脑极体 · 1月13日

工业生产中的“主动刹车”,是怎么实现的?

最近几年,各大汽车制造商都把一套系统作为主要卖点——

当车辆在行驶过程中,通过这套系统,在检测到前方有障碍物或离前车太近时,能够提醒司机及时刹车,甚至主动采取紧急制动,以保证驾驶安全。而这,就是我们很常见的汽车「主动刹车系统」。

随着社会的不断发展,“安全无小事”已经成为各行各业的基本准则,对汽车行业来说如此,对石油化工、煤化工、天然气等连续生产、且带有一定“高危属性”的行业来说就更加不容小觑。

那么问题就来了,汽车可以使用「主动刹车系统」减少安全隐患,对于上述这些重工业来说,有没有类似的系统,能够及时、准确发现危险?又能主动踩上一脚刹车呢?

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警钟长鸣,工业生产需要一道安全门

看过电影《烈火英雄》的都知道,石油行业的危险性非常高,而与之相通的还有炼化、化工、煤化气等等行业,这些被称为过程型工业。

我们再来看一组数据,以“安全生产事故”为关键词,在搜索引擎得到1亿个相关结果;而以“化工厂”“事故”为关键词,相关结果数量也高达4千万个。

可见在工业场景中,安全问题受到的关注程度不亚于“吃瓜热搜”。据统计, 2020年全国生产安全事故死亡人数为2.74万余人,尽管较往年有大幅度下降,但这个数字背后,带来的经济损失以及对家庭和社会的伤害,依然复杂严峻。

在这样的前提下,对于保有大量液压、高温锅炉、化工生产等设备的工业生产企业来说,就需要一道安全门——安全仪表系统(Safety Instrumented Systems,简称SIS)。

什么是SIS?

SIS即安全仪表系统,它根据美国仪表协会(ISA)对安全系统控制系统的定义而得名,也被称为紧急停车系统(ESD)、安全联锁系统(SIS)或仪表保护系统(IPS)等。

对大部分朋友来说,SIS应该是一个比较陌生的概念,但我们可以把它想象成上文提到的汽车主动刹车系统,只不过SIS多应用在工业场景里。

它可以通过传感器,监控生产过程中的温度、压力、流量、液位等等信息,如果指数超标或者设备出现故障,SIS安全仪表系统就可以自动,或者在必要时手动完成预先设定的安全动作,保护操作人员与设备的安全。

通过上述介绍,可以看到:能够提供连续的安全联锁保护的SIS,在核电站、炼油、石化、化工等大量工业领域当中都是一道十分重要的“安全门”。

踩好刹车,SIS必须具备的三大能力

值得注意的是,在了解汽车“主动刹车系统”的过程中,不难发现该系统本身存在的一些问题:反应过于灵敏导致异常制动、信息反馈不准确等等。

而在工业生产过程中,长时间处于“后台静默运行”状态的SIS如果经常出现这样的“小动作”,则可能会造成停工停产,甚至更严重的损失。因此这就需要SIS具备几个关键能力,接下来我们以施耐德电气旗下Triconex品牌最新的安全仪表系统Tricon CX为例,展开来讲——

·投票否决:可信的容错能力

生产过程复杂、封闭且多变,就极易出现虚假信号报警。因此,业内多会采取一种类似选举中的“多方监督,多数票决定”的结构进行判断。

以Tricon CX为例,它采用了经典的三重冗余TMR(Triple Modular Redundant)结构设计。简单来说就是:会为设备设施提供3个传感器,当其中1个报警,另外两个没有反应时,系统就会判定本次“投票”无效。这和我们常见的多数票获胜的投票制度类似,这样一来,就能够有效减少因为虚假信息而带来的停机停产。

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·硬核实力:强大的检测能力

某种程度上讲,SIS就像战士身上的铠甲,它不会主动产出攻击,而当作战者受到伤害,能立即起到防护作用。但与铠甲不同的是,SIS还需要在不动作的时候,检测本身是否有故障,并且判断出最终动作是否能正确执行。要做到这种无时无刻的“外察”和“自省”,就需要其具备强大的检测能力。

同样以Tricon CX为例, 通过Tricon CX 安全系统可以搭建成超过1,500,000个物理三模冗余 I/O 信号的安全系统平台,相当于一个中等城市的常住人口数量。辅以高达6,0000条SOE容量(Sequence Of Event,指事件顺序记录),以及最远70KM的远程扩展能力。通过这种“天眼”级别的检测,做到了“事无巨细、面面俱到”。
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除了“大而全”,处理速度也得“快而强”,Tricon CX控制器采用了先进的高速工业芯片以及高达1GB的总线传输。同时,Tricon CX支持1毫秒SOE分辨率,回路监督功能、集成HART功能等。这些模块就像手机芯片,为SIS系统的运行提供强劲动力。

·守护底线:不断提升的安全能力

安全是SIS存在的底线。然而,换一个角度来讲,SIS不仅需要保障生产过程中的安全,在如今的数字时代中,SIS的信息安全也同样重要。

跟判断食品安全与否,可以查看其有没有获得相关的食品认证等级一样,SIS够不够安全其实也有相关的认证。Tricon CX就获得了SIL-3功能安全认证及SL1信息安全认证,这两个认证在行业中均是接近“行业标准天花板”的存在。

另外,值得一提的是,Tricon CX隶属Triconex家族,与其他Triconex系统使用同样的软件,形成软硬件一体化。同时基于施耐德电气EcoStruxureTM建立了全面的数字化安全解决方案。真正做到“安全,Tricon CX是认真的”。
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工作介质易燃易爆、设备装置大型化、工艺过程复杂……都是过程型工业的特点,通过海内外的相关事故案例,我们都能窥见:如果其间发生事故,将带来难以估量的严重后果。除此之外在电力、轨道交通、核工业等行业也面临着同样的安全问题。

在这种情况下,施耐德电气Triconex系统作为SIS行业中的典型代表和主力军,能够为工业生产加上一道坚固的安全门,成为不可缺少的保障。

获取最新Tricon CX产品介绍,可移步“施耐德电气”公众号,关注并回复“SIS”。

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