本文内容来自：作者：魏毅，高级工程师，致力于推动流程工业自动化技术创新和发展。现居北京。电子邮件：[email protected]
GBT 50770-2013《石油化工安全仪表系统设计规范》6.1.5条规定：测量仪表不应采用现场总线或其他通信方式作为安全仪表系统的输入信号。6.1.2条规定：测量仪表宜采用4-20mA叠加HART传输信号的智能变送器。
上述两条规定决定了当前国内石油化工安全仪表系统只能采用模拟信号仪表作为输入输出设备。标准是实践的总结，并且用来规范和指导实践。这些规定反映了当时的技术水平。
与模拟信号仪表相比，现场总线仪表、工业以太网仪表等数字通信型仪表有着巨大的性能优势。
随着技术进步，数字通信型仪表的可靠性不断提高，具备了应用于安全仪表系统的可行性。
IEC 61784-3-2021《工业通信网络-行规-第3部分：功能安全现场总线-通用规则和行规定义》规定了工业通信网络和系统中使用的数据传输协议和通信规范。
IEC 61784-3主要涉及工业自动化领域中的实时现场总线和以太网通信，包括数据传输速率、数据传输方式、数据帧格式、数据传输控制以及网络拓扑结构等方面的内容。该标准的目的是为工业自动化安全仪表系统领域提供一种可靠、高效的通信方式，以实现设备之间的数据交换和信息共享。
符合IEC61784-3的通信协议可以理解为具有功能安全特性同时又满足工业现场总线要求的安全通信过程。满足工业现场总线要求即意味着满足整个IEC61784系列标准，具有功能安全特性即是具有相应的SIL能力。
对安全通信的基本要求是：通信过程的残余差错率应该小于要求SIL对应PFD或PFH的1%，例如某个安全回路要求实现SIL3，其整个回路的PFH要求应该小于10E-7，而其中安全通信的残余差错率应该小于10E-9。
从功能安全的角度，实现安全通信的方式主要为黑通道技术。黑通道的含义是两端的设备（安全数据发送和安全数据最终接收）符合IEC61508，中间的通信过程符合IEC61784-3，中间的软硬件不要求符合IEC61508要求。采用黑色通道实现安全通信的基本理念如下图所示：
实现安全通信的关键是设计安全通信层（SCL），对安全数据按照标准要求进行封装。至于实现通信过程的其他层：物理、数据链路、会话、传输、应用等可以根据具体的应用自行设计，包括通信过程中的所有中间管道，包括网关、路由器、无线等都可以自行设计，这些设备的软硬件没有任何额外的要求。
安全通信层是位于黑通道之上的一层，它包含了所有必要的措施以确保数据安全传输，满足IEC 61508标准的功能安全要求。SCL负责实现数据的完整性、时间戳、连接认证、冗余校验等安全措施。
- 数据完整性：通过使用如循环冗余校验（CRC）等校验方法，确保传输数据未被损坏。
- 时间戳：消息中包含时间戳，以确保数据在特定时间点的准确性。
- 冗余与交叉检查：通过发送多份相同消息并进行比对，以检测和纠正错误。
- 不同数据完整性保证系统：如果通过同一总线传输安全相关（SR）和非安全相关（NSR）数据，可以使用不同的数据完整性保证系统或编码原则，以确保NSR消息不会影响SR接收器中的任何安全功能。
在评估和测试安全通信系统时，需要验证SCL的实现是否符合IEC 61508标准的要求，并确保所选的安全通信配置文件（FSCP）能够在系统中实现所需的安全完整性等级（SIL）。
综上所述，符合IEC61784-3的数字通信型仪表符合相关标准和安全等级要求，
能够有效保护装置安全运行，
