修或被替
換、替代過，那么校驗(yàn)和測試有所不同。對于現(xiàn)場設(shè)
備(如變送器、繼電器、開關(guān)、閥門等)要進(jìn)行校準(zhǔn)，驗(yàn)
證開關(guān)設(shè)定和閥門行程，同時(shí)，驗(yàn)證SIF修改或替代
器件能正確運(yùn)作，如所有修復(fù)或替代器件輸A／輸出
萬方數(shù)據(jù)
第3期方來華等．安全儀表系統(tǒng)的功能安全測試研究·3·
的功能測試；對從替代傳感器到SIF中其他器件信號
流的功能性校驗(yàn)；從邏輯演算器到替換閥門的信號流
的功能性校驗(yàn)。對于邏輯演算器及I／O模塊，如果邏
輯演算器系統(tǒng)包含有內(nèi)部診斷和報(bào)告可以驗(yàn)證器件
的町操作性，那么所替代的邏輯演算器器件其輸入至
輸出的功能測試就不必要。
4．2各部件的離線測試方法與流程
4．2．1傳感器離線測試方法與流程
利用測量源來模擬傳感器的輸入和毫安模擬工
具模擬傳感器的輸出來測試傳感器。使用模擬測鼉
輸入給傳感器是最可靠和常用的技術(shù)，可用于測試
傳感器、連線及接收設(shè)備。在輸出端使用電流模擬
儀器來測試連線與接收設(shè)備。
每一個(gè)部件離線狀態(tài)都應(yīng)進(jìn)行檢查并基于與過
程離線狀態(tài)相應(yīng)的預(yù)期值進(jìn)行驗(yàn)證。下面給出驗(yàn)證
SIF中傳感器運(yùn)行的測試方法和流程，以測試毫安
壓力傳感器(傳感與變送一體)為例。利用4～20 mA
的信號模擬器通過下面步驟來驗(yàn)證傳感器的故障情
況，測試流程如圖1所示。
傳感囂測試開始
連接列校-聆壓力滁前．
關(guān)閉土閥．系統(tǒng)出口安
傘升啟
將模擬器連接到
需蘭監(jiān)測回路
輸}}{I乜流凋至22 mA
(或其他超過iI}程一¨馭
的值)，驗(yàn)證輸}H}殳備
的顯示鍺誤測量
將輸I葉JIU流調(diào)至3．2m^
(或其他小于缸程卜．限的
值)．驗(yàn)證輸出}殳備指示
為錯(cuò)誤測踣
將模擬器從測
試回路中斷開
將校驗(yàn)的壓力源連接
到過程主閥f J卜．游傳
感器端
調(diào)竹校驗(yàn)K力豫使得
輸入檀力的模擬值大
于f々感囂酎程
增加橫擬膳力至高壓
勁f{K警和跳變發(fā)?。T
證并i己求靜f報(bào)警和l足jE
變在正確沒定點(diǎn)發(fā)，l
降低模擬K力至高慷預(yù)
跳變和預(yù)報(bào)警解除．聆證
并記錄壩撤管在正確沒
定點(diǎn)發(fā)，li．驗(yàn)證sIF住跳
變狀態(tài)清除后不會(huì)自動(dòng)
復(fù)位
降低模擬慷力至低JF預(yù)
報(bào)警和跳變發(fā)佳．驗(yàn)證并
ir2求預(yù)報(bào)警和跳變在正
確的沒定點(diǎn)發(fā)乍
增加模擬勝力罕低旭跳
變和預(yù)報(bào)警清除。驗(yàn)證確
認(rèn)預(yù)報(bào)瞀干¨跳變住正確
沒定點(diǎn)清除．驗(yàn)證SIF住
跳塵狀態(tài)清除后小會(huì)f-I動(dòng)
復(fù)位
在測試程戽的適當(dāng)ft骨
記錄I-報(bào)警和跳變沒置
圖1傳感器測試流程
結(jié)束
4．2．2邏輯演算器離線測試方法和流程
當(dāng)測試邏輯演算器時(shí)，利用SIF特定的功能測
試程序，包括書廄流程、邏輯框圖、控制線路圖、電氣
控制圖表和檢查表。通過人為創(chuàng)造故障條件并利用
HMI來測試每個(gè)SIF以驗(yàn)證其在HMI上的響應(yīng)，觀
察最終控制單元。
利用被測試邏輯設(shè)備的PLC編程器及HMI對
所編程的邏輯功能進(jìn)行逐項(xiàng)測試。徹底檢查和核對
內(nèi)部的校驗(yàn)用換算系數(shù)。通過人工改變輸入和輸出
值來測試量程范圍。利用認(rèn)證的檢測儀和PLC來
測試每個(gè)傳感器，驗(yàn)證PLC獲得的測量值經(jīng)換算是
否與檢測儀的測量值一致。若兩者的差值超過測量
范圍2％，則其性能是不可接受的。下面給出復(fù)雜
邏輯系統(tǒng)的功能測試的流程和要求。
(1)測試人員要求：只有具備SIS維修資格的人
員才可進(jìn)行該SIS測試工作。
(2)書面測試流程：如果相關(guān)的過程單元沒有
完傘停止工作，且強(qiáng)制輸入和輸出用于功能測試工
作的一部分，那么在批準(zhǔn)進(jìn)行邏輯演算器測試工作
之前需制定詳細(xì)步驟的功能測試流程。
(3)重新激活緊急停車點(diǎn)：所有的SIS點(diǎn)都必須
在完成測試任務(wù)后恢復(fù)。在完成功能測試后，激活
的VO必須根據(jù)主單進(jìn)行檢查，并將此檢杏進(jìn)行記
錄作為變更管理的依據(jù)，此記錄應(yīng)該與對象的SIS
記錄一起存檔。
(4)SIS系統(tǒng)功能測試依據(jù)現(xiàn)場變化和維修。
要拿到記錄有SIS系統(tǒng)現(xiàn)場變化或修改信息的參考
文檔，包含控制流程圖、SIS邏輯框圖、梯形列表和
數(shù)據(jù)映射字典、SIS示意圖。
(5)當(dāng)對邏輯演算器軟件進(jìn)行變更時(shí)，所使用
的流程應(yīng)遵循公司指南或以往慣例。
(6)與主機(jī)程序比較：通過使用安全PLC配置
站的卜傳一比較工具功能將邏輯演算器SIS中邏輯
程序跟主機(jī)內(nèi)程序進(jìn)行比較。如果沒有發(fā)現(xiàn)程序上
的變化而只有計(jì)劃性的修改，那么不需要對現(xiàn)有未
變的SIS邏輯進(jìn)行輸入一輸出功能檢查。
(7)程序比較列表：打印出程序比較列表并將其
與傳感器和過程執(zhí)行器的功能檢查的文檔一起備案。
(8)功能檢查：SIS邏輯的任何改動(dòng)都需要進(jìn)行
功能惟檢查，檢查流程為：通過通訊模塊將邏輯器中
的數(shù)字量和模擬值輸入讀取到BPCS，在BPCS操作
工作站上進(jìn)行監(jiān)測。在PLC邏輯中的信號以及由
邏輯演算器接收到的任何輸入信號并不能直接輸入
到BPCS時(shí)，將安全PI．c配置計(jì)算機(jī)連接到邏輯器。
當(dāng)模擬輸人現(xiàn)場值范圍改變時(shí)，安全PLC配置計(jì)算
機(jī)用于校驗(yàn)正確的SIS程序值。為功能性檢查與
SIS變化相關(guān)的模擬和數(shù)字輸入，確認(rèn)PLC邏輯能
正確讀取數(shù)字輸入狀態(tài)和O％、50％及100％的模擬
萬方數(shù)據(jù)
·4· 化工自動(dòng)化及儀表第37卷
輸入信號值；任何一個(gè)輸入點(diǎn)都不禁止，除非需要禁
止一個(gè)不需要的停車功能。為功能性檢查SIS變更
相關(guān)的數(shù)字或模擬輸出需激勵(lì)一個(gè)邏輯輸入信號使
得其輸出值發(fā)生狀態(tài)變化或產(chǎn)生一個(gè)已知模擬值，
或者是禁止相關(guān)的輸出寄存器并輸入一個(gè)強(qiáng)迫值，
輸出設(shè)備響應(yīng)必須進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)。
(9)SIS所有的停車操作和預(yù)警以及與變化邏
輯相關(guān)的優(yōu)先跳變指示應(yīng)該進(jìn)行驗(yàn)證。
(10)在測試任務(wù)完成后，所有的功能測試檢查
期問所禁止的點(diǎn)都應(yīng)該同到允許狀態(tài)。
(11)存在任何邏輯變更等情況必須記錄建檔。
(12)周期性功能測試包括制定測試計(jì)劃、明確
測試要求、批準(zhǔn)計(jì)劃、記錄功能測試、進(jìn)行缺陷校正
和填寫缺陷報(bào)告。
4．2．3終端控制單元的離線測試
SIF閥門的測試應(yīng)確定閥門是否能滿足安傘要
求規(guī)范中提供的功能要求。通過人工打開(或關(guān)
閉)閥門或單獨(dú)啟動(dòng)(或停止)電機(jī)的測試需葦復(fù)
兩、三次，以保證閥門能正確動(dòng)作。通過人工改變線
性控制裝置如控制閥的輸出值，觀測HMI的反饋值
和設(shè)備本身來觀察設(shè)備的響應(yīng)。記錄HMI每個(gè)閥
門現(xiàn)場的反應(yīng)和在HMI的顯示值。除了滿行程測
試之外，有些情況下，閥門測試涉及到ffIf漏測試，這
時(shí)對閥門的最大泄漏速率有規(guī)定。如果閥門行程速
度很重要，則需測試確定并記錄行程所需時(shí)間。行
程時(shí)間應(yīng)包括從輸出信號變化到閥門位置變化的時(shí)
間，而不僅僅是閥門行程動(dòng)作的開始和結(jié)束時(shí)間。
4．2．4人機(jī)交互界面(HMI)離線測試
所有人機(jī)交互界面上的SIF變量的顯示，無論
是操作員站的顯示還是面板上的燈，都應(yīng)按變量逐
個(gè)進(jìn)行核實(shí)。測試過程中應(yīng)對過程變量的正常范
圍、預(yù)報(bào)警及跳變點(diǎn)的設(shè)置以及其他變量信息進(jìn)行
驗(yàn)證和存檔。應(yīng)分別記錄測試前(as found)值和測
試后(as left)值。只要提供SIF的信息，應(yīng)對所有顯
示界面的標(biāo)識和訪問控制進(jìn)行驗(yàn)證。如果HMI用
于SIF的啟動(dòng)輸出功能或者人工停車功能，則該功
能也應(yīng)進(jìn)行測試。
4．2．5通信的離線測試
對所有與其他系統(tǒng)(如基本過程控制系統(tǒng))的通
信均應(yīng)進(jìn)行測試，以驗(yàn)證來自S1F的數(shù)據(jù)和信息能正
確傳輸?shù)狡渌到y(tǒng)。所有傳輸?shù)男畔⒊齬與SIF上
的信息相比外，還都應(yīng)將所發(fā)送的信息與接收到的及
系統(tǒng)中顯示的信息進(jìn)行比較。應(yīng)該對阻止BPCS操
作員站的信息傳輸給SIF邏輯演算器的安傘措施，尤
其是用于防止對SIF應(yīng)用軟件進(jìn)行非法更改的措施
進(jìn)行驗(yàn)證。在BPCS操作員站對SIF中的邏輯進(jìn)行更
改測試，以驗(yàn)證其不可更改性。防止來自配置站對邏
輯的改變的安全措施也需進(jìn)行測試，如果必須通過配
置站對邏輯進(jìn)行更改，則需驗(yàn)證其他町編程電子系統(tǒng)
(PES)不可以執(zhí)行該功能。如果使用了密碼保護(hù)技
術(shù)，測試確保其不能輕易的被一般黑客軟件所破解。
4．3 SIF離線測試的最后流程
在測試完后應(yīng)確認(rèn)所有的輸入、輸出及邏輯均處
在正確狀態(tài)，如去掉所有的旁路和跨接等，將所有的
終端控制單元恢復(fù)到預(yù)肩動(dòng)的位置，準(zhǔn)備好系統(tǒng)的啟
動(dòng)。通過比較每個(gè)SIF的檢查表單，驗(yàn)證任何用作旁
路的臨時(shí)跨接都處于正常狀態(tài)。對邏輯演算器和SIF
部件進(jìn)行最后的檢驗(yàn)，目的是保證所有的SIF工作均
已完成，系統(tǒng)能安全恢復(fù)到正常運(yùn)行。檢驗(yàn)應(yīng)該包
括：核實(shí)所有的警報(bào)都被清除；核實(shí)所有被識別的問
題和故障已經(jīng)被標(biāo)明；檢查任何被代替的元件和設(shè)
備，以確保處于合適的工作狀態(tài)；核實(shí)所有的開關(guān)和
手動(dòng)開關(guān)都處在合適的位置上；查看所有SIF的壓力
和設(shè)備測量計(jì)，確保處于合適的工作狀態(tài)；查看配管、
管線終端和連線以保證其是安全的。這可能包括用
力拉來測試接線端狀況；在過程處于非作業(yè)狀態(tài)時(shí)，
核實(shí)所有的終端控制嗨元均處在正確的位置；核實(shí)所
有的儀表氣源提供調(diào)節(jié)器均處在其合適的設(shè)置狀態(tài)
下；核實(shí)現(xiàn)場功能箱和外殼是牢固的，能抵擋天氣造
成的影響；核實(shí)所有的導(dǎo)線管和導(dǎo)線管進(jìn)出板是牢固
不受天氣影響的；核實(shí)所有的從過程主閥門到傳感器
和開關(guān)是打開狀態(tài)，所有泄壓閥是關(guān)閉的。
5 SⅡ的在線測試
在線測試若不能正確實(shí)施，很町能造成過程擾
動(dòng)或無意問關(guān)閉系統(tǒng)。因此，為保證在線測試能順
利進(jìn)行，在線測試必須有詳細(xì)周密的計(jì)劃、設(shè)計(jì)和程
序。SIF的在線測試對過程和測試人員都會(huì)造成壓
力，有必要在嚴(yán)密控制的條件下，運(yùn)用已驗(yàn)證的方法
來實(shí)施在線測試，務(wù)必在不影響過程安全的情況下
完成。任何用于在線測試而安裝的設(shè)備如旁路或測
量儀器都應(yīng)在其測試過程中與相關(guān)的邏輯一起進(jìn)行
徹底的測試。一旦輸入或輸出被旁路，專門負(fù)責(zé)控
制系統(tǒng)的操作者應(yīng)該運(yùn)J}j與SIF獨(dú)立的方法持續(xù)監(jiān)
控該過程。倘若測試中，過程要求遇到過程響應(yīng)，操
作者應(yīng)該能夠人工執(zhí)行SIF或者其他所安裝系統(tǒng)的
停車。一旦手動(dòng)控制閥打開或關(guān)閉，專門的現(xiàn)場操
作員應(yīng)能夠在過程要求響應(yīng)時(shí)迅速打開或關(guān)閉隔斷
閥門。所有在線測試之前，操作者必須完全理解并
在測試過程中發(fā)生停車要求時(shí)，能夠采取正確的處
理措施。測試過程中遇到意外時(shí)，涉及SIF在線測
試的所有人員都應(yīng)該知道如何處理。
5．1 SIS在線測試準(zhǔn)備
萬方數(shù)據(jù)
第3期方來華等．安傘儀表系統(tǒng)的功能安全測試研究·5·
在線測試之前，需對將要進(jìn)行的測試進(jìn)行評估。
由對過程和SIF熟悉的儀表人員、電氣工、操作工以
及相關(guān)技術(shù)人員組成的測試組來實(shí)施測試，測試前
至少做好以下幾項(xiàng)準(zhǔn)備工作”J：
(1)告知接班的操作員，SIF系統(tǒng)是要進(jìn)行測試
還是正常工作；
(2)審查SIF系統(tǒng)的描述；
(3)審查安傘儀表系統(tǒng)的測試程序；
(4)討論在線測試是否影響其他系統(tǒng)如BPCS、
報(bào)警或其他的SIF；
(5)討論工作范圍，究竟檢查什么?是流量、壓
力、溫度還是液位等；
(6)討論當(dāng)激活報(bào)警時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)該如何通
知操作者；
(7)討論當(dāng)系統(tǒng)旁路時(shí)，哪些設(shè)備將不再起作用；
(8)審查測試過程中需要特殊預(yù)防措施的操作；
(9)討論在進(jìn)行測試的輸入處于旁路時(shí)，如果未
經(jīng)計(jì)劃的SIF發(fā)生，應(yīng)采取怎樣的操作及維護(hù)措施；
(10)討論在旁路存在的情況下，如果操作者必
須啟動(dòng)SIF，應(yīng)采取什么樣的操作及維護(hù)措施；
(1 1)討論應(yīng)采取什么程序以保證一旦SIF測試
完成，SIF將恢復(fù)到工作狀態(tài)，如自動(dòng)校核、各自審
查等。
5．2 SIS各部件的在線測試
5．2．1傳感器的在線測試
需要在線測試的過程傳感器在安裝時(shí)，應(yīng)該有一
定程度的冗余使得在測試一個(gè)傳感器時(shí)，另一個(gè)仍然
能夠進(jìn)行必要的測量。如果過程生產(chǎn)的可靠性要求
高，應(yīng)使用2002或2003表決型傳感器。然后，設(shè)計(jì)者
再確定是否使用旁路以便于測試。對于2002或2003
表決型傳感器，測試時(shí)可不必旁路。當(dāng)使用在線診斷
來檢測傳感器失效時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)確定閣值邏輯是否會(huì)
發(fā)生改變。例如，如果失效傳感器表決結(jié)果是進(jìn)行停
車，SIF的邏輯町能從2003表決降低到l002表決。相
反的，如果失效傳感器表決脫離停車狀態(tài)，它將從
2003表決降低到2002表決。如果傳感器是l002結(jié)
構(gòu)，則必須有旁路，使得每個(gè)傳感器能在線測試，同時(shí)
保持其他傳感器的測量性能。在這種測試中，邏輯將
降低到1001，這是比l002更低的SIF。在測試中應(yīng)采
取合適的預(yù)防措施，以保證不影響安全。
傳感器的測試頻率町以高于或低于SIF部件的
測試頻率，這取決于部件的M r兀'F(Mean Time To
Failure，平均失效前時(shí)間)及表決配置。模擬傳感器
是以冗余配置方式安裝的，模擬信號的比較和信號
偏離的報(bào)警可提供診斷使得單個(gè)傳感器的測試問隔
可適當(dāng)延長。當(dāng)產(chǎn)生偏離報(bào)警時(shí)，應(yīng)進(jìn)行傳感器的
測試和核對。
5．2．2邏輯演算器的測試
不建議在過程處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)進(jìn)行邏輯演算器
的在線測試。邏輯演算器是SIF中典型的最町靠部
分，經(jīng)過系統(tǒng)投入運(yùn)行前的FAT測試或離線測試后，
一般沒必要對邏輯演算器進(jìn)行在線測試，除非邏輯演
算器中的邏輯發(fā)生更改。當(dāng)邏輯發(fā)生改變時(shí)，邏輯演
算器也應(yīng)該在SIF投入運(yùn)行之前，重新進(jìn)行測試。
5．2．3終端控制單元的在線測試
終端控制單元的在線測試是SIF相關(guān)測試中最
為困難的。如果測試進(jìn)行的不合理，任何閥門的在線
測試均可導(dǎo)致過程中斷。閥門測試可利用過程旁路，
實(shí)施傘部行程或部分行程測試以檢查閥門的動(dòng)作情
況。無論是使J}J單一還是冗余的閥門，在線測試需要
附加的設(shè)計(jì)要求，如全流量旁路、部分行程測試設(shè)備、
測試裝置等。任何閥門測試均應(yīng)進(jìn)行評估，以確定在
測試中檢測什么故障模式。對于部分行程測試閥門，
其不能確定閥門是否能完成全開或全閉功能，這只能
通過全部行程測試來確定。
5．2．4人機(jī)接口的在線測試
HMI的在線測試只有在對操作者提供的信息
發(fā)生改變的情況下才需要進(jìn)行。任何顯示給操作者
關(guān)于SIF狀態(tài)的信息發(fā)生改變時(shí)，都應(yīng)進(jìn)行測試，以
驗(yàn)證其合適性。在過程正常運(yùn)行情況下，只要HMI
顯示屏幕自身故障，就應(yīng)該進(jìn)行測試，這種故障常常
是由于輸入或足’顯示器器件本身引起。當(dāng)修理完后
替換為新HMI，原有的SIF中所指定的HMI的所有
特性均應(yīng)進(jìn)行測試。
5．2．5通信測試
SIF及其他系統(tǒng)的通信應(yīng)與邏輯演算器同時(shí)進(jìn)
行測試。在有任何通信故障指示的時(shí)候，也要進(jìn)行
通信測試。如果與其他系統(tǒng)的聯(lián)系對SIF的安全完
整性有影響，應(yīng)使用包括在完整性評價(jià)中的測試間
隔。任何通信連線的在線測試都不應(yīng)降低SIF執(zhí)行
其功能的能力。
從SIF到其他任何系統(tǒng)的通訊發(fā)生改變時(shí)，都
應(yīng)進(jìn)行測試。不建議當(dāng)SIF還在給過程提供保護(hù)時(shí)
對通訊進(jìn)行變動(dòng)，因?yàn)檫@些變動(dòng)會(huì)導(dǎo)致SIF的細(xì)微
故障或造成程序錯(cuò)誤，而這些故障可能使得SIF無
法執(zhí)行其功能。61。
6結(jié)論
(1)安全儀表系統(tǒng)是工業(yè)安全防護(hù)層中非常關(guān)
鍵的一環(huán)，是減少生產(chǎn)事故、降低風(fēng)險(xiǎn)的有效措施。
在SIS投入運(yùn)行前和投入運(yùn)行后，科學(xué)、合理地做好
測試驗(yàn)證工作是保證安全儀表系統(tǒng)滿足安全要求規(guī)
格，維持所需安全完整性等級，實(shí)現(xiàn)其功能安全的重
萬方數(shù)據(jù)
·6· 化工自動(dòng)化及儀表第37卷
要組成部分c川。研究安全儀表系統(tǒng)的測試要求、流
程與相關(guān)的技術(shù)方法是科學(xué)實(shí)施SIS整體生命周期
功能安全管理廄待解決的問題，對于提高我國安全
生產(chǎn)檢測和安全監(jiān)控水平至關(guān)重要。
(2)確定安全儀表系統(tǒng)在正式投入使用前進(jìn)行工
廠驗(yàn)收測試的內(nèi)容和要求，并依據(jù)所編制計(jì)劃執(zhí)行集
成測試，對SIF的部件進(jìn)行校準(zhǔn)測試和性能確認(rèn)，是
SIS投入運(yùn)行前一項(xiàng)重要測試工作。采用何種測試技
術(shù)方法，明確離線測試的內(nèi)容、在線測試的準(zhǔn)備和要
求，以及SIS系統(tǒng)的傳感器、邏輯演算器、終端控制單
元、人機(jī)接口和安全總線通信等各組成部分在線測試
和離線測試的流程和技術(shù)方法，對于指導(dǎo)安全儀表系
統(tǒng)的SIF測試具有重要的指導(dǎo)意義。
(3)如何衡量功能測試的價(jià)值與實(shí)施測試所需
的花費(fèi)往往是影響是否進(jìn)行測試的決策主因。有效
的安全測試受本地條件的影響很大，危險(xiǎn)、資源其至
現(xiàn)場的情況都會(huì)相蔗很大。但不管測試方案如何使
用，都必須非常的實(shí)際，要求測試在保障SIF的安全
等級的同時(shí)，盡量地的減少維修和運(yùn)行成本。
參考文獻(xiàn)：
[1] 李戰(zhàn)平．安全儀表系統(tǒng)在長北氣田的應(yīng)用與研究(J]．自動(dòng)
化技術(shù)與應(yīng)用，2009，28(2)：117—120．
[2] 方來華，吳宗之，等．安全儀表系統(tǒng)的開發(fā)與要求[J]．中國
安傘科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，(4)：159—168．
[3] IEC 6151l·l一3．Functional Safety-Safety Instrumented Systerns
for the Process Industry Sector[S]．2004．
[4】IEc 61508·l一6．Functional Safety of Electrical／Electronic／
Programmable Electronic Safety·related Systems。International
Electro technical Commission[S]．2000．
[5] ISA-TR84．00．03，Guidance for Testing of Proceaa Sector．Safety
Instrumented Functions(SIF)Implemented as or Within Safety
Instrumented Systems(SIS)[s】．LSA．The Instrumentation。
Systems，and Automation Society，2002．
[6] 方來華，吳宗之，劉驥．安會(huì)相關(guān)控制系統(tǒng)中的安全總線
分析和研究[J]．化工自動(dòng)化及儀表。2007．34(1)：l一6．
[7]FANG 1．．a(chǎn)i—hua，et a1．D∞ign and Development of Safety Instru·
mented system[C]／／Proceedings of the IEEE International
Conference on Automation and Logistics．2008：2685—2690．
Research on Functional Safety Testing for Safety Instrumented System
FANG Lai-hua‘，WU Zong—zhil，WEI Li-junl，KANG Rong—xuel，CHEN Jie2
(1．China Academy of Safety Science&amp;amp;Technology，Be彬ng 1 00029，China，
2．University of Science and Technology Be彬ng，Be班ng 100083，China)
Abstract：Contents and requirements of testing for Safety Instrumented System(SIS)prior to or after SIS’S bringing
into service were expounded，main parts and guidance principles for off-line and on—line testing of safety instrumented
function components were given．Procedures，requirements and techniques of performing off-line and on—line testing
were analyzed and discussed in devil．The proposed testing contents，requirements，procedures and approaches for
safety instrumented function(sir)components provided significant instructions to functional safety testing and vali—
dation for SIS during its overall safety lifecycle，and offered help in the different phase activities of the analysis，de—
sign，development，operation and maintenance of SIS．
Key words：SIF；off-line testing；on-line testing；testing procedure
產(chǎn)等
樂清市儀表九廠????????????????封面
橫河川儀有限公司．．．．．．．o g?????????封二
蘇州蘭煉富士儀表有限公司???????????封三
深圳市業(yè)?？萍及l(fā)展有限公司??????????封四
陜西創(chuàng)威科技有限公司????????????前插1
四川科華閥業(yè)有限公司????????????前插2
上海ABB工程有限公司????????????前插3
福斯流體技術(shù)(上海)有限公司?????????前插4
浙江永盛儀表有限公司????????????前插5
天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院???????前插6
珠海市長陸工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)有限公司?????前插7
北京大陸力達(dá)儀表科技有限公司????????前插8
ABB(中國)有限公司?????????????中插l
四川華林自控科技有限公司??????????中插2
索引
北京西姆宏儀器儀表有限公司?????????中插3
上海辰竹儀表有限公司????????????中插4
天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院測量控制所??內(nèi)插l
天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院檢測儀表所
??????????????????????內(nèi)插2
蓬萊市自控設(shè)備成套廠????????????內(nèi)插3
自貢市華科儀表制造有限公司?????????內(nèi)插4
啟東宏達(dá)防爆電氣有限公司??????????內(nèi)插5
無錫市胡埭儀表廠??????????????內(nèi)插6
珠海賽思特儀表設(shè)備有限公司?????????內(nèi)插7
上海望源測控儀表設(shè)備有限公司????????內(nèi)插8
無錫市惠華特種儀表有限公司?????????內(nèi)插9
東莞市雅德儀表有限公司???????????內(nèi)插9
眉山麥克在線設(shè)備有限公司??????????內(nèi)插10
萬方數(shù)據(jù)

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