安全計装の基本概念と配置原則

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1. 安全計装システム（SIS）とは、1つ以上の安全計装機能を実現する計装システムであり、計測計器、ロジックコントローラ、最終素子および関連ソフトウェアで構成される。また、システムとして通信インターフェースやヒューマンマシンインターフェースも備えている。システムの特徴はフォールトセーフ型です。2. 安全計装機能（SIF）とは、危険な事象の発生を防ぎ、または減少させ、あるいはプロセスを安全な状態に保つために、計測器、論理コントローラ、最終素子、および関連ソフトウェアなどを用いて実現される安全保護機能または安全制御機能のことである。3. リスク、安全リスク：発生が予想される特定の危険な事象とその結果。安全：簡単に言えば、受け入れられるリスクこそが安全です。4. 安全完全性、安全完全性レベル（SIL）安全完全性：規定された条件および時間内に、SISがSIFを達成する平均確率。安全完全性レベル（SIL）：安全機能のレベルで、低い順から高い順にSIL1—SIL4となる。本規格では、安全機能の割り当てにおいて、安全完全性レベルはSIL3までとすることを要求している。低要求動作モード：SIL1は年平均故障確率が10-1～10-2、SIL2は年平均故障確率が10-2～10-3、SIL3は年平均故障確率が10-3～10-4。SIL評価の内容：1）各SIFのSILを決定する、2）テスト間隔時間を含む診断、メンテナンス、テストの要件を決定する。5. 基本プロセス制御システム（BPCS）とは、プロセスの測定値やその他の機器、計器、制御システム、またはオペレータからの入力信号に応答し、プロセス制御の規則やアルゴリズム、方式に従って出力信号を生成することで、プロセス制御および関連機器の運用を実現するシステムである。（理解とは、SIS以外の制御システムであり、SIFを実行しないシステムのことです）。6. 保護層とは、予防、制御、緩和などの手段によってリスクを低減する措置である。安全ライフサイクル：エンジニアリング案の設計から、すべての安全計装機能が使用されなくなるまでの全過程。3つの段階に分かれる：1）エンジニアリング設計段階、案の設計から詳細なエンジニアリング設計が完了するまで。自己制御専門分野は、SIL評価および審査を受ける前の段階では参加者であったが、その後は主導者となる。2）統合調整試験受け入れテスト段階は、統合業者が主導する。3）運用保守段階では、オーナーの自己制御専門部門が主となる。三. 測定計器
測定計器には、アナログ式とデジタル式の2種類がある。

1. 一般規定
● 測定計器には、4～20mA+HART機能を備えたインテリジェントトランスミッターを使用することが望ましい。
● 爆発危険地域では、防爆型の計器を優先的に使用する。
● 現場に設置される測定計器の保護等級は、IP65以上でなければならない。
● 測定計器およびセンサーは、別々に設置することが望ましい。
● SISの入力信号として、フィールドバスやその他の通信方式を使用してはならない。

2. 測定計器の独立設置および冗長設置の原則
● SIL1レベルのSIFの場合：測定計器はBPCSと共有してもよく、単一の計器を使用しても構わない。
● SIL2レベルのSIFの場合：測定計器はBPCSから分離して設置し、冗長な計器を使用することが望ましい。
● SIL3レベルのSIFの場合：測定計器はBPCSから完全に分離して設置し、冗長な計器を使用しなければならない。

3. 冗長化の方法
● システムに高い安全性が求められる場合は、「または」論理構造を採用する。
● システムに高い可用性が求められる場合は、「と」論理構造を採用する。
● システムに高い安全性と高い可用性の両方が求められる場合は、3つのうち2つが正常であれば動作する論理構造を採用する。

四. 最終要素
最終要素には、制御弁（調節弁、遮断弁）、電磁弁、モーターなどのアクチュエータが含まれる。

1. 一般規定
● 最終要素としては、空気圧式の制御弁を使用することが望ましく、電動式の制御弁は避けるべきである。
● 空気圧式の制御弁が安全計装機能を果たす場合、SISが優先して動作するようにする必要がある。つまり、調節弁に付属する電磁弁はポジショナーとアクチュエータの間に、遮断弁に付属する電磁弁はアクチュエータ上に設置されるべきである。電磁弁の電源はSISによって供給されるべきである。●空気圧式制御弁は、スプリング復帰式の単一シリンダー式アクチュエータを使用することが望ましい。二重シリンダー式アクチュエータを使用する場合は、空気タンクまたは専用の計装用空気供給ラインを設置することが望ましい。●爆発危険地域では、防爆型の電磁弁やバルブ位置センサーを優先して使用すべきである。●現場に設置される電磁弁やバルブ位置センサーの保護等級は、IP65以上でなければならない。2.制御弁の独立設置および冗長設置の原則●SIL1のSIFの場合：制御弁はBPCSと共有してもよいが、SISが優先して動作するようにし、単一の制御弁を使用することができる。●SIL2のSIFの場合：制御弁はBPCSから分離して設置し、冗長な制御弁を使用することが望ましい。●SIL3のSIFの場合：制御弁はBPCSから分離して設置し、冗長な制御弁を使用しなければならない。3.冗長化の方法●制御弁の冗長化には、1つの調整弁と1つの遮断弁を組み合わせる方法や、2つの遮断弁を使用する方法がある。●システムに高い安全性が求められる場合、冗長な電磁弁は「または」論理構造を採用することが望ましい。●システムに高い可用性が求められる場合、冗長な電磁弁は「と」論理構造を採用することが望ましい。5.論理コントローラ論理コントローラは、プログラマブルな電子システムを使用するのが望ましい。簡単な場合では、リレー式システムや、プログラマブルな電子システムとリレー式システムを組み合わせたものを使用してもよい。1. 一般規定：論理コントローラがプログラマブル電子システムである場合● 論理コントローラの総応答時間は100ms～300msとすべきであり、総応答時間とは信号が論理コントローラに入力されてから出力されるまでに要する全時間を指す● 論理コントローラの中央処理装置の負荷は50％を超えてはならない● 論理コントローラの内部通信の負荷も50％を超えてはならず、イーサネットを使用する場合はその負荷は20％を超えてはならない。

2. 論理コントローラの独立設置および冗長設置の原則● SIL1を達成するためのSIF：論理コントローラはBPCSと分離して設置することが望ましく、冗長な論理コントローラを使用できる● SIL2を達成するためのSIF：論理コントローラはBPCSと分離して設置し、冗長な論理コントローラを使用することが望ましい● SIL3を達成するためのSIF：論理コントローラはBPCSと分離して設置し、必ず冗長な論理コントローラを使用しなければならない。

3. 論理コントローラの構成原則● 論理コントローラはSILの要件を満たし、SIFを独立して実行できるものでなければならない● 論理コントローラのソフトウェアおよびハードウェアのバージョンは正式にリリースされたものでなければならない● 論理コントローラの中央処理装置、I/Oユニット、電源ユニット、通信ユニットなどは独立したユニットであり、オンラインでこれらのユニットを交換しても論理コントローラの正常な動作に影響を与えないようにしなければならない● 論理コントローラにはソフトウェアおよびハードウェアによる診断・テスト機能が備わっており、診断・テストの情報はエンジニアステーションおよび/またはオペレータステーションで表示・記録されなければならない● 論理コントローラのシステム障害はSISのオペレータステーションで警告されることが望ましいが、BPCSのオペレータステーションで警告されても差し支えない。

4. 論理コントローラのインターフェース構成原則● I/Oカードの信号チャネルには光学的または電磁的な絶縁が施されていなければならず、I/Oカードではフィールドバス方式のデジタル信号を使用してはならない● 同一のプロセス変数を検出する複数の計測機器の信号は、異なる入力カードに接続されるべきである● 冗長な最終要素は異なる出力カードに接続され、各出力信号チャネルには1つの最終要素のみが接続されるべきである