HIMA Safety PLC és Yokogawa CENTUM: 1oo2 és 2oo3 szavazási logika megvalósítása SIS-ben

Mi a szavazási logika a biztonsági műszeres rendszerekben?

A szavazási logika határozza meg, hogyan reagálnak az érzékelők és a végrehajtó elemek, amikor a mérések eltérnek egymástól. Egy 1oo2 (kettőből egy) architektúrában a két érzékelő bármelyike kezdeményezheti a leállítást. Egy 2oo3 (háromból kettő) architektúrában a leállítás kezdeményezése előtt legalább három érzékelő közül kettőnek egyező jelet kell adnia.

A HIMA Prizm biztonsági vezérlőt és a Yokogawa CENTUM DCS-t gyakran együtt alkalmazzák kombinált ciklusú erőművekben és finomítói kemencekezelő egységekben. A HIMA kezeli az SIS-réteget. A Yokogawa CENTUM kezeli a BPCS-réteget, és a ProSafe-RS-integráción keresztül biztosítja a kezelői felületet. A HIMA CPU Module F8640 bevált hardverplatform ezekhez a nagy rendelkezésre állású SIS-architektúrákhoz.

Az IEC 61511 követelményei a szavazási architektúrákra vonatkozóan

Az IEC 61511 szabvány az instrumentált biztonsági funkciók (SIF-ek) architekturális korlátait határozza meg. Az egyes csatornák hardveres hibatűrésének (HFT) meg kell felelnie a célzott SIL-szintnek. SIL 2 esetén a HFT = 1 legalább 2 csatornát (1oo2) igényel. SIL 3 esetén a HFT = 2 legalább 3 csatornát (2oo3), vagy két párhuzamos 1oo2 alrendszert igényel.

Ezenfelül a PFD-t (igény esetén bekövetkező meghibásodás valószínűségét) a teljes szavazási hurokra ki kell számítani. Ez magában foglalja a távadókat, a Safety PLC feldolgozását és a végrehajtó elemeket is. Az 1oo2 szavazás egyszerűsített PFD-képlete:

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

ahol λ_DU a veszélyes, fel nem fedezett meghibásodási ráta, TI a próbatesztelési intervallum (jellemzően 1 év), az MTTR pedig a helyreállítás átlagos ideje.

Lépésről lépésre: 2oo3 szavazás konfigurálása HIMA Safety PLC-n

Az alábbiakban egy HART-protokollon keresztül három nyomástávadóhoz csatlakoztatott HIMA Prizm vezérlőn megvalósított 2oo3 nyomásleállítás konfigurálásának gyakorlati eljárása látható:

• 1. lépés — A távadócsatornák hozzárendelése. Kösse a három 4–20 mA-es HART-távadót a HIMA analóg bemeneti moduljaihoz (például a HIQUAD 4AI modulhoz). A HIMA Engineering Studio programban rendelje hozzá a PT-101-A, PT-101-B és PT-101-C csatornacímet.
• 2. lépés — A szavazási blokk konfigurálása. Illesszen be egy 2oo3 szavazási funkcióblokkot a Safety PLC logikájába. Állítsa a bemeneti tageket PT-101-A, PT-101-B és PT-101-C értékre. Állítsa a leállítási alapjelet 150 psi értékre. A szavazás típusaként válassza a „2oo3 MAJORITY” lehetőséget.
• 3. lépés — A HART-kommunikáció konfigurálása. Engedélyezze a HART-protokollt minden analóg bemeneti csatornán. A primer változót (PV) állítsa psi-ben megadott nyomásra. A biztonsági hurok gyors reagálása érdekében állítsa a frissítési sebességet 100 ms-ra.
• 4. lépés — A leállítási kimenet programozása. A szavazási blokk kimenetét vezesse az EBV mágnesszelepét meghajtó digitális kimeneti modulra. A kimenetet feszültségmentesített állapotba (leállítás) kell kapcsolni, ha a megszavazott nyomás több mint 500 ms-on keresztül (zajcsillapítási idő) meghaladja a 150 psi értéket. A Yokogawa ADV559-P01 Digital Output (DO) Module megfelelő a végrehajtó elem bekötéséhez a hibrid SIS–BPCS-architektúrák CENTUM-oldalán.
• 5. lépés — Integráció a Yokogawa CENTUM rendszerrel. A Modbus TCP-interfészen keresztül továbbítsa a megszavazott leállítási állapotot a Yokogawa CENTUM kezelői állomására. Ellenőrizze, hogy az SIS-riasztás a leállítási feltétel bekövetkezését követő 1 másodpercen belül megjelenik-e a CENTUM grafikus felületén. A Yokogawa CENTUM VP AFV10D-S41201 Duplexed Field Control Unit redundáns FCU-gerinchálózatot biztosít a megbízható Modbus TCP-átjáró működéséhez.

Gyakori hibák az SIS-szavazás tervezésében (ISA-84 / IEC 61511)

Az ISA-84 és az IEC 61511 alkalmazási tapasztalatai számos visszatérő tervezési hibára hívják fel a figyelmet. Először is, ha mindhárom szavazási csatornában ugyanazon gyártó érzékelőit használják, az közös okú meghibásodást idézhet elő. Ha az érzékelők firmware-e hibás, mindhárom csatorna egyidejűleg meghibásodhat. Ezért a diverzitási követelmények teljesítéséhez két különböző gyártótól származó érzékelőket használjon.

Másodszor, mindhárom érzékelőkábel ugyanazon védőcsövön keresztüli vezetése közös módusú meghibásodást okozhat. A védőcső sérülése vagy az abban keletkező tűzkár megszünteti a redundanciát. A kábeleket külön kábeltálcákon, legalább 300 mm-es fizikai távolsággal vezesse.

Harmadszor, az éves próbatesztek elmulasztása érvényteleníti a PFD-számítást. Ha a próbatesztelési intervallumot (TI) újraszámított PFD nélkül 1 évről 3 évre növelik, a rendszer már nem feltétlenül teljesíti a célzott SIL-szintet.

Közös okú meghibásodás a 2oo3 architektúrákban

A közös okú meghibásodás (CCF) a szavazási architektúrák elsődleges gyenge pontja. CCF akkor lép fel, amikor egyetlen esemény egyszerre több csatorna működését is lerontja. A hőmérséklet, a páratartalom, a rezgés és az elektromágneses interferencia tipikus CCF-kiváltó tényezők.

A CCF csökkentése érdekében kövesse az alábbi helyszíni gyakorlatokat. Először is, az érzékelőket külön burkolatokba vagy a technológiai tartály fizikailag elkülönített pontjaira telepítse. Másodszor, minden analóg bemeneti csatornához külön tápegységet használjon. A Yokogawa SPW481 AC Power Supply Module csatornánkénti dedikált tápelosztást támogat a CENTUM I/O-szekrényeiben. Harmadszor, évente végezzen diverzitási auditot. Ellenőrizze, hogy a három érzékelő eltérő firmware-verziót vagy eltérő hardverrevíziót használ-e.

Megfelelő tervezés esetén egy 2oo3 rendszer PFD-je a 0,001-es érték alatt marad (SIL 3), még akkor is, ha 5%-os CCF-tényezőt vesznek figyelembe. CCF-csökkentés nélkül a tényleges PFD akár háromszorosára is romolhat, ami veszélyezteti a SIL-követelmények teljesítését.

Összegzés és teendőjavaslat

A Yokogawa CENTUM rendszerrel integrált HIMA Safety PLC szavazási logikája robusztus, SIL-tanúsított védelmet biztosít a kritikus technológiai egységek számára. Az architektúra azonban csak annyira erős, amennyire a leggyengébb tervezési részlete. A közös okú meghibásodás, a kábelek vezetése és a próbatesztelési fegyelem az a három terület, ahol a helyszíni csapatok a leggyakrabban maradnak el az elvárásoktól.

Teendőjavaslat: Még ebben a negyedévben ütemezzen felülvizsgálatot a szavazási logikáról a biztonsági műszeres rendszer (SIS) mérnöki csapatával. Ellenőrizze, hogy valamennyi 2oo3 érzékelőcsatorna fizikailag elkülönített nyomvonalon, külön tápegységről működik-e. Ha bármelyik csatorna közös védőcsövön vagy tápsínen osztozik, a következő nagyjavítás előtt vegye fel ezt a javítandó tételek listájára.