HIMA Safety PLC un Yokogawa CENTUM: 1oo2 un 2oo3 balsošanas loģikas ieviešana SIS sistēmā

Kas ir balsošanas loģika drošības instrumentētajās sistēmās?

Balsošanas loģika nosaka, kā sensori un izpildelementi reaģē, ja mērījumi atšķiras. 1oo2 (viens no diviem) arhitektūrā izslēgšanas darbību var iniciēt jebkurš no diviem sensoriem. 2oo3 (divi no trim) arhitektūrā pirms izslēgšanas darbības iniciēšanas ir jāvienojas vismaz diviem no trim sensoriem.

HIMA Prizm drošības kontrolleri un Yokogawa CENTUM DCS bieži tiek izmantoti kopā kombinētā cikla elektrostacijās un naftas pārstrādes rūpnīcu krāšņu apstrādes blokos. HIMA apkalpo SIS slāni. Yokogawa CENTUM pārvalda BPCS slāni un nodrošina operatora saskarni, izmantojot ProSafe-RS integrāciju. HIMA CPU modulis F8640 ir pārbaudīta aparatūras platforma šīm augstas pieejamības SIS arhitektūrām.

IEC 61511 prasības balsošanas arhitektūrām

IEC 61511 nosaka arhitektūras ierobežojumus drošības instrumentētajām funkcijām (SIF). Katra kanāla aparatūras kļūmjpaciešībai (HFT) jāatbilst mērķa SIL līmenim. SIL 2 gadījumā HFT = 1 prasa vismaz 2 kanālus (1oo2). SIL 3 gadījumā HFT = 2 prasa vismaz 3 kanālus (2oo3) vai divas paralēli savienotas 1oo2 apakšsistēmas.

Turklāt PFD (atteices varbūtība pie pieprasījuma) jāaprēķina visai balsošanas cilpai. Tajā ietilpst raidītāji, drošības PLC apstrāde un izpildelementi. Vienkāršotā PFD formula 1oo2 balsošanai ir šāda:

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

Kur λ_DU ir bīstamu neatklātu atteiču biežums, TI ir pārbaudes testa intervāls (parasti 1 gads), bet MTTR ir vidējais atjaunošanas laiks.

Soli pa solim: 2oo3 balsošanas konfigurēšana HIMA drošības PLC

Tālāk aprakstīta praktiskā procedūra 2oo3 spiediena izslēgšanas darbības konfigurēšanai HIMA Prizm kontrollerī, kas pievienots trim spiediena raidītājiem, izmantojot HART protokolu:

• 1. darbība — piešķiriet raidītāju kanālus. Pievienojiet trīs 4–20 mA HART raidītājus HIMA analogās ieejas moduļiem (piemēram, HIQUAD 4AI). HIMA Engineering Studio piešķiriet kanālu adreses PT-101-A, PT-101-B, PT-101-C.
• 2. darbība — konfigurējiet balsošanas bloku. Ievietojiet 2oo3 balsošanas funkciju bloku drošības PLC loģikā. Iestatiet ievades tagus PT-101-A, PT-101-B, PT-101-C. Iestatiet izslēgšanas slieksni uz 150 psi. Iestatiet balsošanas veidu uz “2oo3 MAJORITY”.
• 3. darbība — konfigurējiet HART sakarus. Iespējojiet HART protokolu katrā analogās ieejas kanālā. Konfigurējiet primāro mainīgo (PV) spiedienam psi mērvienībās. Iestatiet atjaunināšanas biežumu uz 100 ms, lai nodrošinātu ātru reakciju drošības cilpā.
• 4. darbība — ieprogrammējiet izslēgšanas izeju. Novirziet balsošanas bloka izeju uz digitālās izejas moduli, kas vada EBV solenoīda vārstu. Izejai jābūt deaktivizētai (izslēgšana), ja nobalsotais spiediens pārsniedz 150 psi ilgāk nekā 500 ms (pretatleces laiks). Yokogawa ADV559-P01 digitālās izejas (DO) modulis ir piemērots izpildelementu elektroinstalācijai CENTUM pusē hibrīdās SIS-BPCS arhitektūrās.
• 5. darbība — integrējiet ar Yokogawa CENTUM. Izmantojiet Modbus TCP saskarni, lai nodotu nobalsotās izslēgšanas darbības statusu Yokogawa CENTUM operatora stacijai. Pārliecinieties, ka SIS trauksme CENTUM grafikā parādās 1 sekundes laikā pēc izslēgšanas nosacījuma iestāšanās. Yokogawa CENTUM VP AFV10D-S41201 dupleksētā lauka vadības iekārta nodrošina redundantu FCU mugurkaulu uzticamai Modbus TCP vārtejas darbībai.

Biežāk pieļautās kļūdas SIS balsošanas projektēšanā (ISA-84 / IEC 61511)

ISA-84 un IEC 61511 praktiskā pieredze atklāj vairākas atkārtoti sastopamas projektēšanas kļūdas. Pirmkārt, vienas ražotāja sensoru izmantošana visos trīs balsošanas kanālos rada kopīga cēloņa atteici. Ja sensora programmaparatūrā ir kļūda, visi trīs kanāli var atteikt vienlaikus. Tāpēc daudzveidības prasību izpildei izmantojiet divu dažādu ražotāju sensorus.

Otrkārt, visu trīs sensoru kabeļu izvietošana vienā caurulē rada kopīga režīma atteices risku. Caurules bojājumi vai ugunsgrēks tajā var pārvarēt redundanci. Izvietojiet kabeļus atsevišķās kabeļu renēs ar vismaz 300 mm fizisku atstatumu.

Treškārt, ikgadēju pārbaudes testu neveikšana padara PFD aprēķinu nederīgu. Ja pārbaudes testa intervāls (TI) tiek pagarināts no 1 gada līdz 3 gadiem, neveicot atkārtotu PFD aprēķinu, sistēma var vairs neatbilst mērķa SIL līmenim.

Kopīga cēloņa atteice 2oo3 arhitektūrās

Kopīga cēloņa atteice (CCF) ir galvenais balsošanas arhitektūru vājais punkts. CCF rodas, ja viens notikums vienlaikus pasliktina vairāku kanālu darbību. Temperatūra, mitrums, vibrācija un elektromagnētiskie traucējumi ir tipiski CCF izraisītāji.

Lai samazinātu CCF risku, ievērojiet šādu praksi. Pirmkārt, uzstādiet sensorus atsevišķos korpusos vai fiziski nodalītās vietās uz procesa tvertnes. Otrkārt, katram analogās ieejas kanālam izmantojiet atsevišķu barošanas avotu. Yokogawa SPW481 maiņstrāvas barošanas modulis atbalsta atsevišķu barošanu katram kanālam CENTUM I/O skapjos. Treškārt, veiciet ikgadējus daudzveidības auditus. Pārliecinieties, ka trim sensoriem ir atšķirīgas programmaparatūras versijas vai atšķirīgas aparatūras revīzijas.

Ja 2oo3 sistēma ir pareizi projektēta, tās PFD saglabājas zem 0.001 (SIL 3), pat iekļaujot 5% CCF koeficientu. Bez CCF mazināšanas efektīvais PFD var pasliktināties trīs reizes, radot SIL neatbilstības risku.

Secinājumi un ieteicamā rīcība

Balsošanas loģika HIMA drošības PLC, kas integrēts ar Yokogawa CENTUM, nodrošina izturīgu, SIL sertificētu aizsardzību kritiskiem procesa blokiem. Tomēr arhitektūra ir tikai tik droša, cik tās vājākā projektēšanas detaļa. Kopīga cēloņa atteice, kabeļu izvietošana un disciplīna pārbaudes testu veikšanā ir trīs jomas, kurās tehniskās apkopes komandas uz vietas visbiežāk pieļauj trūkumus.

Ieteicamā rīcība: šajā ceturksnī ieplānojiet balsošanas loģikas pārbaudi kopā ar savu drošības instrumentētās sistēmas (SIS) inženieru komandu. Pārbaudiet, vai visi 2oo3 sensoru kanāli ir fiziski nodalīti un tiem ir atsevišķi barošanas avoti. Ja kādam kanālam ir kopīga kabeļu caurule vai barošanas kopne, pirms nākamās plānotās apkopes izveidojiet veicamo darbu saraksta punktu.