HIMA Sigma S6-Konfiguration: Aufbau einer SIL-3-Sicherheitslogik von Grund auf

Übersicht über die HIMA-Sigma-S6-Architektur

HIMA Sigma S6 ist ein modularer Sicherheitscontroller für hochverfügbare Anwendungen der Prozesssicherheit. Das System verwendet für kritische Eingänge eine 2oo3-Abstimmungsarchitektur (zwei von drei) und für standardmäßige Sicherheitsfunktionen eine 1oo2D-Architektur (einer von zwei mit Diagnose). Das S6-Chassis unterstützt bis zu 16 I/O-Module pro Rack und kommuniziert über PROFIsafe über eine standardmäßige PROFINET-Infrastruktur.

In diesem Leitfaden konfigurieren wir ein HIMA S6 für ein Brennermanagementsystem (BMS) in einem 40-MW-Gasturbinenkraftwerk. Das BMS muss gemäß IEC 61511 SIL 2 erreichen. Das Beispiel behandelt außerdem die Integration von HART-Transmittern über das Analogeingangsmodul HIMA HI 645.

Brenview-HMI-Engineering: Projekteinrichtung

Starten Sie zunächst Brenview HMI Version 6.0 und erstellen Sie ein neues BMS-Projekt. Wählen Sie HIMA S6 als Zielcontroller aus. Definieren Sie die Struktur der Sicherheitszonen. HIMA S6 organisiert die Logik in Funktionsbausteinen (FBs). Zu den gängigen Bausteinen gehören F-Shutdown, F-Motor, F-Valve und F-Analog.

Weisen Sie anschließend die physischen I/O-Adressen zu. Jedes I/O-Modul verfügt über eine eindeutige Rack- und Steckplatzadresse. Das Digitaleingangsmodul HI 621 belegt die Steckplätze 01–04. Das Analogausgangsmodul HI 641 belegt die Steckplätze 11–14. Ordnen Sie jeden Tag-Namen seiner physischen Adresse in der I/O-Zuordnungstabelle zu.

Programmierung der F-Shutdown-Logik in HIMA Sigma S6

Der Funktionsbaustein F-Shutdown ist das zentrale Element jedes HIMA-Sicherheitsprogramms. Konfigurieren Sie zunächst die Auslöseeingänge. Bei einem BMS für Gasturbinen überwacht der Baustein F-Shutdown Flammenausfall, übermäßige Vibration, niedrigen Öldruck und Überdrehzahl. Jeder Eingang ist ein abgestimmtes 2oo3-Signal von redundanten Transmittern.

Konfigurieren Sie anschließend die Abschaltreaktion. Stellen Sie den Baustein F-Shutdown auf energize-to-trip (ETT) ein. Das bedeutet, dass das Ventil durch eine erregte Spule mit 24 V DC offen gehalten wird. Bei einer Sicherheitsabschaltung wird die Spule entregt und das Brennstoffventil schließt. Dieses ausfallsichere Design stellt sicher, dass ein Stromausfall einen sicheren Zustand auslöst, was für SIL-3-Anwendungen erforderlich ist.

Schritt 1: Ziehen Sie den F-Shutdown-FB aus der Brenview-Bibliothek auf die Funktionsplanfläche.

Schritt 2: Doppelklicken Sie auf den FB und konfigurieren Sie die Abstimmungsstruktur: 2oo3 für kritische Abschaltungen, 1oo2D für nicht kritische.

Schritt 3: Legen Sie das Prüfintervall gemäß der SRS für die SIL-2-Klassifizierung auf 8760 Stunden (jährlich) fest.

Schritt 4: Verbinden Sie die Digitaleingänge des HI-621-Moduls mit den Klemmen IN1, IN2 und IN3 von F-Shutdown.

Schritt 5: Verbinden Sie die Klemme OUT von F-Shutdown mit dem Analogausgangskanal des HI 641, der den Brennstoffventil-Stellungsregler steuert.

Schritt 6: Laden Sie das kompilierte Sicherheitsprogramm auf den S6-Controller herunter und führen Sie einen erzwungenen Simulationstest durch.

PROFIsafe-Kommunikation mit dem ABB-AC-800M-Controller

HIMA S6 kann über PROFIsafe mit dem Prozessleitsystem der Anlage kommunizieren. In diesem Beispiel tauscht der S6 über eine PROFINET-Backplane Abschaltbefehle mit einem ABB AC 800M aus. Konfigurieren Sie zunächst die HIMA-F-Host-Parameter im Brenview-Hardwarekatalog. Stellen Sie die PROFIsafe-F-Adresse so ein, dass sie mit der Adresse des Sicherheitsmoduls des ABB AC 800M übereinstimmt. Definieren Sie anschließend die Datenbereiche für den Austausch von Verbraucher- und Erzeugerdaten. Der S6 sendet ein 16-Bit-Sicherheitsstatuswort an das Leitsystem, und das Leitsystem sendet ein 16-Bit-Abschaltbefehlswort an den S6.

Konfigurieren Sie außerdem den F-Parametersatz im Brenview-PROFIsafe-Assistenten. Zu den wichtigsten Parametern gehören F_Source_Add (HIMA-S6-Adresse), F_Dest_Add (ABB-AC-800M-Adresse), F_WD_Time (Watchdog-Timeout, typischerweise 100 ms) und F_DataRate (250 kbit/s für PROFIsafe V2). Ein Watchdog-Timeout löst im HIMA-Controller einen sicheren Zustand aus. Dies entspricht dem erwarteten Verhalten bei einem Kommunikationsausfall.

SIL-3-Validierung und Dokumentation der Prüfung

Nach Abschluss der Konfiguration müssen die Ingenieure gemäß den Anforderungen der IEC 61511 eine vollständige funktionale Validierungsprüfung durchführen. Führen Sie zunächst einen Einkanal-Fehlereinspieltest durch. Erzwingen Sie für jeden Eingangskanal einen Fehlerzustand und überprüfen Sie, ob der 2oo3-abgestimmte Ausgang der erwarteten Abschaltlogik folgt. Erfassen Sie die Abschaltreaktionszeit. HIMA Sigma S6 erreicht bei Digitaleingängen eine Abschaltreaktionszeit von weniger als 50 ms.

Führen Sie anschließend eine End-to-End-Kalibrierprüfung der HART-Transmitterkanäle durch. Verwenden Sie ein HART-Kommunikationsgerät, um ein 4-mA- und ein 20-mA-Signal einzuspeisen. Überprüfen Sie, ob das entsprechende HIMA-HI-645-Modul 0 % bzw. 100 % der technischen Einheit anzeigt. Dokumentieren Sie drittens alle Validierungsergebnisse im Sicherheitsvalidierungsbericht (SVR). Der SVR muss das Prüfdatum, den Namen des Prüfingenieurs, Kalibrierzertifikate der Prüfgeräte sowie die Bestehens-/Nichtbestehenskriterien für jeden Testfall enthalten.

Fazit und Handlungsempfehlungen

HIMA Sigma S6 bietet eine robuste, SIL-3-fähige Plattform für Anwendungen der Prozesssicherheit. Die Brenview-Konfigurationssoftware vereinfacht die Programmierung der F-Shutdown-Logik und die I/O-Zuordnung. Ingenieure sollten während der FAT- und SAT-Phasen stets die Lebenszyklusanforderungen der IEC 61511 einhalten. Bei Neubauprojekten sollten Sie HIMA S6 mit integrierter Brenview-HMI in Betracht ziehen, um die Schnittstellenkomplexität zu reduzieren und die Transparenz der Systemdiagnose in der gesamten Anlage zu verbessern.

Autor: Li Ming ist ein leitender Ingenieur für Leitsysteme mit 10 Jahren Erfahrung in sicherheitsinstrumentierten Systemen, Brennermanagementsystemen und Turbinenschutzsystemen für die Energieerzeugung sowie Öl- und Gasanlagen in China und im Nahen Osten.