安全儀表系統

安全儀表系統（Safety instrumented system）簡稱SIS，是指專門用在關鍵過程系統（Critical process systems）的儀表系統，其中包括了軟體及硬體。

例子 
安全儀表系統常用在過程（例如石化、化工、核能）設備的防備機制，例如：
 燃料氣壓太高，需關閉主燃料氣體閥
 反應器溫度太高，需要開啟冷卻閥
 蒸餾塔壓力太高，需開關洩壓閥。

關鍵過程系統
關鍵過程系統（critical process system）是指一個系統若開始運作後，若有發生運作上的問題，需要進入「安全狀態」以避免安全、健康和環境（SH&E）的不良後果。而「安全狀態」（Safe State）是指過程中的一種特殊條件，只要在此條件下，不論系統正在運作，或是已經關閉，都不會發生有危害的安全、健康和環境事件。

在工業時期之後，開始出現許多的關鍵過程系統，其中一個廣為人知的就是鍋爐。此過程的關鍵部份包括點燃燃燒器、控制鍋爐鼓中的水量高度，以及控制蒸氣的壓力。

需求規格 
安全儀表系統要達成的（功能需求）以及其實現的程度（安全完整性需求）可以透過危害與可操作性分析 （HAZOP）、防护层分析（LOPA）、風險圖等方式來達成。在IEC 61511及IEC 61508中有提到這些相關的技術。在安全儀表系統設計、建構、安裝及運作時，需要驗證有符合這些需求。機能需求可以用設計審查來驗證，例如失效模式效應與關鍵性分析法（FMECA），也可以用其他的測試來驗證，例如出廠允收測試、現場允收測試以及定期的機能測試。

安全完整性需求可以用可靠度分析來確認。對於依需求運行的安全儀表系統，多半會以所計算的要求失效概率（probability of failure on demand，簡稱PFD）為準。若在設計階段，要求失效概率可以用通用的可靠度資料來計算（例如OREDA資料庫）。之後可以用現場的實際數據來更新一開始估計的要求失效概率。

透過可靠度計算，其實無法考慮到所有影響SIS可靠度的因素。因此需要採取適當的措施（例如對應的程序及處理能力）來預防、發現並且修正安全儀表系統相關的故障。

危害識別 
正式的危害識別程序是由專案團隊的工程師及其他專家進行，在製程各部份（一般稱為操作單元）的工程設計階段完成時進行。團隊會針對已完成的工程設計中每一個可能有危害的部份（或稱為「節點」）進行系統性、嚴謹、程序式的審核。這個審核以及其產生的文件即為危害與可操作性分析（HAZOP）研究。HAZOP研究一般會發現一些系統的危害情況，有需要透過SIF進行進一步的風險緩解措施。藉由防护层分析（LOPA）或是其他被認可的方式，可以定義安全儀表功能（SIF）在對應情況下的完整性等級（Integrity Level，簡稱IL）。完整性等級可以分類為安全完整性等級（SIL）或環境完整性等級（Environmental Integrity Level、簡稱EIL）。根據HAZOP研究的建議以及SIF對應的IL程度，即可完成每一個操作單元的工程相關機能，包括基本過程控制系統（BPCS）以及安全儀表功能（SIF）的設計。

系統設計 
安全儀表系統的設計目的是在有危險情形或是無法接受的情形下，進行特定的控制機能，使制程安全運作，或是維持在失效安全的條件下。安全儀表系統需和控制同一設備的其他控制系統獨立運作，以免安全儀表系統的機能受到影響。安全儀表系統的組成元件（像是传感器、逻辑求解器、执行器及其他控制元件）和其他基礎过程控制系統（BPCS）相同。不過這些元件的目的都是為了讓安全儀表系統正常運作。

安全儀表系統要進行的特定控制機能稱為「安全儀表機能」（Safety Instrumented Functions、SIF），是整個风险管理策略的一部份，其目的是消除以前識別到SH&E事件的可能性，SH&E事件可能小到設備的小幅損壞，大到不受控制的災難性能量及（或）物質釋放。

安全狀態需要有對應的時間規格，或是有「制程安全時間」（process safety time）的資訊。

裝置 
若要安全儀表系統正確運作，需要一連串的設備都正常運作。其中一定會有感測異常運作條件的感測器，例如高流量、低水位或是不正確的閥門位置。需要逻辑求解器（logil solver）接收感測器的訊號，依訊號的特性進行適當的決策，以及依使用者定義的逻辑改變輸出狀態。逻辑求解器可以是電機型、電子型、或是可程式電子設備，像是继电器、跳脫放大器（trip amplifier）或是可程式邏輯控制器（PLC）等。之後，逻辑求解器輸出的變化會驅動最終控制元件，作用在制程上（例如關閉閥門），將其帶到安全的狀態。安全儀表系統會需要支援系統（例如動力、設備氣體及通訊等），其支援系統的設計需要滿足完整性及可靠度的要求。

國際標準 
國際標準已在2003年發行，此標準是過程產業的終端用戶應用安全儀表系統的指南。此標準是以有關電子/電機/可程式電子系統的設計，架構及運行的通用標準IEC 61508為基礎。其他產業也有以IEC 6150為基礎的標準，例如機械業的、鐵路信號的IEC 62425、核能系統的IEC 61513以及車輛用的ISO 26262。

相關概念
以下詞語常和安全儀表系統一起出現，或是用來描述系統要求的安全程度：
 關鍵控制系統（Critical control system）
 安全關斷系統（Safety shutdown system）
 保護性儀表系統（Protective instrumented system）
 設備保護系統（Equipment protection system）
 緊急關斷系統（Emergency shutdown system）
 生命攸關系統（Safety critical system）
 互锁（Interlock）
 联锁（Interlocking）
 環繞保護（Wrap around protection）
 過程關斷系統（Process shutdown systems）

相關條目
 分散式控制系統（DCS）
 工業控制系統（ICS）
 工業安全系統
 可编程逻辑控制器
 数据采集与监控系统
 誤動作等級
 安全完整性等級（SIL）
 
 自動跳脫
 緊急停止

參考資料

外部連結
 ANSI Standards  Purchase IEC 61511
 Safety Equipment Reliability Handbook, 4th Edition  for use in Safety Instrumented System (SIS) conceptual design verification in the process industry  
 ISA Standards Purchase ANSI/ISA 84.00.01-2004
 Center for Chemical Process Safety book, Guidelines for Safe and Reliable Instrumented Protective Systems
 Article about performance level d 
 Example Safety Requirement Specification (SRS) document

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