本文摘要：本文图片泉源：希马宁静自动化解决方案作者 | CEChina“ 随着历程工业变得越来越庞大，依赖系统自身的本质宁静越来越难以简朴地实现。因此功效宁静的观点也就自然而然地在更多的行业获得了普及。那么，在人工智能和物联网技术日新月异的今天，针对功效宁静又有哪些挑战和全新解决方案呢？”希马（上海）工业自动化有限公司总司理Peter Sieber先生在“2020 ARC工业论坛”上做了《降低风险 优化宁静支出》的陈诉，我们凭据此次演讲内容，来谈谈工业物联网时代的功效宁静计谋。

本文图片泉源：希马宁静自动化解决方案作者 | CEChina“ 随着历程工业变得越来越庞大，依赖系统自身的本质宁静越来越难以简朴地实现。因此功效宁静的观点也就自然而然地在更多的行业获得了普及。那么，在人工智能和物联网技术日新月异的今天，针对功效宁静又有哪些挑战和全新解决方案呢？”希马（上海）工业自动化有限公司总司理Peter Sieber先生在“2020 ARC工业论坛”上做了《降低风险 优化宁静支出》的陈诉，我们凭据此次演讲内容，来谈谈工业物联网时代的功效宁静计谋。

功效宁静的掩护层设计 现代大工业，尤其是历程行业，从降生之日起就面临着种种各样的风险和隐患。为了淘汰事故的发生频率和降低事故的灾难性结果，现代工业设施在设计之初就会有大量宁静方面的思量，好比将重要设备和易燃易爆区域隔离的本质宁静方法，就很是受接待。

这就如同2020年人们最熟悉的保持社交距离或者居家隔离，它很是有效，可是当人们开始必不行少的生发生活运动，相互之间的交互变得不行制止的时候，这种逻辑上最为简朴的方法就必须要举行革新或者接纳其他的方法举行增补。在抗击呼吸道感染病的时候，人们佩带口罩使用洗手液，而在工业设施当中，功效宁静技术和系统也就起到了相同的作用。

根据国际电工理事会（IEC）的界说，历程风险是危险事件发生频率和结果的乘积，而风险分析和治理的目的，就是要通过功效宁静技术中差别的掩护层将风险降低到可以被接受的水平。可以说，功效宁静为历程治理带来了全新的理念，现代历程工业才气得以根据现有的方式运行为普通公共所接受。

那么，历程控制中如何实现功效宁静呢？Peter Sieber提出了圆盘模型，将受控设备、基本历程控制系统和宁静仪表系统想象成三个圆盘。下面就先来看一段Peter关于圆盘模型的视频解说。我们可以将需要掩护的历程，即受控设备（EUC）想象成一个旋转的圆盘，如图。

圆盘上的洞，代表历程中的偏差或者是故障隐患。而洞的面积和数量代表着历程的失效概率。现在假设我们蒙上双眼用木剑刺向圆盘，如果木剑能够正好通过那些毛病刺破圆盘，就表现泛起了历程失效。

事实上人们对差别历程失效结果的接受水平差异很大，好比水箱的液位丈量仪会有那么几秒没有测出准确的数值，可能没有人会在意这点。可是在对火灾及易燃气体的监控中，如果丈量禁绝的时间连续十几分钟，那么可能就会引发庞大危险。▎受控设备（EUC）为了应对这些偏差，最常见的方法是增加第二个圆盘，如图。也就是基本历程控制系统（BPCS），即第二个掩护层，用于解决由于工艺设计的缺陷而导致的风险。

从原理上这很好明白，即便每个圆盘上都有一些毛病，可是因为它们毛病的位置纷歧样，旋转的速度也差别，一剑刺已往正好同时落在两个圆盘的毛病上的几率实在是不高。然而，凭据差别的应用场所，往往对这种几率的接受水平也有所差别。▎基本历程控制系统（BPCS）那么如何才气进一步控制风险呢？方法很简朴，就是再加上第三个圆盘——宁静仪表系统（SIS），如图，即第三个掩护层。

即便这个新圆盘可能也会有一些洞，可是数量和尺寸都比第二个圆盘上的小许多。如果用木剑一千次（十的三次方）也无法同时刺破所有三个圆盘，我们实际上就实现了功效宁静里的宁静完整性品级SIL3，而要到达SIL4的话就是需要保证即便一万次（十的四次方）也无法扎破。

固然，从历程工业的角度，我们现在谈论的低需求模式，也就是拿木剑刺圆盘的频率要低于每年一次。换句话说，SIL3的要求就是受控设备泛起事故的概率应该是低于每一千年一次。面临这样严格的要求，在设计SIS的时候，我们不光要思量技术能力能否到达，也要思量应该接纳什么样的质量工程技术保证SIS的可靠性和可用性。▎宁静仪表系统（SIS） 物联网给功效宁静带来的挑战 物联网技术为历程行业提速，功效和模块的变换将越发迅速，越发容易，可是更快的速度也意味着BPCS犯错的次数会更多。

虽然SIS有着一整套行之有效的尺度，可是每一次厘革都市带来大量的事情，而且事情与基本控制系统的自动化差别，通常需要调感人力才气完成。如果SIS与基本控制系统集成，接纳同样的自动化变换方式，这样系统的灵活性可以获得一定的提升，可是会带来另外一个关键性的问题——独立性。一旦SIS的失效方式与基本控制系统的失效存在关联，就会泛起所谓的系统性问题，即一个系统失效另外一个同时也失效。

根据如上圆盘的观点，如果两个圆盘很相似，也就是毛病都泛起在类似的位置，同时被刺穿的风险就大大增加了。因此，SIS和BPCS通常会接纳差别的技术，制止使用相同的元素，好比操作系统、网络协议或者电路，从而淘汰共因失效的概率。▎物联网给功效宁静带来的挑战可是不管怎样，历程行业都应该做好准备实施种种物联网解决方案，我们需要思考如何适应物联网的灵活性以及建设与物联网兼容的事情流程，为此首先需要对现有的事情内容以及流程举行评估。

凭据IEC 61511，首先我们要做历程危害与风险分析，然后是掩护层分析，形成宁静需求规范，之后举行设计和实施、测试及维护，固然在维护的历程中还要举行变换治理。纵览整个流程，其中只有设计和实施环节可以认为是与BPCS相同的，某些环节是SIS专属的，譬如危害与风险分析、掩护层分析以及宁静需求规格书，其他的环节测试、维护、维护及变换治理虽然类似于BPCS，可是细节上的区别却很是之大。

▎增加功效宁静灵活性如果我们要提高效率、越发灵活，我们必须清楚SIS系统相关的事情流程是以功效宁静为中心的流程。面向物联网的智能宁静治理平台 高 效纵览整个宁静仪表系统流程的每个环节的详细做法，不难发现，许多事情都是各自独立，接纳差别的工具，甚至许多都是人工完成的，形成的文档花样及类型也是五花八门。工程师们为了提高效率，一般都市更倾向平台类工具，因为它们可以笼罩宁静工程的方方面面。这样的工具，既可以做LOPA分析，也可以关注那些非宁静需求，挪用专门的功效数据库，将工程工具的功效转化成宁静系统的工具。

基于唯一的平台，就意味着不需要种种独立的工具和文件，就可以将识别出来的危险与解决危险的方法全部关联起来，简化迭代流程，这样淘汰了实际事情量和人力成本，还能够提升工程质量。更为关键的是，可以轻松应对政府的审查。针对SIS的平台工具主要有两个层面：第一方面为信息处置惩罚层，主要接纳平台化的工具处置惩罚信息；另一个方面是功效宁静层，需要使用功效宁静相关的工程工具编程、设置宁静系统。如果能够使用专门的功效数据库，挪用许多之前信息处置惩罚历程中的测试和验证的数据，就可以大大降低这个阶段测试的事情量。

固然，测试和维护也需要纳入到两个层面的思量当中，这样才气够自动获取关于宁静系统运行状态的信息，可以验证一个低需求模式的系统是否简直处于低需求模式。好比说，如果传感器的预期失效频率是平均每十年一次，通过将维护数据输入到信息处置惩罚层，就可以举行验证，有须要时举行更改。

平台工具可以设定宁静系统的关键指标（KPI）并举行监控，这就是单纯的宁静工程和风险治理的主要区别。如果可靠性指标存在不足，历程企业就可以接纳行动以保证KPI的告竣。如上所述的平台工具及工程工具，不光适用于功效宁静的流程，也同样适用于在其非功效宁静的流程，譬如网络宁静。

这样企业就拥有了全局的、统一的风险治理系统。经济宁静历程工厂的功效宁静的投资，也分为两个阶段。

在资本支出阶段，完成宁静计划、风险分析、详细设计和试车。在运营支出阶段，需要思量宁静系统的维护治理、周期性测试和绩效评估。

为了优化总体宁静成本，应该尽可能让两个阶段的事情只管相互重叠，我们称之为宁静卓越，而实现这一理念的方法就是一体化风险治理——整合项目的投资和运营成本。那么如何将投资和运营成本的整合落到实处呢？以希马解决方案为例，所有产物接纳了统一的宁静区的理念，希马的功效宁静层（特别是与之前所述的信息层）允许与外界举行数据交互，希马为此与MANGAN软件公司互助，引入其生命周期治理的平台化工具，该平台与希马宁静区建设开放的、宁静的通讯毗连，这样就组成了优化资本支出和运营支出的基础。首先，是面向功效宁静的信息宁静物联网以开放性为特点，可是同时也面临网络宁静庞大的挑战。希马掌握其所有宁静系统的焦点，99%以上的软件都是由自主开发，很是稳定和可靠。

围绕产物焦点，基于网络宁静治理的尺度及执法法例，我们针对其宁静系统界说了网络宁静情况和宁静界限。同时，对于系统网络宁静的治理也形成了奇特的解决方案。

我们的客户正在全世界运行凌驾35,000套系统，现在为止没有发生任何宁静相关的事故。其次，宁静功效的智能化生成将信息层的数据自动导入功效宁静层，将信息层的因果表或者逻辑形貌，转换为功效宁静层可执行的功效块，在此历程中也可以对前期设计举行校验。第三，智能逻辑测试希马平台工程软件对所有的逻辑可以制定测试计划，逻辑完成后即可举行自动测试，自动形成测试文档，也可以淘汰测试的人为失误。

第四，智能回路测试希马宁静控制器集成HART接口，可以从HART设备读取诊断信息，并发送测试值给HART设备。联合上述的智能逻辑测试功效，就可以短时间完成大量HART设备的回路测试。第五，智能绩效检查使用OPC UA，可以宁静地将功效宁静层的数据实时反馈给信息层，以实现智能的绩效检查。

总而言之，面向物联网的智能宁静解决方案，兼顾了网络宁静性，在设计操作中也充实承袭了物联网智能、灵活、开放的理念，实现了同质化的宁静工程以及基于云的宁静工程工具的操作，充实整合投资和运营成本，让宁静系统越发适应历程行业的生长要求，使得历程工厂越发兼顾经济、宁静和效率。

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