以過(guò)程控制系統（PCS）為代表的生產(chǎn)操作控制層，又稱(chēng)為基礎自動(dòng)化層。它主要包括：分散控制系統/現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（DCS/FCS）、安全儀表系統（SIS）、火災及氣體檢測系統（FGS）、儲運自動(dòng)化系統（MAS）、壓縮機組控制系統（CCS）、大型機組狀態(tài)監測系統（MMS）、設備包控制系統（PLC）、在線(xiàn)分析儀系統（PAS）、儀表設備管理系統（AMS）、操作員培訓仿真系統（OTS）、過(guò)程控制計算機系統（PCCS）（實(shí)施先進(jìn)控制APC和實(shí)時(shí)優(yōu)化RTO等）及實(shí)時(shí)數據庫（RTDB）等系統，其核心是DCS/FCS系統。

安全儀表系統，Safety instrumentation System，簡(jiǎn)稱(chēng)SIS；又稱(chēng)為安全聯(lián)鎖系統（Safety interlocking System）。主要為工廠(chǎng)控制系統中報警和聯(lián)鎖部分，對控制系統中檢測的結果實(shí)施報警動(dòng)作或調節或停機控制，是工廠(chǎng)企業(yè)自動(dòng)控制中的重要組成部分。

安全儀表系統SIS的發(fā)展

冗余機制的變化

安全保護系統從20世紀60年代開(kāi)發(fā)，以氣動(dòng)和繼電元件為主。到70年代，由簡(jiǎn)單的繼電器系統發(fā)展為微處理器和可編程序調節器（PLC或PC），并且由單回路系統發(fā)展為冗余系統和容錯系統。SIL3安全度等級是石油化工行業(yè)的最高安全等級。而最新等級的產(chǎn)品則符合SIL4的要求。從70年代開(kāi)始產(chǎn)生于航空領(lǐng)域的三重冗余多數表決機制（TMR, Triple Modular Redundancy）開(kāi)始用于安全系統。90年代，國外一些大公司推出三重化(TMR)、冗錯功能的系統，如圖14所示。如美國Woodward公司的Micro Net TMR系統、Triconex公司的Tricon系統、Honeywell公司的FSC系統、英國ICS Triplex公司的Regent系統等。目前，三重冗余和兩重冗余兩分天下。近期又有CPU的四重冗余(QMR，2oo4D)技術(shù)和軟件冗余技術(shù)出現，如HIMA的H41q/H51q系統。容錯機制是指一個(gè)和多個(gè)元件或部件出現故障時(shí)系統仍能繼續運行的能力。容錯系統能發(fā)現故障并排出故障的影響。新型SIS（如TRICON）可以實(shí)現系統所有部件和部分相關(guān)設備故障的容錯特性。容錯手段主要是冗余、自診斷和在線(xiàn)維護修理。

現在還有一個(gè)能靈活配置的理念。如HIMA公司的HIMax產(chǎn)品支持xMR架構，即X=1，2，3，4，分別構成無(wú)冗余，二重、三重、四重冗余。

經(jīng)驗統計，安全儀表系統SIS的系統故障比例是，傳感器為40%，控制器為10%，執行機構為50%。因此執行機構的可靠性是關(guān)鍵。隨之產(chǎn)生了二重化電磁閥、切斷閥及在線(xiàn)部分行程試驗（PST, Partial Stroke Test）系統。

霍尼韋爾推出一組安全儀系統運行狀況和可靠性測量系統（SIS-Health Monitoring），幫助專(zhuān)業(yè)人員監控安全儀表系統(SIS)的運行狀況和可靠性。通過(guò)精確監控系統狀態(tài)，減少對其進(jìn)行的不必要的維護，并能夠將導致安全事故和工廠(chǎng)意外停機的故障減至最少。SIS-Health Monitoring可支持更出色的工作實(shí)踐，從而能夠使安裝和運營(yíng)成本減少20%~30%。報告顯示，有超過(guò)20%的工廠(chǎng)事故是由SIS維護和測試錯誤導致的。很多情況下，由于無(wú)法精確監控系統狀態(tài)，工廠(chǎng)會(huì )不斷地進(jìn)行SIS維護和測試。這種不必要的維護使人為錯誤增多，從而導致更多的系統故障。此外，缺乏可靠性數據也會(huì )帶來(lái)不必要的SIS工程工作，從而導致系統故障。 霍尼韋爾的SIS-Health Monitoring是一套可通過(guò)自定義設置滿(mǎn)足特定工廠(chǎng)要求、條件和過(guò)程需求的工具箱，包含以下兩個(gè)模塊：健康監控本地可靠性數據庫(SIS-Health Monitoring Local Reliability Database)適用于任何SIS。SIS-Health Monitoring可根據站點(diǎn)儀表的故障行為確定可靠性和安全性能特征，例如趨勢和故障率等。健康監控分析工具箱(SIS-Health Monitoring Analysis Toolset)可支持操作人員分析、驗證和優(yōu)化SIF可靠性及其安全完整性水平(SIL)。

安全系統與控制系統的集成

以前，工廠(chǎng)控制系統和安全系統往往分別設計、分別建設，主要原因是控制系統的可靠性不足以保證安全系統的可靠性。由于近10年來(lái)PLC和DCS技術(shù)的發(fā)展，其可靠性大幅度提高，成本降低，柔性增強。相反，安全系統仍然遵守一些陳舊的技術(shù)和標準，配線(xiàn)成本膨脹，檢驗時(shí)間過(guò)長(cháng)，系統更新困難。因此，人們開(kāi)始對陳舊的安全系統提出了疑問(wèn)。

德國PROFIBUS協(xié)會(huì )（PNO）在1999年初，在PROFIBUS的基礎上，提出了PROFI  safe安全應用接口標準，使安全系統與控制系統通信和集成成為可能。目前，已有包括石油化工在內的3000多套系統應用。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）PROFIsafe 和PROFIBUS標準功能的系統可以共存、連接和通信；（2）大幅度降低電纜成本和設備成本；（3）設備診斷和狀態(tài)監視變得簡(jiǎn)單；（4）減輕了維護人員和設計人員的技術(shù)負擔；（5）備品備件還可減少。由于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)也通過(guò)了SIL認證，故安全系統也可和現場(chǎng)安全儀表產(chǎn)品、現場(chǎng)總線(xiàn)（HART、Foundation Field bus）、DCS產(chǎn)品、工廠(chǎng)儀表設備資產(chǎn)資源管理系統（PRM）集成，使用統一的人機界面和工作站，功能大大增強。

機組診斷與SIS的集成

分析壓縮機機組故障及其診斷的特點(diǎn)，引入模糊集合概念和模糊控制理論，將維修專(zhuān)家形成的故障現象模型與實(shí)際進(jìn)行比較，對運行情況進(jìn)行評定，建立壓縮機機組故障診斷模型，應用于機組控制和診斷過(guò)程，能有效地減少人為因素影響，使得故障診斷準確、快速。通過(guò)對故障診斷的分解，應用模糊數學(xué)的基本原理，選定典型故障現象和原因，分析其對應關(guān)系，確定其權重以及模糊關(guān)系矩陣。再經(jīng)過(guò)系統組態(tài)，將壓縮機診斷系統模塊集成到機組保護系統。使壓縮機機組以最佳控制方案，并且在非滿(mǎn)負荷工況下，效率高，操作范圍寬，運行安全，具有足夠的靈活性和可靠的防喘振保護性能。通過(guò)掌握工藝過(guò)程和壓縮機的操作性能，對壓縮機機組故障進(jìn)行分析和研究，進(jìn)行壓縮機機組的故障診斷，從而使壓縮機控制系統達到最佳化和最優(yōu)化。

構成一體化的安全監控系統

與模擬技術(shù)、仿真培訓、專(zhuān)家系統、知識系統等整合、融合，組成完整的安全管理系統。

國內制造商和服務(wù)商悄然興起

以北京康吉森安全工程公司和北京昊圖自動(dòng)化工程公司為代表，希望有能力在未來(lái)成為安全工程公司（Safety Engineering Company）。不僅是安全儀表系統的生產(chǎn)制造商、供貨商，而且在流程工業(yè)的風(fēng)險評估、安全等級劃分、安全系統設計等安全生命周期的各階段展開(kāi)工作，成為集安全產(chǎn)品、工廠(chǎng)一體化安全解決方案與安全咨詢(xún)?yōu)橐惑w的安全工程公司。主要工作方向是大型石化工業(yè)安全儀表系統國產(chǎn)化的研發(fā)；大型石化工業(yè)機組控制系統國產(chǎn)化的研發(fā)；組建安全評估咨詢(xún)團隊，提供安全和可靠性評估報告；組建由安全認證工程師組成的國際水平的工程師隊伍， 確保工程質(zhì)量；開(kāi)展國際交流，在中國推廣IEC61508和IEC61511標準的應用等。