HIMA Safety PLC и Yokogawa CENTUM: Реализиране на логика за гласуване 1oo2 и 2oo3 в SIS

Какво представлява логиката на гласуване в системите с прибори за безопасност?

Логиката на гласуване определя как сензорите и крайните елементи реагират, когато измерванията се разминават. При архитектура 1oo2 (един от два) всеки от двата сензора може да задейства изключване. При архитектура 2oo3 (два от три) най-малко два от трите сензора трябва да дадат съгласуван сигнал, преди да бъде задействано изключване.

Контролерът за безопасност HIMA Prizm и DCS системата Yokogawa CENTUM често се внедряват съвместно в електроцентрали с комбиниран цикъл и инсталации за обработка на нагреватели в рафинерии. HIMA управлява слоя SIS. Yokogawa CENTUM управлява слоя BPCS и предоставя операторския интерфейс чрез интеграцията с ProSafe-RS. Модулът HIMA CPU F8640 е доказана хардуерна платформа за тези SIS архитектури с висока достъпност.

Изисквания на IEC 61511 към архитектурите за гласуване

IEC 61511 определя архитектурни ограничения за функциите за безопасност с прибори (SIF). Хардуерната отказоустойчивост (HFT) на всеки канал трябва да съответства на целевия SIL. За SIL 2 HFT = 1 изисква минимум 2 канала (1oo2). За SIL 3 HFT = 2 изисква минимум 3 канала (2oo3) или две подсистеми 1oo2, свързани паралелно.

Освен това PFD (вероятността за отказ при поискване) трябва да бъде изчислена за целия контур на гласуване. Това включва предавателите, обработката от Safety PLC и крайните елементи. Опростената формула за PFD при гласуване 1oo2 е:

PFD₁oo₂ = 2 × λ_DU² × TI² / 3 + λ_DU × MTTR

Където λ_DU е честотата на опасните неоткрити откази, TI е интервалът между изпитванията за доказване (обикновено 1 година), а MTTR е средното време за възстановяване.

Стъпка по стъпка: Конфигуриране на гласуване 2oo3 в Safety PLC на HIMA

Ето практическата процедура за конфигуриране на изключване при налягане с гласуване 2oo3 в контролер HIMA Prizm, свързан към три предавателя за налягане чрез протокол HART:

• Стъпка 1 — Задайте каналите на предавателите. Свържете три предавателя 4-20 mA HART към аналоговите входни модули на HIMA (напр. HIQUAD 4AI). Задайте адреси на каналите PT-101-A, PT-101-B, PT-101-C в HIMA Engineering Studio.
• Стъпка 2 — Конфигурирайте блока за гласуване. Вмъкнете функционален блок за гласуване 2oo3 в логиката на Safety PLC. Задайте входните тагове на PT-101-A, PT-101-B, PT-101-C. Задайте праг за изключване 150 psi. Задайте типа на гласуване на "2oo3 MAJORITY".
• Стъпка 3 — Конфигурирайте HART комуникацията. Активирайте протокола HART за всеки аналогов входен канал. Конфигурирайте първичната променлива (PV) за налягане в psi. Задайте честота на обновяване 100 ms за бърза реакция на контура за безопасност.
• Стъпка 4 — Програмирайте изхода за изключване. Насочете изхода на блока за гласуване към модула за цифрови изходи, управляващ електромагнитния вентил EBV. Изходът трябва да бъде обезточен (изключване), когато гласуваното налягане надвиши 150 psi за повече от 500 ms (време за потискане на трептенията). Модулът за цифрови изходи (DO) Yokogawa ADV559-P01 е подходящ за окабеляване на крайния елемент от страната на CENTUM в хибридни SIS-BPCS архитектури.
• Стъпка 5 — Интегрирайте с Yokogawa CENTUM. Използвайте интерфейса Modbus TCP, за да предадете статуса на гласуваното изключване към операторската станция Yokogawa CENTUM. Потвърдете, че алармата на SIS се появява на графичния екран на CENTUM в рамките на 1 секунда от възникването на условието за изключване. Дуплексният полеви контролен блок Yokogawa CENTUM VP AFV10D-S41201 осигурява резервирана основа на FCU за надеждна работа на шлюза Modbus TCP.

Често срещани грешки при проектирането на SIS гласуване (ISA-84 / IEC 61511)

Опитът от експлоатацията съгласно ISA-84 и IEC 61511 разкрива няколко повтарящи се проектантски грешки. Първо, използването на сензори от един и същ производител и в трите канала за гласуване създава отказ по обща причина. Ако фърмуерът на сензора има грешка, и трите канала отказват едновременно. Затова използвайте сензори от два различни производителя, за да изпълните изискванията за разнообразие.

Второ, прокарването на трите кабела на сензорите през един и същ кабелен канал създава отказ в общ режим. Разливи или пожарни повреди по този канал обезсмислят резервирането. Прокарвайте кабелите по отделни кабелни скари с физическо разстояние помежду им от поне 300 mm.

Трето, неизвършването на ежегодни изпитвания за доказване обезсилва изчислението на PFD. Ако интервалът между изпитванията за доказване (TI) бъде увеличен от 1 на 3 години без преизчисляване на PFD, системата може вече да не отговаря на целевия SIL.

Отказ по обща причина при архитектури 2oo3

Отказът по обща причина (CCF) е основната слабост на архитектурите за гласуване. CCF възниква, когато едно събитие едновременно влоши работата на множество канали. Температурата, влажността, вибрациите и електромагнитните смущения са типични причинители на CCF.

За да намалите CCF, следвайте тези практики на терен. Първо, монтирайте сензорите в отделни корпуси или на физически разделени места по технологичния съд. Второ, използвайте отделни захранвания за всеки аналогов входен канал. Модулът за променливотоково захранване Yokogawa SPW481 поддържа самостоятелно захранване на всеки канал в I/O шкафовете на CENTUM. Трето, извършвайте ежегодни одити на разнообразието. Потвърдете, че трите сензора използват различни версии на фърмуера или различни хардуерни ревизии.

Когато системата 2oo3 е правилно проектирана, нейната PFD остава под 0.001 (SIL 3), дори при включен фактор на CCF от 5%. Без мерки за ограничаване на CCF ефективната PFD може да се влоши трикратно, което създава риск от несъответствие със SIL.

Заключение и препоръки за действие

Логиката на гласуване в Safety PLC на HIMA, интегриран с Yokogawa CENTUM, осигурява надеждна, сертифицирана по SIL защита за критични технологични инсталации. Архитектурата обаче е толкова надеждна, колкото е най-слабата подробност в нейното проектиране. Отказът по обща причина, прокарването на кабелите и дисциплината при изпитванията за доказване са трите области, в които екипите на терен най-често не постигат необходимото ниво.

Препоръка за действие: Планирайте преглед на логиката за гласуване с инженерния си екип по системи с прибори за безопасност (SIS) през това тримесечие. Проверете дали всички сензорни канали 2oo3 са физически разделени и се захранват от отделни източници. Ако някой канал споделя кабелен канал или захранваща шина, включете задача в списъка за отстраняване на несъответствия преди следващия планов ремонт.