안전 계측기의 기본 개념 및 구성 원칙

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1. 안전 계측 시스템(SIS)은 하나 이상의 안전 계측 기능을 구현하는 계측 시스템으로, 측정 계기, 논리 제어기, 최종 부품 및 관련 소프트웨어로 구성되며, 시스템으로서 통신 인터페이스와 인간-기계 인터페이스도 갖추고 있습니다.시스템 특성은 고장 안전형입니다.2. 안전 계측 기능(SIF)은 위험한 사고가 발생하는 것을 방지하거나 줄이며, 공정의 안전한 상태를 유지하기 위해 측정 계기, 논리 제어기, 최종 부품 및 관련 소프트웨어 등을 활용하여 구현되는 안전 보호 기능 또는 안전 제어 기능입니다.3. 위험, 안전 위험: 발생할 가능성이 있는 특정한 위험 사건과 그 결과.안전: 간단히 말해, 받아들일 수 있는 위험이 바로 안전입니다.4. 안전 완전성, 안전 완전성 등급(SIL) 안전 완전성: 규정된 조건과 시간 내에 SIS가 SIF를 달성하는 평균 확률.안전 완전성 등급(SIL): 안전 기능의 등급으로, 낮은 순서부터 높은 순서까지 SIL1—SIL4로 나뉩니다.이 규격은 안전 기능을 할당할 때 안전 무결성 등급을 최대 SIL3로 유지하도록 요구합니다.낮은 요구 사항의 작동 모드: SIL1은 연평균 고장 확률이 10-1~10-2입니다. SIL2는 연평균 고장 확률이 10-2~10-3입니다. SIL3는 연평균 고장 확률이 10-3~10-4입니다. SIL 평가 내용: 1) 각 SIF의 SIL을 결정합니다. 2) 테스트 간격 시간을 포함한 진단, 유지보수 및 테스트에 대한 요구 사항을 결정합니다.5. 기본 공정 제어 시스템(BPCS)은 공정 측정값 및 기타 장비, 계측기, 제어 시스템 또는 운영자의 입력 신호에 반응하여, 공정 제어 규칙, 알고리즘, 방식에 따라 출력 신호를 생성함으로써 공정 제어와 관련 장비의 작동을 수행하는 시스템입니다.(이해하자면 SIS 이외의 제어 시스템, 즉 SIF를 실행하지 않는 시스템입니다.)6. 보호층은 예방, 통제, 완화와 같은 수단을 통해 위험을 줄이는 조치입니다. 안전 라이프사이클: 공정 설계가 시작되는 순간부터 모든 안전 계장 기능이 더 이상 사용되지 않게 되는 전체 과정을 말합니다.세 단계로 나뉩니다: 1) 엔지니어링 설계 단계, 기획 설계부터 상세 엔지니어링 설계가 완료될 때까지.자동제어 전공은 SIL 평가 및 심사를 받기 전까지는 참여자였으나, 그 이후에는 주도자가 됩니다.2) 통합 조정 및 검수 테스트 단계는 통합업체가 주도합니다.3) 운영 유지보수 단계에서는 소유주의 자동제어 전문가가 주도적인 역할을 합니다.III. 측정 계기
측정 계기에는 아날로그형과 디지털형이 있습니다.

1. 일반 규정
● 측정 계기로는 4～20mA+HART 방식의 스마트 트랜스미터를 사용하는 것이 바람직합니다.
● 폭발 위험이 있는 장소에서는 방폭형 계기를 우선적으로 사용해야 합니다.
● 현장에 설치되는 측정 계기의 보호 등급은 IP65 이상이어야 합니다.
● 측정 계기와 데이터 수집 장치는 별도로 설치하는 것이 좋습니다.
● SIS의 입력 신호로서 현장 버스나 다른 통신 방식을 사용해서는 안 됩니다.

2. 측정 계기의 독립적 설치 및 중복 설치 원칙
● SIL1 수준의 SIF의 경우: 측정 계기는 BPCS와 공유될 수 있으며, 단일 측정 계기를 사용해도 됩니다.
● SIL2 수준의 SIF의 경우: 측정 계기는 BPCS와 분리되어 있어야 하며, 중복된 측정 계기를 사용하는 것이 바람직합니다.
● SIL3 수준의 SIF의 경우: 측정 계기는 반드시 BPCS와 분리되어 있어야 하며, 중복된 측정 계기를 사용해야 합니다.

3. 중복 방식
● 시스템이 높은 안전성을 요구할 경우, “또는” 논리 구조를 사용해야 합니다.
● 시스템이 높은 가용성을 요구할 경우, “과” 논리 구조를 사용해야 합니다.
● 시스템이 높은 안전성과 높은 가용성을 모두 요구할 경우, 3중 선택 논리 구조를 사용해야 합니다.

IV. 최종 부품
최종 부품에는 제어 밸브(조절 밸브, 차단 밸브), 솔레노이드 밸브, 모터와 같은 실행 장치들이 포함됩니다.

1. 일반 규정
● 최종 부품으로는 공압식 제어 밸브를 사용하는 것이 바람직하며, 전동식 제어 밸브는 사용하지 않는 것이 좋습니다.
● 공압식 제어 밸브가 안전 계기 기능을 수행할 때는 SIS가 우선적으로 작동해야 합니다. 즉, 조절 밸브에 장착된 솔레노이드 밸브는 포지셔너와 액추에이터 사이에 설치되어야 하며, 차단 밸브에 장착된 솔레노이드 밸브는 액추에이터에 설치되어야 합니다.전자식 밸브의 전원은 SIS에서 공급되어야 합니다. 공압식 제어밸브의 경우, 스프링으로 복원되는 단일 실린더 구조의 액추에이터를 사용하는 것이 바람직합니다. 만약 이중 실린더 구조의 액추에이터를 사용할 경우, 공기 저장탱크나 전용 계측용 공기 공급 라인을 함께 사용하는 것이 좋습니다. 폭발 위험이 있는 장소에서는 방폭형 전자식 밸브와 밸브 위치 센서를 우선적으로 사용해야 합니다. 현장에 설치되는 전자식 밸브와 밸브 위치 센서의 보호 등급은 IP65 이상이어야 합니다.

제어밸브는 독립적으로 설치되거나 중복으로 설치되는 것이 원칙입니다. SIL1 수준의 SIF의 경우, 제어밸브는 BPCS와 공유될 수 있지만, SIS가 우선적으로 작동해야 하며, 단일 제어밸브를 사용할 수 있습니다. SIL2 수준의 SIF의 경우, 제어밸브는 BPCS와 분리되어 설치되어야 하며, 중복된 제어밸브를 사용하는 것이 바람직합니다. SIL3 수준의 SIF의 경우, 제어밸브는 반드시 BPCS와 분리되어 설치되어야 하며, 중복된 제어밸브를 사용해야 합니다.

중복 방식으로는, 하나의 조절밸브와 하나의 차단밸브를 사용하거나, 두 개의 차단밸브를 사용할 수도 있습니다. 시스템이 높은 안전성을 요구할 경우, 중복된 전자식 밸브는 “또는” 논리 구조를 사용하는 것이 좋습니다. 반면, 시스템이 높은 가용성을 요구할 경우, 중복된 전자식 밸브는 “과” 논리 구조를 사용하는 것이 바람직합니다.

논리 컨트롤러는 프로그래밍 가능한 전자 시스템을 사용하는 것이 좋습니다. 간단한 경우에는 릴레이 시스템을 사용하거나, 프로그래밍 가능한 전자 시스템과 릴레이 시스템을 혼합하여 사용할 수도 있습니다.1. 일반 규정: 논리 컨트롤러가 프로그래밍 가능한 전자 시스템인 경우 ● 논리 컨트롤러의 총 응답 시간은 100ms~300ms가 적절하며, 여기서 총 응답 시간이란 신호가 논리 컨트롤러에 들어오는 순간부터 나가는 순간까지 걸리는 전체 시간을 의미합니다. ● 논리 컨트롤러의 중앙 처리 장치의 부하는 50%를 초과해서는 안 됩니다. ● 논리 컨트롤러의 내부 통신 부하도 50%를 초과해서는 안 되며, 이더넷을 사용하는 경우에는 20%를 초과해서는 안 됩니다.

2. 논리 컨트롤러의 독립적 설치 및 중복 설치 원칙 ● SIL1을 충족하기 위해서는 논리 컨트롤러를 BPCS와 분리하여 설치하는 것이 좋으며, 중복 논리 컨트롤러를 사용할 수 있습니다. ● SIL2를 충족하기 위해서도 논리 컨트롤러를 BPCS와 분리하여 설치해야 하며, 중복 논리 컨트롤러를 사용하는 것이 바람직합니다. ● SIL3을 충족하기 위해서도 논리 컨트롤러를 BPCS와 분리하여 설치해야 하며, 반드시 중복 논리 컨트롤러를 사용해야 합니다.

3. 논리 컨트롤러의 구성 원칙 ● 논리 컨트롤러는 SIL 요구사항을 충족해야 하며, SIF를 독립적으로 수행할 수 있어야 합니다. ● 논리 컨트롤러의 소프트웨어 및 하드웨어 버전은 정식으로 출시된 것이어야 합니다. ● 논리 컨트롤러의 중앙 처리 장치, I/O 장치, 전원 장치, 통신 장치 등은 각각 독립된 장치여야 하며, 온라인 상에서도 이러한 장치들을 교체할 수 있어야 합니다. ● 논리 컨트롤러에는 소프트웨어 및 하드웨어 진단 및 테스트 기능이 있어야 하며, 진단 및 테스트 결과는 엔지니어 스테이션 및/또는 운영 스테이션에 표시되고 기록되어야 합니다. ● 논리 컨트롤러의 시스템 오류는 SIS의 운영 스테이션에서 알람으로 표시될 수 있으며, BPCS의 운영 스테이션에서도 알람으로 표시될 수 있습니다.

4. 논리 컨트롤러의 인터페이스 구성 원칙 ● I/O 카드의 신호 채널에는 광학적 또는 전자적 절연 기능이 있어야 하며, I/O 카드는 필드버스 디지털 신호를 사용해서는 안 됩니다. ● 동일한 과정 변수를 측정하는 여러 개의 센서의 신호는 서로 다른 입력 카드에 연결되어야 합니다. ● 중복된 최종 부품들은 서로 다른 출력 카드에 연결되어야 하며, 각 출력 신호 채널에는 하나의 최종 부품만 연결되어야 합니다