Configurazione HIMA Sigma S6: creazione da zero di una logica di sicurezza SIL 3

Panoramica dell’architettura HIMA Sigma S6

HIMA Sigma S6 è un controllore di sicurezza modulare progettato per applicazioni di sicurezza dei processi ad alta disponibilità. Il sistema utilizza un’architettura di voto 2oo3 (due su tre) per gli ingressi critici e un’architettura 1oo2D (uno su due con diagnostica) per le funzioni di sicurezza standard. Il telaio S6 supporta fino a 16 moduli I/O per rack e comunica tramite PROFIsafe su un’infrastruttura PROFINET standard.

In questa guida configuriamo un HIMA S6 per un sistema di gestione dei bruciatori (BMS) in un impianto con turbina a gas da 40 MW. Il BMS deve raggiungere il livello SIL 2 secondo la norma IEC 61511. L’esempio illustra anche l’integrazione di trasmettitori HART tramite il modulo di ingresso analogico HIMA HI 645.

Progettazione HMI Brenview: configurazione del progetto

Per prima cosa, avviare Brenview HMI versione 6.0 e creare un nuovo progetto BMS. Selezionare HIMA S6 come controllore di destinazione. Definire la struttura delle zone di sicurezza. HIMA S6 organizza la logica in blocchi funzionali (FB). I blocchi comuni includono F-Shutdown, F-Motor, F-Valve e F-Analog.

In secondo luogo, assegnare gli indirizzi fisici degli I/O. Ogni modulo I/O dispone di un indirizzo univoco di rack e slot. Il modulo di ingresso digitale HI 621 occupa gli slot 01–04. Il modulo di uscita analogica HI 641 occupa gli slot 11–14. Mappare ogni nome di tag al relativo indirizzo fisico nella tabella di assegnazione degli I/O.

Programmazione della logica F-Shutdown in HIMA Sigma S6

Il blocco funzionale F-Shutdown è il nucleo di qualsiasi programma di sicurezza HIMA. Per prima cosa, configurare gli ingressi di sgancio. In un BMS per turbina a gas, il blocco F-Shutdown monitora la perdita di fiamma, le vibrazioni eccessive, la bassa pressione dell’olio e il fuori giri. Ogni ingresso è un segnale con voto 2oo3 proveniente da trasmettitori ridondanti.

In secondo luogo, configurare la risposta di arresto. Impostare il blocco F-Shutdown su energizzazione per lo sgancio (ETT). Ciò significa che la valvola viene mantenuta aperta da una bobina eccitata a 24 V DC. In caso di sgancio di sicurezza, la bobina si diseccita e la valvola del combustibile si chiude. Questo progetto a sicurezza intrinseca garantisce che una perdita di alimentazione attivi uno stato sicuro, come richiesto per le applicazioni SIL 3.

Passaggio 1: trascinare il FB F-Shutdown dalla libreria Brenview nell’area di disegno del diagramma funzionale.

Passaggio 2: fare doppio clic sul FB e configurare la struttura di voto: 2oo3 per gli sganci critici, 1oo2D per quelli non critici.

Passaggio 3: impostare l’intervallo del proof test su 8760 ore (annuale) secondo la SRS per la classificazione SIL 2.

Passaggio 4: collegare gli ingressi digitali del modulo HI 621 ai morsetti IN1, IN2 e IN3 di F-Shutdown.

Passaggio 5: collegare il morsetto OUT di F-Shutdown al canale di uscita analogica HI 641 che controlla il posizionatore della valvola del combustibile.

Passaggio 6: scaricare il programma di sicurezza compilato nel controllore S6 ed eseguire un test di simulazione forzata.

Comunicazione PROFIsafe con il controllore ABB AC 800M

HIMA S6 può comunicare con il DCS dell’impianto tramite PROFIsafe. In questo esempio, S6 scambia comandi di sgancio con un ABB AC 800M tramite un backplane PROFINET. Per prima cosa, configurare i parametri F-Host HIMA nel catalogo hardware di Brenview. Impostare l’indirizzo F PROFIsafe in modo che corrisponda all’indirizzo del modulo di sicurezza ABB AC 800M. In secondo luogo, definire le aree di scambio dati del consumatore e del produttore. S6 invia al DCS una parola di stato di sicurezza a 16 bit e il DCS invia a S6 una parola di comando di sgancio a 16 bit.

Inoltre, configurare il set di parametri F nella procedura guidata PROFIsafe di Brenview. I parametri principali includono F_Source_Add (indirizzo HIMA S6), F_Dest_Add (indirizzo ABB AC 800M), F_WD_Time (timeout del watchdog, in genere 100 ms) e F_DataRate (250 kbps per PROFIsafe V2). Un timeout del watchdog attiva uno stato sicuro nel controllore HIMA, comportamento previsto in caso di perdita della comunicazione.

Validazione SIL 3 e documentazione del proof test

Dopo aver completato la configurazione, gli ingegneri devono eseguire un test completo di validazione funzionale secondo i requisiti della norma IEC 61511. Per prima cosa, eseguire un test di iniezione di guasto a canale singolo. Forzare ogni canale di ingresso in uno stato di guasto e verificare che l’uscita con voto 2oo3 segua la logica di sgancio prevista. Registrare il tempo di risposta allo sgancio. HIMA Sigma S6 raggiunge un tempo di risposta allo sgancio inferiore a 50 ms per gli ingressi digitali.

In secondo luogo, eseguire un controllo di calibrazione end-to-end sui canali dei trasmettitori HART. Utilizzare un comunicatore HART per iniettare un segnale da 4 mA e uno da 20 mA. Verificare che il modulo HIMA HI 645 corrispondente legga rispettivamente lo 0% e il 100% delle unità ingegneristiche. In terzo luogo, documentare tutti i risultati della validazione nel Safety Validation Report (SVR). L’SVR deve includere la data del test, il nome dell’ingegnere che lo ha eseguito, i certificati di calibrazione delle apparecchiature di prova e i criteri di superamento/fallimento per ogni caso di test.

Conclusioni e indicazioni operative

HIMA Sigma S6 offre una piattaforma robusta, in grado di raggiungere SIL 3, per le applicazioni di sicurezza dei processi. Il software di configurazione Brenview semplifica la programmazione della logica F-Shutdown e l’assegnazione degli I/O. Gli ingegneri devono sempre seguire i requisiti del ciclo di vita IEC 61511 durante le fasi FAT e SAT. Per i progetti greenfield, valutare HIMA S6 con HMI Brenview integrata per ridurre la complessità delle interfacce e migliorare la visibilità della diagnostica del sistema in tutto l’impianto.

Autore: Li Ming è un ingegnere senior dei sistemi di controllo con 10 anni di esperienza nei sistemi strumentati di sicurezza, nei sistemi di gestione dei bruciatori e nei sistemi di protezione delle turbine per la generazione elettrica e gli impianti oil & gas in Cina e Medio Oriente.