工业生产中的“主动刹车”，是怎么实现的？

Posted 2022-02-06 脑极体

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？

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。

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”。

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EcoStruxure^TM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”。

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。

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