护航工业安全的那道“彩虹”

中控首创安全工厂整体解决方案“彩虹安全防御系统”

作者:张蓉 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:121 发布时间:2016-12-19

工业控制领域正在发生重大的变革,德国和美国相继提出了“工业4.0”、“工业互联网”概念,我国也于2015年5月8日提出“中国制造2025”战略。随着智能制造、两化融合等趋势的深入人心,当今工业生产面临着比以往任何时候更为复杂的内外部环境,诸如信息安全、环境监控预警等新的安全问题与传统的物理安全、人员安全和设备安全错综交织,如何构筑一个面向未来的立体化安全工厂必然成为当前中国制造业企业优先要重视和解决的问题。作为中国工控领域自主创新的领头羊,中控将护航工业生产安全视为己任。近日发布了其首创的“彩虹安全防御系统”,这不仅是中控公司的一项创新解决方案,对于中国制造业领域的工业安全也具有举足轻重的意义!

在中国工控领域,中控一直是自主创新的领头羊企业。在新一轮科技革命与产业变革中,中控是智能制造的践行者,打造基于智能制造的智能生产生态系统,从智能机构、智能检测、智能控制、智能操作、智能运营、智能决策6个方面构建智能制造解决方案,助力用户解决生产效率、节能减排、生产优化、生产安全、业务协同等问题,实现更安全、更高效、更智能的工业生产,助推中国由制造大国走向制造强国。

2016年9月23日,在“智慧 • 安全——2016中控‘智能制造’暨‘安全工厂’高峰论坛”上,中控正式发布了其首创的安全工厂整体解决方案——“彩虹安全防御体系”,引起业界的广泛关注。近日,笔者走进位于西子湖畔的中控总部,对话浙江中控技术股份有限公司副总裁兼总工程师俞海斌博士,请俞博士为我们解读中控首创推出的护航工业安全生产的“彩虹”。

浙江中控技术股份有限公司副总裁兼总工程师 俞海斌博士

无安全,不智能

当下,“智能制造”成为工业领域最为关注的话题,俞博士首先分析了何为流程工业智能工厂。“现在工业界智能工厂、智能制造提的比较多,国家也很关注,企业对此的需求也越来越多,中控一直朝这个方向在努力提供产品解决方案。早在2002年,中控就提出了工业自动化整体解决方案——InPlant,实现工厂的自动化水平,节能增效。多年来,中控认为智能工厂的目标可以总结成10个字,即‘安全、环保、提质、降本、增效’。其中安全是放在首位的,对一个人而言健康很重要,健康是1,其他都是0,有了健康才能有其他。对于一个企业也是如此,安全是最为重要的,特别是对于我们所服务的生产原料和产品是易燃易爆的石化、化工等流程行业,安全更为重要,安全是1,其他是0,只有安全的1得到保障,才有可能创造更多的0。其次是环保,如今政府对企业生产的环保要求越来越严格,环保也得到了企业前所未有的重视。然后是提质,这一条在德国的工业4.0战略中并未提及,但对于中国流程工业企业而言,提质仍然是当前非常重要的一个目标。最后是降本增效,这里说的增效,我认为包括效率和效益两个层面。”

“彩虹”的由来

无安全,不智能。工业安全作为实现智能制造重要的前提条件之一被推向前所未有的高度。工业安全的范畴也从原来的功能安全、设备安全,扩展到风险管控、信息安全、网络安全等领域。中控认为,要建立一个真正的“安全工厂”,应该按照“事前-事中-事后”的时间轴,将一个工厂从“规划设计”到“生产护航”再到“危机应对”三个层级的安全因素充分考虑进去,建立一个整体安全体系,基于此,中控在业内首创提出了“彩虹安全防御系统”。俞博士为我们具体阐述了“彩虹安全防御系统”的模型、技术路线及产品体系。

“彩虹防御”理论的基础是安全领域著名的“洋葱模型”。洋葱模型根据工艺参数的变化,事故安全的不同状态,提出不同的保护层策略,从而达到避免安全事故减少损失的目的。

图1 洋葱模型

洋葱模型由内而外、自下而上的7层安全策略分别是:

第1层:本质安全设计,采用削减、缓解、替代、简化等手段,使工艺过程及其装备具有内在的能够从根本上防止事故发生的功能;

第2层:基础控制层,由基本过程控制系统(DCS/PLC等)构成,完成常规控制,保证工艺流程处于正常的生产工况;

第3层:操作人员干预与过程报警层,由操作人员根据报警所提示的状态而做的响应;

第4层:安全仪表功能层,主要由安全仪表系统构成,其意图是当被控参数达到设定值时,避免设备损坏、人员伤害或环境破坏等危险事件发生;

第5层:积极的物理保护层,由电气设备、机械设备等单独或集成构成,主要起到缓解、安全释放作用,包括安全阀、爆破片、释放到火炬等;

第6层:消极的物理保护层,由隔离设备组成,主要起到释放后的释放物的物理保护,如围堰、隔离系统、自动喷淋系统等;

第7层:紧急响应层,由工厂紧急响应与社区紧急响应,是通过安全管理等非技术手段,达到风险降低的效果。

图2 中控“彩虹防御体系”安全工厂整体解决方案

以洋葱模型7层为基础,聚焦工厂安全对象三要素——人员、环境和资产,从时间和空间两个维度,中控推出了整体安全解决方案。中控为这个方案起了个非常好听的名字——“彩虹安全防御体系”,而彩虹的7种颜色正好可以与安全防御体系的7个技术路线相对应。

图3 安全技术路线

在时间维度上,彩虹防御体系包括规划设计、生产护航和危机应对3个安全阶段。

“规划设计”阶段是从工厂建设之初,对工艺、设备等进行风险分析与评估,充分辨识事故场景与安全完整性等级(SIL)要求,对确定的SIL开展保护层的规划设计,配置可靠经济的独立保护层,实现本质安全。同时对已有(运行多年)的工业网络架构进行扫描诊断,重新提出信息安全纵深防御体系。

“生产护航”阶段是围绕生产装置与操作人员,从自动化安全控制系统配置、智能设备管理、关键设备运行诊断与远程维护、安全相关系统的集成联动、报警智能管理、生产人员仿真培训、运行操作管理等方面,构建起覆盖基础控制层、操作人员介入层、安全仪表功能层的全息保护系统,实现生产装置的护航,保障设备、人员、环境的安全。

“危机应对”阶段是危险事件发生后,通过应急联动平台、应急预案智慧联动技术等,辅助应急救援决策,实现安全应急指挥,同时实现园区安全应急联动——包括重大危险源全过程监控、环境因素全过程监控、人身安全防护等。

这3个安全阶段分别通过以下7个技术路线实现:

危险源&环境监测:通过配置DCS/PLC、CCTV、FGS、GDS、分析仪表等设备,实现对危险源与环境等工艺参数、信息的监测,实现重大危险源与环境参数的可预知、全过程、多维度。

应急安全管理:在出现危险事件的时候能够快速响应,能根据当前事件类型以及势态情况给出相应的信息,指导指挥人员有效的进行指挥及决策,最大限度保障人员安全,控制事故影响,降低事故损失。

•产品全生命周期管理:从产品概念阶段至产品被淘汰的整个过程进行严格的质量、风险管理,从而保证安全相关产品生命周期内安全、可靠、稳定运行。

内建安全&纵深防御:是指控制系统内建安全技术,包括工控通讯安全隔离技术、内核自主可控技术、全冗余与备份技术、数据安全技术等;工业网络纵深防御技术,包括病毒防护、安全分区、在线诊断等技术。

操作及报警管理:包括生产人员操作数据管理(ODS)、报警智能管理及生产人员的上岗模拟仿真培训等内容。

设备安全&过程安全:包括通过配置自动化安全控制系统(DCS/SIS/PLC等)实现过程安全、通过设备诊断及远程维护等技术实现设备安全稳定长周期运行。

本质安全设计:通过工艺技术、工艺流程、设备选型、控制策略、操作规程等手段有效消除或降低风险,避免危险事件发生。

在空间维度上,需要考虑:

信息安全(纵深防御、内建安全):系统性的研究工业控制网络与企业信息网络的安全需求,并针对网络运行连续性、操作周期性、功能实时确定性和现场环境易燃、易爆、高温、高压、强电磁干扰的工程特征,建立“内生安全、纵深防御、全生命周期管理”综合网络安全技术体系,以满足工业企业持续不间断、安全生产的需求。

功能安全(产品故障安全设计、功能安全评估、功能安全审核、功能安全确认、功能安全验证):与过程和BPCS有关的整体安全的组成部分,它取决于SIS(安全仪表系统)和其他保护层的正确功能执行。

“在空间维度上,信息安全和功能安全并驾齐驱,可谓安全工厂构筑的两翼。” 俞博士解释道。

图4 中控安全工厂结构+安全产品体系

基于彩虹防御体系,中控的安全产品和解决方案已经能够很好地满足7层技术路线,实现从时间和空间两个维度的安全性覆盖,形成安全工厂整体解决方案。而中控的安全产品也多为自主研发,其中包括:安全仪表系统TCS-900、SAMS智能设备管理,SHDS安全健康诊断系统,SES中控安全监管和指挥系统,中控防雷服务产品、OTS操作员仿真培训系统、RDMS远程诊断和维护系统等(如图4)。

结语

在9月23日的论坛上,中控集团董事长金建祥代表中控首次发布了中控的品牌宣言——“勤于业、安于信、暖于心”,表达了中控致力于为客户提供先进的技术和服务,履行对行业、对社会、对国家的责任,“彩虹安全防御体系”的发布正是中控践行振兴民族工业承诺的体现。“彩虹安全防御体系”无论从理念的创新性、技术的实用性还是产品的成熟性上面,都达到了业内前所未有的一个高度,其内涵和外延均超出了之前国际主流自动化巨头所提出的安全解决方案。这一理念的推出已不仅仅是中控自身的一项创新成果,对于中国工业控制系统安全领域也具有重大的意义。而要实现真正的生产安全甚至是国家战略安全还需要更多中控这样有民族责任感的企业,希望在中控的带领下,有更多中国制造业企业加入到自主创新的队伍中,共同创造中国智能制造的未来辉煌。

采访后记:

在9月份中控发布“彩虹安全防御体系”后,自动化业界为之一振。作为媒体工作者,对这一全新性、革新性理念更是兴奋与向往。终于在初冬的杭城,于细雨绵绵中,笔者得以来到位于西子湖畔的中控总部,采访了俞海斌博士。俞博士身兼数职,他的名片上有多个头衔,即使如此的繁忙,令人惊讶的是他能在各种角色间快速的转换,游刃有余而充满睿智。

与俞总的交流中,他温文尔雅的学者气质令人印象深刻,温和的语调中透着中控对于坚持走自主创新之路的执着和自信。中控每一次的技术创新不仅是公司自身的发展,作为中国自动化领域的领军企业,中控更肩负着振兴民族工业的重任,而中控20余年的成绩也充分证明了其不辱使命,不负重托。

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