数字双胞胎安全仪表系统

流程工业中使用的功能安全仪表系统（SIS）的工程设计通常是彻底、详细的，并且是在安全生命周期过程之后准备的。

该标准在国际上称为IEC 61511。在非数字化的执行模型中，大量有价值的信息被滞留——用户并不总是可以随时获取，甚至可能存储在另一个位置。传统上，不同的团队使用不同格式的独立工具创建文档，以生成设计所需的功能安全基础。

考虑这个假设场景，它说明了一个常见的挑战：

一家化工公司的一个工艺装置发生了意外事故，运行和维护团队正在努力了解根本原因。经过调查，该小组观察到其中一个蒸馏塔中的高温联锁激活，但根本原因尚不清楚。

工厂管理要求尽快重启生产。然而，为了做到这一点，运营团队需要审查最新的工艺危害分析（PHA）报告，以了解高温（HT）导致的相关风险，并且需要评估以安全方式重启生产的可用选项。

运营团队无法立即获得最新的PHA报告。为了及时做出决策，运营团队需要考虑以下几点：

• 过程单元行程是基于真实需求还是虚假行程?
• 如果它们绕过安全联锁，将产生什么样的风险差距？
• 上一次类似的需求发生在什么时候?
• 上次绕过该安全联锁装置的输入是什么时候？为什么？
• 所有与安全联锁有关的仪器最后一次校准是什么时候?

许多运营商经常与这些挑战搏斗，当进一步考虑情况时，高级管理层可能还想知道:

• 总的来说，工艺单元的安全性如何?
• 有多少个安全联锁处于良好工作状态，有多少个被旁路？
• 是否有反复出现的安全联锁要求没有被解释，如果有，为什么?

以上所有问题都可以用传统的方法和技术来回答，但这通常很耗时，而且信息的质量并不总是显而易见的。

功能安全标准（如IEC 61511/ISA 61511）建议采用安全生命周期来分析工艺风险，设计和实施独立保护层（IPL），以降低风险，并在电厂运行期间维护IPL，以管理潜在的未缓解风险。

IEC 61511标准的目标是管理整个生命周期的功能安全。过去，工程和操作数据都是在分离的软件工具或文档中。数字化的目的是简化数据管理的能力，而不是只在每个重新验证周期中重复使用搁浅的可交付成果。数字化数据管理的好处是能够提供一个常青的设计基础，通过这个基础，可以在任何给定时间快速证明对本地和行业法规的遵从性。

进一步的好处还包括无论地理位置如何访问数据，使用户能够提取与其角色相关的数据，并利用数据集中的分析访问关键性能指标(kpi)等功能。

实现这些目标的一种方法是使用全面的软件工具集，它可以访问和挖掘数据，提供分析和生成kpi。

数字双胞胎如何帮助安全仪表系统

数字孪生软件是一个综合软件包的例子，它可以为安全生命周期的任何阶段导入现有的工程文档，并具有执行安全生命周期的步骤的能力。使用之前的HT场景，数字双胞胎将通过以下功能促进安全生命周期的实现:

• 分析模块，如危害与可操作性（HAZOP）和保护层分析（LOPA），以检查工艺装置的风险，并建议IPL，以将风险降低到可接受的水平。
• 设计和实施IPL的工程模块，如安全完整性等级（SIL）计算引擎、因果图生成和功能测试计划，以验证安全仪表功能（SIF）。
• 操作模块实时整合与IPL相关的操作数据，如带有时间戳的IPL需求、需求期间阀门的冲程时间、每个IPL的旁路时间等。
• 维护和检查模块以记录测试结果和IPL组件的“发现和保留”信息。

digital twin提供了一个集中的平台来数字化数据，执行生命周期步骤，同时为流程安全、功能安全、运维工程师和管理人员提供基于用户/角色的访问。

为什么要使用数字孪生兄弟？

数字孪生提供了一种简化和一致的方法来实现以下好处:

• 它通过比较设计假设和操作数据来生成相关的kpi，从而生成仪表板。这些kpi可用于修复运行中的工厂或绘图板上的不良参与者。kpi可以用于工厂的正常运行和维护，管理报告以及事件调查。
• 安全生命周期的所有阶段都被数字化，便于用户访问，而不是传统方法中收集灰尘的文档集。数字化和常青的数据也意味着安全生命周期的所有步骤都是当前的。
• 它创建并模拟了安全生命周期中任何部分的离线“假设”场景，并看到了修改的涟漪效应。
• 它提供了与其他行业设计包（如计算机维护管理系统（CMMS））的自动化接口。自动接口有助于减少数据传输中的系统错误和人为错误。
• 它支持数字化数据输入，通过减少工时和提高数据准确性，在生命周期的所有阶段创造潜在的货币节约。
• 它不断验证设计假设的实际性能，从而增强所有用户对成功的风险管理的信心。

数字双胞胎创造了一种专注于设计的能力，而不是创造设计交付品。它在连续的基础上无缝地将设计的基础与真实的来源(ipl的运营性能)连接起来，允许生成实时kpi。

这篇文章最初发表于欧洲的控制工程网站．由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程，CFE媒体，cvavra@cfemedia.com．