Configuration de la HIMA Sigma S6 : création d’une logique de sécurité SIL 3 à partir de zéro

Présentation de l’architecture HIMA Sigma S6

HIMA Sigma S6 est un contrôleur de sécurité modulaire conçu pour les applications de sécurité des procédés à haute disponibilité. Le système utilise une architecture de vote 2oo3 (deux sur trois) pour les entrées critiques et une architecture 1oo2D (une sur deux avec diagnostics) pour les fonctions de sécurité standard. Le châssis S6 prend en charge jusqu’à 16 modules d’E/S par rack et communique via PROFIsafe sur une infrastructure PROFINET standard.

Dans ce guide, nous configurons un HIMA S6 pour un système de gestion des brûleurs (BMS) dans une centrale à turbines à gaz de 40 MW. Le BMS doit atteindre le niveau SIL 2 conformément à la norme IEC 61511. L’exemple couvre également l’intégration de transmetteurs HART via le module d’entrée analogique HIMA HI 645.

Ingénierie HMI Brenview : configuration du projet

Commencez par lancer Brenview HMI version 6.0 et créer un nouveau projet BMS. Sélectionnez HIMA S6 comme contrôleur cible. Définissez la structure des zones de sécurité. HIMA S6 organise la logique en blocs fonctionnels (FB). Les blocs courants comprennent F-Shutdown, F-Motor, F-Valve et F-Analog.

Ensuite, affectez les adresses physiques des E/S. Chaque module d’E/S possède une adresse unique de rack et d’emplacement. Le module d’entrée numérique HI 621 occupe les emplacements 01–04. Le module de sortie analogique HI 641 occupe les emplacements 11–14. Associez chaque nom de variable à son adresse physique dans le tableau d’affectation des E/S.

Programmation de la logique F-Shutdown dans HIMA Sigma S6

Le bloc fonctionnel F-Shutdown constitue le cœur de tout programme de sécurité HIMA. Commencez par configurer les entrées de déclenchement. Pour un BMS de turbine à gaz, le bloc F-Shutdown surveille l’extinction de flamme, les vibrations excessives, la basse pression d’huile et la survitesse. Chaque entrée est un signal soumis à un vote 2oo3 provenant de transmetteurs redondants.

Configurez ensuite la réponse d’arrêt. Réglez le bloc F-Shutdown sur une commande de déclenchement par mise sous tension (ETT). Cela signifie que la vanne est maintenue ouverte par une bobine alimentée en 24 V DC. En cas de déclenchement de sécurité, la bobine est désalimentée et la vanne de combustible se ferme. Cette conception à sécurité intégrée garantit qu’une perte d’alimentation déclenche un état sûr, ce qui est requis pour les applications SIL 3.

Étape 1 : faites glisser le FB F-Shutdown depuis la bibliothèque Brenview vers la zone de travail du diagramme fonctionnel.

Étape 2 : double-cliquez sur le FB et configurez la structure de vote : 2oo3 pour les déclenchements critiques, 1oo2D pour les déclenchements non critiques.

Étape 3 : définissez l’intervalle de test périodique à 8760 heures (annuel), conformément à la SRS pour une classification SIL 2.

Étape 4 : connectez les entrées numériques du module HI 621 aux bornes IN1, IN2 et IN3 du F-Shutdown.

Étape 5 : connectez la borne OUT du F-Shutdown au canal de sortie analogique HI 641 qui commande le positionneur de la vanne de combustible.

Étape 6 : téléchargez le programme de sécurité compilé vers le contrôleur S6 et effectuez un test de simulation forcée.

Communication PROFIsafe avec le contrôleur ABB AC 800M

HIMA S6 peut communiquer avec le DCS de l’installation via PROFIsafe. Dans cet exemple, le S6 échange des commandes de déclenchement avec un ABB AC 800M via un fond de panier PROFINET. Commencez par configurer les paramètres F-Host HIMA dans le catalogue matériel Brenview. Définissez l’adresse F PROFIsafe pour qu’elle corresponde à l’adresse du module de sécurité ABB AC 800M. Définissez ensuite les zones d’échange de données entre consommateurs et producteurs. Le S6 envoie au DCS un mot d’état de sécurité de 16 bits, et le DCS envoie au S6 un mot de commande de déclenchement de 16 bits.

Configurez également le jeu de paramètres F dans l’assistant PROFIsafe de Brenview. Les principaux paramètres comprennent F_Source_Add (adresse HIMA S6), F_Dest_Add (adresse ABB AC 800M), F_WD_Time (temporisation du chien de garde, généralement 100 ms) et F_DataRate (250 kbps pour PROFIsafe V2). Une expiration de la temporisation du chien de garde déclenche un état sûr dans le contrôleur HIMA, ce qui correspond au comportement attendu en cas de perte de communication.

Validation SIL 3 et documentation des tests périodiques

Après avoir terminé la configuration, les ingénieurs doivent effectuer un test complet de validation fonctionnelle conformément aux exigences de la norme IEC 61511. Commencez par un test d’injection de défaut sur un seul canal. Forcez chaque canal d’entrée dans un état de défaut et vérifiez que la sortie soumise au vote 2oo3 suit la logique de déclenchement attendue. Enregistrez le temps de réponse au déclenchement. HIMA Sigma S6 atteint un temps de réponse inférieur à 50 ms pour les entrées numériques.

Effectuez ensuite une vérification d’étalonnage de bout en bout sur les canaux des transmetteurs HART. Utilisez un communicateur HART pour injecter un signal de 4 mA et de 20 mA. Vérifiez que le module HIMA HI 645 correspondant lit respectivement 0 % et 100 % des unités d’ingénierie. Documentez enfin tous les résultats de validation dans le rapport de validation de sécurité (SVR). Le SVR doit inclure la date du test, le nom de l’ingénieur chargé du test, les certificats d’étalonnage des équipements de test ainsi que les critères de réussite/échec pour chaque cas de test.

Conclusion et conseils d’action

HIMA Sigma S6 fournit une plateforme robuste, compatible SIL 3, pour les applications de sécurité des procédés. Le logiciel de configuration Brenview simplifie la programmation de la logique F-Shutdown et l’affectation des E/S. Les ingénieurs doivent toujours respecter les exigences du cycle de vie de la norme IEC 61511 pendant les phases FAT et SAT. Pour les projets nouveaux, envisagez HIMA S6 avec une IHM Brenview intégrée afin de réduire la complexité des interfaces et d’améliorer la visibilité des diagnostics du système dans l’ensemble de l’installation.

Auteur : Li Ming est ingénieur senior en systèmes de contrôle et possède 10 ans d’expérience dans les systèmes instrumentés de sécurité, les systèmes de gestion des brûleurs et les systèmes de protection des turbines pour la production d’énergie ainsi que pour les installations pétrolières et gazières en Chine et au Moyen-Orient.