HIMA Safety PLC i Yokogawa CENTUM: Implementacija logike glasanja 1oo2 i 2oo3 u SIS-u

Što je logika glasovanja u sigurnosnim instrumentiranim sustavima?

Logika glasovanja određuje kako senzori i završni elementi reagiraju kada se mjerenja ne podudaraju. U arhitekturi 1oo2 (jedan od dva), bilo koji od dva senzora može pokrenuti isključenje. U arhitekturi 2oo3 (dva od tri), najmanje dva od tri senzora moraju se podudarati prije pokretanja isključenja.

Sigurnosni kontroler HIMA Prizm i Yokogawin DCS CENTUM često se zajedno primjenjuju u elektranama s kombiniranim ciklusom i jedinicama za obradu rafinerijskih peći. HIMA upravlja slojem SIS-a. Yokogawa CENTUM upravlja slojem BPCS-a i omogućuje operatorsko sučelje putem integracije ProSafe-RS. CPU modul HIMA F8640 provjerena je hardverska platforma za ove visokodostupne SIS arhitekture.

Zahtjevi norme IEC 61511 za arhitekture glasovanja

Norma IEC 61511 definira arhitektonska ograničenja za sigurnosne instrumentirane funkcije (SIF). Tolerancija hardverskih kvarova (HFT) svakog kanala mora odgovarati ciljanoj razini SIL. Za SIL 2, HFT = 1 zahtijeva najmanje 2 kanala (1oo2). Za SIL 3, HFT = 2 zahtijeva najmanje 3 kanala (2oo3) ili dva podsustava 1oo2 spojena paralelno.

Nadalje, PFD (vjerojatnost kvara na zahtjev) mora se izračunati za cijelu glasovnu petlju. To uključuje odašiljače, obradu u sigurnosnom PLC-u i završne elemente. Pojednostavljena formula PFD-a za glasovanje 1oo2 glasi:

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

Pri čemu je λ_DU stopa opasnih neotkrivenih kvarova, TI interval ispitivanja ispravnosti (obično 1 godina), a MTTR prosječno vrijeme obnove.

Korak po korak: konfiguriranje glasovanja 2oo3 na sigurnosnom PLC-u HIMA

U nastavku je opisan praktičan postupak konfiguriranja tlačnog isključenja 2oo3 na kontroleru HIMA Prizm povezanom s pomoću tri tlačna odašiljača putem protokola HART:

• 1. korak — Dodijelite kanale odašiljačima. Spojite tri HART odašiljača od 4–20 mA na analogne ulazne module HIMA-e (npr. HIQUAD 4AI). Dodijelite adrese kanala PT-101-A, PT-101-B i PT-101-C u sustavu HIMA Engineering Studio.
• 2. korak — Konfigurirajte blok glasovanja. Umetnite funkcijski blok glasovanja 2oo3 u logiku sigurnosnog PLC-a. Postavite ulazne oznake na PT-101-A, PT-101-B i PT-101-C. Postavite prag isključenja na 150 psi. Postavite vrstu glasovanja na "2oo3 MAJORITY".
• 3. korak — Konfigurirajte komunikaciju HART. Omogućite protokol HART na svakom analognom ulaznom kanalu. Konfigurirajte primarnu varijablu (PV) za tlak u psi. Postavite brzinu ažuriranja na 100 ms radi brzog odziva sigurnosne petlje.
• 4. korak — Programirajte izlaz za isključenje. Usmjerite izlaz bloka glasovanja na modul digitalnog izlaza koji upravlja solenoidnim ventilom EBV. Izlaz mora prijeći u stanje bez napajanja (isključenje) kada glasovani tlak premaši 150 psi dulje od 500 ms (vrijeme za uklanjanje podrhtavanja). Modul digitalnog izlaza (DO) Yokogawa ADV559-P01 prikladan je za ožičenje završnog elementa na strani CENTUM-a u hibridnim SIS-BPCS arhitekturama.
• 5. korak — Integrirajte s Yokogawom CENTUM. Upotrijebite sučelje Modbus TCP za prosljeđivanje statusa glasovanog isključenja operatorskoj stanici Yokogawe CENTUM. Potvrdite da se alarm SIS-a pojavljuje na grafičkom prikazu CENTUM-a unutar 1 sekunde od nastanka uvjeta za isključenje. Duplexirana terenska upravljačka jedinica Yokogawa CENTUM VP AFV10D-S41201 pruža redundantnu okosnicu FCU-a za pouzdan rad pristupnika Modbus TCP.

Uobičajene pogreške u projektiranju glasovanja SIS-a (ISA-84 / IEC 61511)

Iskustvo iz primjene normi ISA-84 i IEC 61511 otkriva nekoliko ponavljajućih projektantskih pogrešaka. Prvo, uporaba senzora istog proizvođača u sva tri kanala glasovanja stvara kvar zajedničkog uzroka. Ako programska oprema senzora sadržava pogrešku, sva tri kanala mogu istodobno otkazati. Stoga upotrijebite senzore dvaju različitih proizvođača kako biste zadovoljili zahtjeve raznolikosti.

Drugo, provođenje svih triju kabela senzora kroz isti kabelski kanal uvodi kvar zajedničkog načina. Izlijevanje ili požar koji ošteti taj kanal poništava redundantnost. Vodite kabele po odvojenim kabelskim nosačima, uz fizički razmak od najmanje 300 mm.

Treće, neprovođenje godišnjih ispitivanja ispravnosti narušava izračun PFD-a. Ako se interval ispitivanja ispravnosti (TI) produlji s 1 godine na 3 godine bez ponovnog izračuna PFD-a, sustav možda više neće zadovoljavati ciljanu razinu SIL.

Kvar zajedničkog uzroka u arhitekturama 2oo3

Kvar zajedničkog uzroka (CCF) glavna je slabost arhitektura glasovanja. CCF nastaje kada jedan događaj istodobno degradira više kanala. Temperatura, vlaga, vibracije i elektromagnetske smetnje tipični su pokretači CCF-a.

Za smanjenje CCF-a slijedite ove postupke na terenu. Prvo, ugradite senzore u odvojena kućišta ili na fizički odvojena mjesta na procesnoj posudi. Drugo, upotrijebite odvojena napajanja za svaki analogni ulazni kanal. Modul AC napajanja Yokogawa SPW481 podržava zasebnu distribuciju napajanja po kanalima u CENTUM I/O ormarima. Treće, provodite godišnje revizije raznolikosti. Potvrdite da tri senzora upotrebljavaju različite verzije programske opreme ili različite revizije hardvera.

Kada je sustav 2oo3 pravilno projektiran, njegov PFD ostaje ispod 0,001 (SIL 3), čak i kada je uključen faktor CCF-a od 5 %. Bez mjera za smanjenje CCF-a, efektivni PFD može se pogoršati za faktor 3, čime se ugrožava usklađenost sa SIL-om.

Zaključak i savjet za postupanje

Logika glasovanja na sigurnosnom PLC-u HIMA integriranom s Yokogawom CENTUM pruža robusnu zaštitu s certifikatom SIL za kritične procesne jedinice. Međutim, arhitektura je snažna samo koliko i njezin najslabiji projektantski detalj. Kvar zajedničkog uzroka, polaganje kabela i disciplina provedbe ispitivanja ispravnosti tri su područja u kojima terenski timovi najčešće podbacuju.

Savjet za postupanje: U ovom tromjesečju zakažite pregled logike glasovanja sa svojim inženjerskim timom za sigurnosne instrumentirane sustave (SIS). Provjerite jesu li svi senzorski kanali 2oo3 fizički odvojeni i spojeni na zasebna napajanja. Ako bilo koji kanal dijeli kabelski kanal ili napojnu sabirnicu, unesite tu stavku na popis nedostataka prije sljedećeg remonta.