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以過程控制系統（PCS）為代表的生產操作控制層，又稱為基礎自動化層。它主要包括：分散控制系統/現場總線控制系統（DCS/FCS）、安全儀表系統（SIS）、火災及氣體檢測系統（FGS）、儲運自動化系統（MAS）、壓縮機組控制系統（CCS）、大型機組狀態監測系統（MMS）、設備包控制系統（PLC）、在線分析儀系統（PAS）、儀表設備管理系統（AMS）、操作員培訓仿真系統（OTS）、過程控制計算機系統（PCCS）（實施先進控制APC和實時優化RTO等）及實時數據庫（RTDB）等系統，其核心是DCS/FCS系統。

安全儀表系統，Safety instrumentation System，簡稱SIS；又稱為安全聯鎖系統（Safety interlocking System）。主要為工廠控制系統中報警和聯鎖部分，對控制系統中檢測的結果實施報警動作或調節或停機控制，是工廠企業自動控制中的重要組成部分。

安全儀表系統SIS的發展

冗余機制的變化

安全保護系統從20世紀60年代開發，以氣動和繼電元件為主。到70年代，由簡單的繼電器系統發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展為冗余系統和容錯系統。SIL3安全度等級是石油化工行業的最高安全等級。而最新等級的產品則符合SIL4的要求。從70年代開始產生于航空領域的三重冗余多數表決機制（TMR, Triple Modular Redundancy）開始用于安全系統。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)技術和軟件冗余技術出現，如HIMA的H41q/H51q系統。容錯機制是指一個和多個元件或部件出現故障時系統仍能繼續運行的能力。容錯系統能發現故障并排出故障的影響。新型SIS（如TRICON）可以實現系統所有部件和部分相關設備故障的容錯特性。容錯手段主要是冗余、自診斷和在線維護修理。

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

經驗統計，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鍵。隨之產生了二重化電磁閥、切斷閥及在線部分行程試驗（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），幫助專業人員監控安全儀表系統(SIS)的運行狀況和可靠性。通過精確監控系統狀態，減少對其進行的不必要的維護，并能夠將導致安全事故和工廠意外停機的故障減至最少。SIS-Health Monitoring可支持更出色的工作實踐，從而能夠使安裝和運營成本減少20%~30%。報告顯示，有超過20%的工廠事故是由SIS維護和測試錯誤導致的。很多情況下，由于無法精確監控系統狀態，工廠會不斷地進行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帶來不必要的SIS工程工作，從而導致系統故障。 霍尼韋爾的SIS-Health Monitoring是一套可通過自定義設置滿足特定工廠要求、條件和過程需求的工具箱，包含以下兩個模塊：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PLC和DCS技術的發展，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和標準，配線成本膨脹，檢驗時間過長，系統更新困難。因此，人們開始對陳舊的安全系統提出了疑問。

德國PROFIBUS協會（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。其優點是：（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）設備診斷和狀態監視變得簡單；（4）減輕了維護人員和設計人員的技術負擔；（5）備品備件還可減少。由于現場總線技術也通過了SIL認證，故安全系統也可和現場安全儀表產品、現場總線（HART、Foundation Field bus）、DCS產品、工廠儀表設備資產資源管理系統（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，引入模糊集合概念和模糊控制理論，將維修專家形成的故障現象模型與實際進行比較，對運行情況進行評定，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。通過對故障診斷的分解，應用模糊數學的基本原理，選定典型故障現象和原因，分析其對應關系，確定其權重以及模糊關系矩陣。再經過系統組態，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。通過掌握工藝過程和壓縮機的操作性能，對壓縮機機組故障進行分析和研究，進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化。

構成一體化的安全監控系統

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

國內制造商和服務商悄然興起

以北京康吉森安全工程公司和北京昊圖自動化工程公司為代表，希望有能力在未來成為安全工程公司（Safety Engineering Company）。不僅是安全儀表系統的生產制造商、供貨商，而且在流程工業的風險評估、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工作，成為集安全產品、工廠一體化安全解決方案與安全咨詢為一體的安全工程公司。主要工作方向是大型石化工業安全儀表系統國產化的研發；大型石化工業機組控制系統國產化的研發；組建安全評估咨詢團隊，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， 確保工程質量；開展國際交流，在中國推廣IEC61508和IEC61511標準的應用等。