پیادهسازی منطق رأیگیری 1oo2 و 2oo3 در SIS با PLC ایمنی HIMA و CENTUM یوکوگاوا
منطق رأیگیری در سیستمهای ابزار دقیق ایمنی چیست؟
منطق رأیگیری تعیین میکند که حسگرها و عناصر نهایی هنگام اختلاف در اندازهگیریها چگونه واکنش نشان دهند. در معماری 1oo2 (یکی از دو)، هر یک از دو حسگر میتواند تریپ را فعال کند. در معماری 2oo3 (دو از سه)، پیش از فعالسازی تریپ، حداقل دو حسگر از سه حسگر باید با یکدیگر توافق داشته باشند.
کنترلر ایمنی HIMA Prizm و سیستم DCS یوکوگاوا CENTUM اغلب در نیروگاههای سیکل ترکیبی و واحدهای عملیات حرارتی کورههای پالایشگاهی بهصورت مشترک بهکار گرفته میشوند. HIMA لایه SIS را مدیریت میکند. یوکوگاوا CENTUM لایه BPCS را مدیریت کرده و از طریق یکپارچهسازی ProSafe-RS رابط اپراتور را فراهم میکند. ماژول CPU HIMA F8640 یک پلتفرم سختافزاری آزمودهشده برای این معماریهای SIS با دسترسپذیری بالا است.
الزامات IEC 61511 برای معماریهای رأیگیری
استاندارد IEC 61511 محدودیتهای معماری مربوط به توابع ابزار دقیق ایمنی (SIF) را تعریف میکند. تحمل خطای سختافزاری (HFT) هر کانال باید با SIL هدف مطابقت داشته باشد. برای SIL 2، مقدار HFT = 1 به حداقل ۲ کانال (1oo2) نیاز دارد. برای SIL 3، مقدار HFT = 2 به حداقل ۳ کانال (2oo3) یا دو زیرسیستم 1oo2 موازی نیاز دارد.
همچنین، PFD (احتمال خرابی هنگام درخواست عملکرد) باید برای حلقه کامل رأیگیری محاسبه شود. این محاسبه شامل ترانسمیترها، پردازش PLC ایمنی و عناصر نهایی است. فرمول سادهشده PFD برای رأیگیری 1oo2 بهصورت زیر است:
PFD₁oo₂ = 2 × λ_DU² × TI² / 3 + λ_DU × MTTR
در این فرمول، λ_DU نرخ خرابی خطرناکِ شناسایینشده، TI فاصله زمانی آزمون اثبات (معمولاً ۱ سال) و MTTR میانگین زمان بازگردانی به سرویس است.
مرحلهبهمرحله: پیکربندی رأیگیری 2oo3 روی PLC ایمنی HIMA
در ادامه، روش عملی پیکربندی تریپ فشار 2oo3 روی کنترلر HIMA Prizm متصل به سه ترانسمیتر فشار از طریق پروتکل HART آمده است:
- مرحله ۱ — تخصیص کانالهای ترانسمیتر. سه ترانسمیتر HART با خروجی 4-20 mA را به ماژولهای ورودی آنالوگ HIMA (برای مثال HIQUAD 4AI) سیمکشی کنید. آدرسهای کانال PT-101-A، PT-101-B و PT-101-C را در HIMA Engineering Studio تخصیص دهید.
- مرحله ۲ — پیکربندی بلوک رأیگیری. یک بلوک تابع رأیگیری 2oo3 را در منطق PLC ایمنی وارد کنید. تگهای ورودی را روی PT-101-A، PT-101-B و PT-101-C تنظیم کنید. نقطه تنظیم تریپ را روی 150 psi قرار دهید. نوع رأیگیری را روی "2oo3 MAJORITY" تنظیم کنید.
- مرحله ۳ — پیکربندی ارتباط HART. پروتکل HART را روی هر کانال ورودی آنالوگ فعال کنید. متغیر اصلی (PV) را برای فشار بر حسب psi پیکربندی کنید. نرخ بهروزرسانی را برای واکنش سریع در حلقه ایمنی روی 100 ms تنظیم کنید.
- مرحله ۴ — برنامهریزی خروجی تریپ. خروجی بلوک رأیگیری را به ماژول خروجی دیجیتال متصل به شیر برقی EBV هدایت کنید. هنگامی که فشار رأیگیریشده برای بیش از 500 ms (زمان حذف نوسان) از 150 psi فراتر رود، خروجی باید بیبرق شود (تریپ). ماژول خروجی دیجیتال (DO) یوکوگاوا ADV559-P01 برای سیمکشی عنصر نهایی در سمت CENTUM معماریهای ترکیبی SIS-BPCS مناسب است.
- مرحله ۵ — یکپارچهسازی با یوکوگاوا CENTUM. از رابط Modbus TCP برای انتقال وضعیت تریپ رأیگیریشده به ایستگاه اپراتوری یوکوگاوا CENTUM استفاده کنید. تأیید کنید که آلارم SIS حداکثر ظرف ۱ ثانیه پس از وقوع وضعیت تریپ، روی گرافیک CENTUM نمایش داده شود. واحد کنترل میدانی دوپلکس یوکوگاوا CENTUM VP AFV10D-S41201 زیرساخت FCU افزونهای را برای عملکرد قابلاعتماد دروازه Modbus TCP فراهم میکند.
اشتباهات رایج در طراحی رأیگیری SIS (ISA-84 / IEC 61511)
تجربههای میدانی مبتنی بر ISA-84 و IEC 61511 چندین خطای تکرارشونده در طراحی را نشان میدهد. نخست، استفاده از حسگرهای یک سازنده در هر سه کانال رأیگیری باعث ایجاد خرابی با علت مشترک میشود. اگر میانافزار حسگر اشکالی داشته باشد، هر سه کانال بهطور همزمان از کار میافتند. بنابراین، برای برآوردهکردن الزامات تنوع، از حسگرهای دو سازنده متفاوت استفاده کنید.
دوم، عبور دادن هر سه کابل حسگر از یک کاندوئیت، خرابی حالت مشترک ایجاد میکند. پاشش مواد یا آسیب آتشسوزی به آن کاندوئیت، افزونگی را از بین میبرد. کابلها را روی سینیهای کابل جداگانه و با فاصله فیزیکی حداقل 300 mm هدایت کنید.
سوم، انجام ندادن آزمونهای اثبات سالانه، محاسبه PFD را بیاعتبار میکند. اگر فاصله زمانی آزمون اثبات (TI) بدون محاسبه مجدد PFD از ۱ سال به ۳ سال افزایش یابد، ممکن است سیستم دیگر به SIL هدف دست پیدا نکند.
خرابی با علت مشترک در معماریهای 2oo3
خرابی با علت مشترک (CCF) اصلیترین ضعف معماریهای رأیگیری است. CCF زمانی رخ میدهد که یک رویداد واحد، چندین کانال را بهطور همزمان دچار اختلال کند. دما، رطوبت، ارتعاش و تداخل الکترومغناطیسی از عوامل معمول آغازگر CCF هستند.
برای کاهش CCF، این رویههای میدانی را دنبال کنید. نخست، حسگرها را در محفظههای جداگانه یا در مکانهایی با جداسازی فیزیکی روی مخزن فرایند نصب کنید. دوم، برای هر کانال ورودی آنالوگ از منابع تغذیه جداگانه استفاده کنید. ماژول منبع تغذیه AC یوکوگاوا SPW481 از توزیع برق اختصاصی برای هر کانال در کابینتهای I/O CENTUM پشتیبانی میکند. سوم، ممیزیهای تنوع را سالانه انجام دهید. تأیید کنید که سه حسگر از نسخههای متفاوت میانافزار یا بازبینیهای سختافزاری متفاوت استفاده میکنند.
وقتی یک سیستم 2oo3 بهدرستی طراحی شود، حتی با درنظرگرفتن ضریب CCF برابر با 5%، مقدار PFD آن کمتر از 0.001 (SIL 3) باقی میماند. بدون اقدامات کاهش CCF، PFD مؤثر میتواند تا ۳ برابر افزایش یابد و خطر عدم انطباق با SIL را ایجاد کند.
جمعبندی و توصیههای اجرایی
منطق رأیگیری در PLC ایمنی HIMA که با یوکوگاوا CENTUM یکپارچه شده است، حفاظتی قدرتمند و دارای گواهی SIL برای واحدهای فرایندی حیاتی فراهم میکند. بااینحال، استحکام معماری فقط به اندازه ضعیفترین جزئیات طراحی آن است. خرابی با علت مشترک، مسیرگذاری کابلها و انضباط در انجام آزمونهای اثبات، سه حوزهای هستند که تیمهای میدانی بیش از همه در آنها کوتاهی میکنند.
توصیه اجرایی: در این فصل، یک بازبینی منطق رأیگیری را با تیم مهندسی سیستم ابزار دقیق ایمنی (SIS) خود برنامهریزی کنید. بررسی کنید که همه کانالهای حسگر 2oo3 از نظر فیزیکی جدا بوده و از منابع تغذیه جداگانه استفاده کنند. اگر هر کانالی با کاندوئیت یا ریل تغذیهای مشترک است، پیش از تعمیرات اساسی بعدی، یک مورد در فهرست نواقص ثبت کنید.
