安全仪表系统SIS是英文Safety Instrumented System的简称,是负责操作安全,在超过安全限值的范围内可确保紧急停车的系统。主要为避免发生事故,例如火灾,破坏,设备损坏,保护生产和财产,更重要的是避免生命危险或人身健康损害以及对周围居住区的灾难性影响。
SIS与DCS
从构成上看,SIS系统和DCS系统区别不大,依然是由三个主要子系统部分组成,传感器单元,逻辑控制器单元和执行单元,分别对应DCS系统的现场仪表,DCS控制室,执行阀门等。然而因为不同的使用目的,两个系统各有侧重,SIS系统反应更迅速以确保工艺过程安全;DCS系统则是更多关注过程参数运行在设定的目标附近,如果说DCS系统是动态输出,无时无刻不在动作,调整阀门开度以配合设定目标,那么SIS系统就是静态,宛如埋伏的猎人,默默观察,危险目标出现,才会按照既定方针行动(图1)。更多细节比较见下表。
图1 DCS和SIS区分
表1 DCS和SIS具体的区别
Triconex 发展史
对现有的SIS系统以及令人眼花缭乱的品牌,追溯其历史,会发现很多有趣的故事。其中人们对安全的反思,技术,市场兴起,衰落和转型,资本和野心勃勃的创业者,各种因素交织,交错并行,相互推进,成就了当日的SIS系统。
随着晶体管计算机出现,和编程语言的发展,使得由大量的电子元器件组成的控制系统也随之发展,然而这样的一个系统,因为故障而失效总是不可避免,如何在失效的情况下还能保证控制系统正常工作成为了系统开发时候的重点,多重冗余概念因此出现。
1960年代,三重模块冗余(TMR)在麻省理工学院和斯坦福大学的实验室中进行了测试,以支持作为美国国家航空航天局研究资助的一部分的阿波罗太空计划,终2oo3表决方案被用于土星助推火箭。其后,TMR技术被介绍到民用市场,应用于石油,天然气,炼油和石化行业中的紧急停车系统(ESD)和消防与天然气系统(F&G)。
1978年August Systems 成为第1家商业TMR公司(1997年被ABB收购)。其后1983年Triplex在加利福尼亚州托伦斯开始运营,两年后发布了他们的TMR系统,1991年与ICS兼并,成为了ICS Triplex,现在归于罗克韦尔自动化(Rockwell Automation)麾下。
几乎于Triplex同步开始的Tricon系统,早在1994年就开始与北京康吉森自动化设备技术有限责任公司(以下简称“北京康吉森”)的前身合作,成为国内早成功引进运行的安全产品品牌之一,然而回顾其公司Triconex,其实也才不过有38年历史,且在创业伊始差点成为创业公司失败定率中的那80%。
1983年,自动化行业顾问彼得·皮茨克(Peter Pitsker)写了一份报告,预测了基于TMR的工业计算机的市场,遇到了乔恩·威默(Jon Wimer),一个希望自己创业前August雇员,二人相见恨晚,共同撰写了一项商业计划,旨在打造全球数一数二的工业控制器,以提高可靠性和安全性。南加州大学商业教授查克·科尔(Chuck Cole)以及后来两届洛杉矶市当地相关部门理查德里·奥丹(Richard Riordan)被他们打动,投资5万美元,科尔后来又追加了5万美元。10万美元开始的创业公司,即便2019年美元购买力只有1983年的1/3左右,这个数额也只反映了投资者的一种尝试心态,而后的经营也确实没有惊喜。
1983年9月创始人乔恩·威默,合伙人布拉德·比伦德(Brad Bylund)-控制工程师,和罗伊·奥尔德里奇(Roy Aldridge)-行业营销主管,成立了Triconex,在加利福尼亚州圣安娜市开始运营。两年后,该公司几乎破产,因为该业务计划未考虑到认证Tricon所需的大量投资。董事会不满意,产品开发又落后于计划,公司只剩下四个月的运营现金,距离关门只一步之遥。
董事会1986年2月对公司进行了重组,包括创始人在内的40名员工中有1/3被解雇。威廉·巴科维茨(William Barkovitz)成为新任首席执行官。董事会要求所有资源集中于将Tricon控制器推向市场。1986年6月Triconex终于向新墨西哥州的公用事业公司售出了第1套系统。
两起工业灾难
八十年代后期两起严重的工业灾难引发了公众强烈不满和对安全问题的严重关注,这就是1984年印度博帕尔(Bhopal)泄漏事件和1986年切尔诺贝利(Chernobyl)的核灾难,令工业界开始重新审视安全标准,修正并加入更严格的要求,北美ISA84标准编写项目始于这个阶段。
1、印度博帕尔灾难
根据百度百科,“印度博帕尔灾难(India Bhopal gas leak case)是历史上严重的工业化学事故。1984年12月3日凌晨,印度邦首府博帕尔市的美国联合碳化物属下的联合碳化物(印度)有限公司设于贫民区附近一所农药厂发生化学物泄漏,引发了严重的后果。造成了2.5万人直接致死,55万人间接致死,另外有20多万人长久残废的人间惨剧。现在当地居民的患病率及儿童夭折率,仍然因这场灾难而远高于其他印度城市。由于这次事件,世界各国化学集团改变了拒绝与社区通报的态度,亦加强了安全措施。这次事件也导致了许多环保人士以及民众强烈反对将化工厂设于邻近民居的地区…”。
2、切尔诺贝利灾难
1986年切尔诺贝利(Chernobyl)灾难更是影响深远,纪录片《抢救切尔诺贝利The Battle of Chernobyl (2006) 》 ,用平静的画面回顾了这场令人毛骨悚然的灾难,和灾难后果 —该区域自人员撤出后历经三十年仍因辐射严重被废弃,城市中依旧街道井然,建筑耸立,却空无人烟,宛如末日降临。即便有如此前车之鉴,无论天灾还是人患,三十年之后,自称核爆受害者的日本借福岛核电站污水排放给人类的核灾难史又加上了沉重的一笔。
SAFE安全
安全问题深深影响了投资者,Triconex继续获得资金,以瞄准安全市场。在接下来的5年中Triconex缓慢地构建基础架构,并于1991年被《商业周刊》(Business Week)杂志评选为美国发展快的公司之一,年收入达1000万美元。1990年代初期,Triconex主导了TMR安全系统市场。当增长率放慢时,巴科维茨建议在1994年出售Triconex。1995年1月,总部位于伦敦的Siebe宣布以9000万美元买入Triconex,巴科维茨退休。Siebe于1999年更名为Invensys,2014年被施耐德电气收购。
早期Triconex产品线包括
Tricon(控制器),
Tri-Net(局域网),
Tri-View (现场数据操作表盘);
现在Triconex除了
Tricon V11.0,
Tricon CX,
Trident and Tri-GP
等几个各有侧重的安全系统之外 ,还提供
TMRPLC,
防火墙Tofino,
管理系统Wonderware
动态模拟器DYNSIM 等等
经典的Tricon TMR应用如图2所示。
图2 经典的Tricon TMR应用
北京康吉森与Triconex的联合
北京康吉森与Triconex联合将SIS,以及ITCC(集成透平压缩机控制系统)正式引入中国市场,1997年开始承接石化大型项目,从此接入快速发展期。ICS Triplex也同期进入中国市场,然而引入品牌因为业主项目发生的安全事故遭受沉重打击,一蹶不振。Triconex的透平压缩机优势来自于Tri-sen(初由澳大利亚裔得克萨斯州的德克萨斯人艾伦·约翰考克(Alan Johncock)创立,1992年并入Triconex),2007年Triconex出售Tri-sen。2009年北京康吉森继续与Tri-sen合作,建立产品开发合作关系,陆续发布了具有自主知识产权的控制产品。TSxPlus系统就是其中令人瞩目的一款产品,不但硬件,软件上都采用了TMR结构,详细自诊断以及智能故障处理,而且在2017年获得TUV莱茵的认证,达到IEC61508对于SIL3的要求。巴科维茨(Triconex前任CEO)的儿子小巴科维茨也活跃在北京康吉森的TSxplus的美国研发团队之中。
图3 Triconex进化树
