从20世纪80年代起，欧美日等发达国家开展掌握系统可靠性领域研究，用以保障掌握系统可用性与可靠性问题。紧张从掌握系统元器件选型、硬件开拓工具选用、硬件开拓过程、软件编译哀求、系统集成等各个方面规范掌握掌握系统研发生产及运用各个过程，形成安全掌握系统功能安全理论。
在理论研究根本上，发达国家相继发布一系列安全掌握系统产品并迅速得到市场的广泛运用。日本横河电机、美国Triconex、德国黑马、德国西门子等国际巨子纷纭推出知足IEC61598（功能安全基本标准）和IEC61511（过程掌握的功能安全标准）的功能安全产品及办理方案，并且通过SIL2乃至SIL3认证。
随着海内石油化工行业的高速发展，安全掌握系统运用越来越广泛，但由于海内技能职员及科研、企业缺少功能安全理念，无法开拓形成具有自主产权的国产品牌，海内市场长期被国外产品垄断。总之，海内产品在安全掌握系统研发领域仍面临诸多问题，技能现状及差距有以下几方面。
1 国内外范例SIS系统硬件性能剖析
1.1 美国Triconex
Tr iconex是早期导入海内石化行业的安全掌握产品。紧张有适用于安全掌握点数相对较小的Trident系列及安全掌握点数相对较大Tricon系列。这两种系列都通过过程掌握器进行逻辑处理，逻辑功能通过系统可编程措辞进行组态，并且具备强大具备冗余容错能力。如图1所示。
图1 Tricon掌握器的三重化构造
1.1.1 Tricon的特点
具备2oo3冗余构造，系统由3套相同的CPU及卡件组成，每一套独立且同时实行掌握程序，即对现场旗子暗记输入、旗子暗记逻辑处理及旗子暗记输出进行2oo3表
决。当某一硬件发生故障时，系统自动进入1oo2表决机制，并且可以进行硬件在线改换掩护及软件程序下装。系统可通过标准通信协议与其他掌握设备及上层信息层进行信息交流，详细架构如图2所示。
系统详细特点如下：
（1）掌握器可通过光纤与远程I/O模件相连。
（2）可以通过5种措辞进行软件逻辑组态。
（3）输入模块和输出模块具有打算功能，可减轻逻辑掌握器运算符合，每个I/O卡件微芯片处理器。输入模件对旗子暗记进行过滤和变换，实时诊断模件上的硬件故障信息。输出模件微处理器为输出数据的表决供应信息、检讨输出数据使输出能末了有效、并能诊断现场线路的问题。
图2 Tricon系统架构
（4）供应系统总体的在线诊断算法。
（5）某一硬件故障时系统报警，进入MTTR掩护模式。
1.1.2 Trident的特点
（1）采取表面封装技能，运用于繁芜的工业环境。
（2）适用于中等规模的运用。
（3）支持远程和分布式I/O。
（4）户外板式安装或导轨安装。
（5）降级模式为3-2-1-0。
（6）完全的三重化构造。
（7）前辈的HDLC、AISC技能，有效提高掌握器处理能力，减少I/O相应韶光。
（8）系统故障自诊断覆盖率知足国际功能安全标准哀求。
（9）全系列的I/O模块。
（10）更高的可靠性和可用率。
（11）系统在线状态下也可进行模块现场安装和调试，现场端子接线。
（12）在线的组态和调试。
（13）可选冗余的MODBUS通信和冗余的Ethernet通信。
1.2 Triconex系列SIS系统范例运用
（1）ESD系统
广泛运用于石化、化工、天然气等过程行业。当工艺运行参数超出正惯例模时，安全掌握系统自动启动，安全割断生产装置。如石化妆置常见的反应单元，当反应温度或反应压力超过正常值是，通过安全掌握自动割断进料或催化剂，防止反应连续发生带来超温超压等安全事件。
Triconex系列安全掌握系统提高了系统的可靠性，具备现场传感器故障诊断及系统自身诊断功能，与信息层进行数据互换，可对安全联锁回路功能完全性的连续检测。
（2）燃烧炉管理系统
燃烧炉（加热炉）是石化妆置主要的核心设备之一。传统运用中，这些功能由独立的，非整合的部件供应。为了保护锅炉，正常启动和停机的安全联锁系统以及锅炉燃料管理安全系统由Triconex系统整合为一体。但是在容错的失落效–安全的Triconex掌握器中，锅炉操作员可以在更有效地利用循环资源的同时担保锅炉的安全性在（或高于）一个机电保护系统级别上。
（3）汽轮机掌握系统
对付高压蒸汽及汽轮机的安全掌握须要高度安全完全性等级设备完成。汽轮机速率掌握、启动及停机，须要由单独的高可靠性系统实行。Triconex的容错掌握器的连续运行可以在担保汽轮机最高安全性的同时供应最高的事情性能。热备模件的利用，减少了猜想之外的损耗。
（4）海上火/气保护
火气系统须要高可靠性及高可用性系统来完成。现场仪表故障、现场接线或传感器旗子暗记故障均自动地由内置诊断功能管理。火气传感器仿照量旗子暗记直接接至Triconex系统，通过系统进行旗子暗记处理及故障预判。操作员界面监视火/气系统，诊断Triconex掌握器和传感器。传统的火气仪表均可用一个集成的掌握系统来更换，节约宝贵的地面空间，并保持高安全性及可靠性。
1.3 中国和利时
H i a G u a r d系统海内自主研发最早的一款 SI S产品，是由中国北京和利时开拓的面向工业自动化安全特殊是石油化工行业的安全保护系统。该系
统通过国际莱茵TÜV安全完全性SIL3认证，符合IEC61508/61511/50156-1标准哀求，HiaGuard系统可运用于哀求完备完全性等级为SIL3及以下的安全干系运用。
HiaGuard系统架构采取冗余容错的三取二架构（2oo3D），系统开拓定位于知足包括紧急停车系统（Emergency Shutdown System，简称ESD）、火气检测系统（Fire&Gas System，简称FGS）、燃烧炉管理系统（Burner Management System，简称BMS）、紧急跳闸系统（Emergency Trip System，简称ETS）等运用。
和利时HiaGuard SIS系统详细特点如下：
（1）安全保护系统知足低操作模式，哀求时的均匀危险失落效概率（PFDavg）占比低至全体安全功能回路失落效概率的10%以下，有利于安全功能回路其他仪表器件的选择。
（2）通信模块支持冗余配置，可以提高系统可用性；同时通信模块可以阻挡外部网络风暴和病毒对安全回路的影响。通信模块失落效，安全回路的安全性不受影响。
（3）掌握器采取TMR架构，三系掌握器在物理上相互独立，最大限度减少共因失落效。
（4）单I/O模块可达到SIL3，为了实现更高的可用性，I/O模块许可冗余配置。
（5）机笼供电采取1+1冗余办法，冗余在每个模块内部实现，减少了共因环节，提高了安全性与可用性。
（6）安全回路可用率可达到99.999%。
（7）掌握站内及掌握站间的SOE精度可达到1ms。
（8）单掌握站最大规模支持1184数字量点或592仿照量点。
（9）组态软件符合IEC61508-2010中对T3工具哀求，组态措辞支持FBD和LD。
（10）可以与HollySys基本过程掌握系统以太网层面实现无缝集成，共用基本过程掌握系统以太网层面实现无缝集成，共用HMI界面；支持通过Modbus与第三方的基本过程掌握系统实现集成。
和利时HiaGuard SIS系统容量如下：
（1）最大机笼数：4个，1个主机笼3个扩展机笼。
（2）最大I/O模块数量：37对。
（3）最大开关量点数：1184点，系统内全部为开关量模块。
（4）最大仿照量点数：592点，系统内全部为仿照量模块。
和利时HiaGuard SIS安全回路的数据流如下：
（1）现场传感器旗子暗记通过输入端子模块将旗子暗记分配到三重化的输入通道。
（2）每系输入通道通过I/O Bus将本系输入数据发送给本系掌握器。
（3）三系掌握器通过CPU Bus交流输入数据，每系掌握器得到三份输入数据。
（4）每系掌握器表决三份输入数据，用表决结果运行用户组态逻辑，得到本系输出数据。
（5）三系掌握器通过CPU Bus交流输出数据，每系掌握器得到三份输出数据。
（6）每系掌握器表决三份输出数据，得到表决后的输出数据。
（7）每系掌握器通过I/O Bus发送输出数据到本系的输出通道。
（8）每系输出通道通过2oo3硬件表决电路得到输出到输出端子模块的旗子暗记。
（9）输出旗子暗记通过输出端子模块输出到现场实行器。
2 安全仪表系统技能发展趋势
（1）安全掌握系统信息安全化
传统安全掌握系统与现场仪表多采取普通的4~20ma及0/24模式进行信息互换，系统与系统及系统与上位信息系统采取传统的大略通信协议，受数据通报速率及数据安全性限定，在工业4.0智能制造和工业物联网的发展哀求下已难以知足哀求。安全掌握系统信息安全化时安全掌握应对智能制造新局势的一定方向。基于掌握网络通过一种新型的通信协议，将安全掌握系统与工厂网络连接，供应
现场数据、设备状态、报警信息、联锁信息等更为丰富的工业信息，从而为设备运维和智能制造供应 支撑。
（2）安全掌握系统智能化
安全掌握系统的数字化、智能化对付安全掌握系统通信能力、故障自诊断、自感知能力提出了跟高层次的哀求。在智能设备安全运用的条件下，安全
掌握系统更趋向于具有更深层次数字辨识、数字智能处理能力，不但可以记录工业运行历史信息，还能够自诊断，故障预判及在线运行掩护，防止设备危险故障和工艺风险事宜的发生。
（3）安全掌握系统集成化
为知足安全掌握系统的独立性和安全性哀求，目前国内外行业标准规范哀求安全掌握系统与基本过程掌握系统必须分开设计、分别设置及相互独立运行，由此带来的过高本钱及运维的繁芜性过高一贯受用户诟病。在办理安全通信条件下，安全掌握系统与基本过程掌握系统的集成逐渐成为趋势，如日本横河、西门子、Triconex的产品聚在朝此方向发展。
（4）安全掌握系统开拓技能的平台化
安全掌握系统发展近30年过程中，国内外系统厂商根据自己技能能力、习气及发展方向不同，形成了分散的、各自成派的安全掌握系统开拓技能。而形
成的产品在相互信息互通、兼容性等方面存在着问题。随着智能制造的发展，须要形成统一的安全掌握系统开拓平台，各种厂商及各种型号的安全掌握系统基于统一平台开拓，利于系统运维管理及知足工业物联网哀求。
3 结论
以上阐述了国内外安全仪表系统硬件研创造状、技能特性及发展趋势。基于目前国际形势紧张，为担保海内石油化工行业安全仪表系统采购链安全，冲破欧美日国家产品垄断海内市场、大力发展系统硬件国产化技能迫不及待。安全仪表系统国产化技能的发展须要从软件编译及硬件制造另方面入手，同时也受限于海内芯片技能发展。
