北京白癜风医院 https://jbk.39.net/yiyuanzaixian/bjzkbdfyy/bdf/本文图片来源：希马安全自动化解决方案
作者
CEChina
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随着过程工业变得越来越复杂，依赖系统自身的本质安全越来越难以简单地实现。因此功能安全的概念也就自然而然地在更多的行业得到了普及。那么，在人工智能和物联网技术日新月异的今天，针对功能安全又有哪些挑战和全新解决方案呢？
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希马（上海）工业自动化有限公司总经理PeterSieber先生在“ARC工业论坛”上做了《降低风险优化安全支出》的报告，我们根据此次演讲内容，来谈谈工业物联网时代的功能安全策略。
功能安全的保护层设计
现代大工业，尤其是过程行业，从诞生之日起就面临着各种各样的风险和隐患。为了减少事故的发生频率和降低事故的灾难性后果，现代工业设施在设计之初就会有大量安全方面的考虑，比如将重要设备和易燃易爆区域隔离的本质安全方法，就非常受欢迎。
这就如同年人们最熟悉的保持社交距离或者居家隔离，它非常有效，但是当人们开始必不可少的生产生活活动，彼此之间的交互变得不可避免的时候，这种逻辑上最为简单的方法就必须要进行改进或者采用其他的方法进行补充。在抗击呼吸道传染病的时候，人们佩戴口罩使用洗手液，而在工业设施当中，功能安全技术和系统也就起到了相同的作用。
按照国际电工理事会（IEC）的定义，过程风险是危险事件发生频率和后果的乘积，而风险分析和管理的目标，就是要通过功能安全技术中不同的保护层将风险降低到可以被接受的水平。可以说，功能安全为过程管理带来了全新的理念，现代过程工业才能得以按照现有的方式运行为普通大众所接受。
那么，过程控制中如何实现功能安全呢？PeterSieber提出了圆盘模型，将受控设备、基本过程控制系统和安全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讲解。
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我们可以将需要保护的过程，即受控设备（EUC）想象成一个旋转的圆盘，如图。圆盘上的洞，代表过程中的偏差或者是故障隐患。而洞的面积和数量代表着过程的失效概率。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漏洞刺破圆盘，就表示出现了过程失效。事实上人们对不同过程失效后果的接受程度差别很大，比如水箱的液位测量仪会有那么几秒没有测出精确的数值，可能没有人会在意这点。但是在对火灾及易燃气体的监控中，如果测量不准的时间持续十几分钟，那么可能就会引发巨大危险。
▎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。也就是基本过程控制系统（BPCS），即第二个保护层，用于解决由于工艺设计的缺陷而导致的风险。从原理上这很好理解，即便每个圆盘上都有一些漏洞，但是因为它们漏洞的位置不一样，旋转的速度也不同，一剑刺过去正好同时落在两个圆盘的漏洞上的几率实在是不高。然而，根据不同的应用场合，往往对这种几率的接受程度也有所不同。
▎基本过程控制系统（BPCS）
那么如何才能进一步控制风险呢？方法很简单，就是再加上第三个圆盘——安全仪表系统（SIS），如图，即第三个保护层。即便这个新圆盘可能也会有一些洞，但是数量和尺寸都比第二个圆盘上的小很多。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能安全里的安全完整性等级SIL3，而要达到SIL4的话就是需要保证即便一万次（十的四次方）也无法扎破。
当然，从过程工业的角度，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出现事故的概率应该是低于每一千年一次。面对这样严格的要求，在设计SIS的时候，我们不但要考虑技术能力能否达到，也要考虑应该采用什么样的质量工程技术保证SIS的可靠性和可用性。
▎安全仪表系统（SIS）
物联网给功能安全带来的挑战
物联网技术为过程行业提速，功能和模块的变更将更加迅速，更加容易，但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标准，但是每一次变革都会带来大量的工作，而且工作与基本控制系统的自动化不同，通常需要调动人力才能完成。
如果SIS与基本控制系统集成，采用同样的自动化变更方式，这样系统的灵活性可以得到一定的提升，但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，就会出现所谓的系统性问题，即一个系统失效另外一个同时也失效。
按照如上圆盘的概念，如果两个圆盘很相似，也就是漏洞都出现在类似的位置，同时被刺穿的风险就大大增加了。因此，SIS和BPCS通常会采用不同的技术，避免使用相同的元素，比如操作系统、网络协议或者电路，从而减少共因失效的概率。
▎物联网给功能安全带来的挑战
但是不管怎样，过程行业都应该做好准备实施各种物联网解决方案，我们需要思考如何适应物联网的灵活性以及建立与物联网兼容的工作流程，为此首先需要对现有的工作内容以及流程进行评估。
根据IEC，首先我们要做过程危害与风险分析，然后是保护层分析，形成安全需求规范，之后进行设计和实施、测试及维护，当然在维护的过程中还要进行变更管理。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、保护层分析以及安全需求规格书，其他的环节测试、维护、维护及变更管理虽然类似于BPCS，但是细节上的区别却非常之大。
▎增加功能安全灵活性
如果我们要提高效率、更加灵活，我们必须清楚SIS系统相关的工作流程是以功能安全为中心的流程。
面向物联网的智能安全管理平台
输入标题
高效
纵览整个安全仪表系统流程的每个环节的具体做法，不难发现，很多工作都是各自独立，采用不同的工具，甚至很多都是人工完成的，形成的文档格式及类型也是五花八门。工程师们为了提高效率，一般都会更倾向平台类工具，因为它们可以覆盖安全工程的方方面面。这样的工具，既可以做LOPA分析，也可以
