پیکربندی HIMA Sigma S6: ساخت منطق ایمنی SIL 3 از صفر
مروری بر معماری HIMA Sigma S6
HIMA Sigma S6 یک کنترلر ایمنی ماژولار است که برای کاربردهای ایمنی فرایند با دسترسپذیری بالا طراحی شده است. این سیستم برای ورودیهای حیاتی از معماری رأیگیری 2oo3 (دو از سه) و برای عملکردهای ایمنی استاندارد از معماری 1oo2D (یک از دو همراه با تشخیص) استفاده میکند. شاسی S6 در هر رک از حداکثر 16 ماژول I/O پشتیبانی میکند و از طریق PROFIsafe بر بستر زیرساخت استاندارد PROFINET ارتباط برقرار میکند.
در این راهنما، یک HIMA S6 را برای سیستم مدیریت مشعل (BMS) در یک نیروگاه توربین گازی 40 MW پیکربندی میکنیم. BMS باید مطابق IEC 61511 به SIL 2 دست یابد. این مثال همچنین یکپارچهسازی ترانسمیتر HART از طریق ماژول ورودی آنالوگ HIMA HI 645 را پوشش میدهد.
مهندسی HMI در Brenview: راهاندازی پروژه
ابتدا Brenview HMI نسخه 6.0 را اجرا کنید و یک پروژه جدید BMS بسازید. HIMA S6 را بهعنوان کنترلر هدف انتخاب کنید. ساختار ناحیههای ایمنی را تعریف کنید. HIMA S6 منطق را در بلوکهای تابع (FB) سازماندهی میکند. بلوکهای رایج شامل F-Shutdown، F-Motor، F-Valve و F-Analog هستند.
در مرحله دوم، آدرسهای فیزیکی I/O را اختصاص دهید. هر ماژول I/O دارای آدرس یکتای رک و اسلات است. ماژول ورودی دیجیتال HI 621 اسلاتهای 01–04 را اشغال میکند. ماژول خروجی آنالوگ HI 641 اسلاتهای 11–14 را اشغال میکند. هر نام تگ را در جدول تخصیص I/O به آدرس فیزیکی مربوطه نگاشت کنید.
برنامهنویسی منطق F-Shutdown در HIMA Sigma S6
بلوک تابع F-Shutdown هسته اصلی هر برنامه ایمنی HIMA است. ابتدا ورودیهای تریپ را پیکربندی کنید. در BMS توربین گازی، بلوک F-Shutdown خرابی شعله، لرزش بیش از حد، پایین بودن فشار روغن و افزایش بیش از حد سرعت را پایش میکند. هر ورودی، سیگنال رأیگیریشده 2oo3 از ترانسمیترهای افزونه است.
در مرحله دوم، پاسخ خاموشسازی را پیکربندی کنید. بلوک F-Shutdown را روی تحریک برای تریپ (ETT) تنظیم کنید. این بدان معناست که شیر با یک سیمپیچ 24 V DC برقدار در وضعیت باز نگه داشته میشود. هنگام وقوع تریپ ایمنی، سیمپیچ بیبرق میشود و شیر سوخت بسته میشود. این طراحی ایمن در برابر خرابی تضمین میکند که قطع برق، وضعیت ایمن را فعال کند؛ وضعیتی که برای کاربردهای SIL 3 الزامی است.
مرحله 1: FB مربوط به F-Shutdown را از کتابخانه Brenview روی بوم نمودار تابع بکشید.
مرحله 2: روی FB دوبار کلیک کنید و ساختار رأیگیری را پیکربندی کنید: 2oo3 برای تریپهای حیاتی و 1oo2D برای موارد غیرحیاتی.
مرحله 3: فاصله زمانی آزمون اثباتی را مطابق SRS برای طبقهبندی SIL 2، برابر با 8760 ساعت (سالانه) تنظیم کنید.
مرحله 4: ورودیهای دیجیتال ماژول HI 621 را به ترمینالهای IN1، IN2 و IN3 مربوط به F-Shutdown متصل کنید.
مرحله 5: ترمینال OUT مربوط به F-Shutdown را به کانال خروجی آنالوگ HI 641 که موقعیتدهنده شیر سوخت را کنترل میکند، متصل کنید.
مرحله 6: برنامه ایمنی کامپایلشده را روی کنترلر S6 بارگذاری کنید و یک آزمون شبیهسازی اجباری انجام دهید.
ارتباط PROFIsafe با کنترلر ABB AC 800M
HIMA S6 میتواند از طریق PROFIsafe با DCS نیروگاه ارتباط برقرار کند. در این مثال، S6 فرمانهای تریپ را از طریق یک بکپلین PROFINET با ABB AC 800M مبادله میکند. ابتدا پارامترهای HIMA F-Host را در کاتالوگ سختافزار Brenview پیکربندی کنید. آدرس F مربوط به PROFIsafe را با آدرس ماژول ایمنی ABB AC 800M مطابقت دهید. در مرحله دوم، نواحی تبادل داده مصرفکننده و تولیدکننده را تعریف کنید. S6 یک کلمه وضعیت ایمنی 16 بیتی را به DCS ارسال میکند و DCS یک کلمه فرمان تریپ 16 بیتی را به S6 میفرستد.
همچنین مجموعه F-Parameter را در جادوگر PROFIsafe نرمافزار Brenview پیکربندی کنید. پارامترهای کلیدی شامل F_Source_Add (آدرس HIMA S6)، F_Dest_Add (آدرس ABB AC 800M)، F_WD_Time (مهلت زمانی واچداگ، معمولاً 100 ms) و F_DataRate (نرخ 250 kbps برای PROFIsafe V2) هستند. پایان مهلت زمانی واچداگ، وضعیت ایمنی را در کنترلر HIMA فعال میکند که رفتار مورد انتظار هنگام قطع ارتباط است.
اعتبارسنجی SIL 3 و مستندسازی آزمون اثباتی
پس از تکمیل پیکربندی، مهندسان باید مطابق الزامات IEC 61511 یک آزمون اعتبارسنجی عملکردی کامل انجام دهند. ابتدا آزمون تزریق خطای تککاناله را اجرا کنید. هر کانال ورودی را بهصورت اجباری در وضعیت خطا قرار دهید و بررسی کنید که خروجی رأیگیریشده 2oo3 از منطق مورد انتظار تریپ پیروی میکند. زمان پاسخ تریپ را ثبت کنید. HIMA Sigma S6 برای ورودیهای دیجیتال به زمان پاسخ تریپ کمتر از 50 ms دست مییابد.
در مرحله دوم، یک بررسی کالیبراسیون سرتاسری روی کانالهای ترانسمیتر HART انجام دهید. با استفاده از ارتباطگر HART، سیگنالهای 4 mA و 20 mA را تزریق کنید. بررسی کنید که ماژول HIMA HI 645 بهترتیب 0% و 100% واحدهای مهندسی را نشان میدهد. در مرحله سوم، همه نتایج اعتبارسنجی را در گزارش اعتبارسنجی ایمنی (SVR) مستند کنید. SVR باید شامل تاریخ آزمون، نام مهندس آزمون، گواهیهای کالیبراسیون تجهیزات آزمون و معیارهای قبولی/ردی برای هر مورد آزمون باشد.
جمعبندی و توصیههای اجرایی
HIMA Sigma S6 بستری قدرتمند با قابلیت SIL 3 برای کاربردهای ایمنی فرایند فراهم میکند. نرمافزار پیکربندی Brenview، برنامهنویسی منطق F-Shutdown و تخصیص I/O را ساده میکند. مهندسان باید همیشه الزامات چرخه عمر IEC 61511 را در مراحل FAT و SAT رعایت کنند. برای پروژههای گرینفیلد، استفاده از HIMA S6 همراه با HMI یکپارچه Brenview را در نظر بگیرید تا پیچیدگی رابط کاهش یابد و دیدپذیری تشخیص وضعیت سیستم در سراسر نیروگاه بهبود پیدا کند.
نویسنده: Li Ming مهندس ارشد سیستمهای کنترل است و 10 سال تجربه در سیستمهای ابزاردقیق ایمنی، سیستمهای مدیریت مشعل و سیستمهای حفاظت توربین برای نیروگاهها و تأسیسات نفت و گاز در چین و خاورمیانه دارد.
