Pārsprieguma aizsardzības SIL 2 pārbaudes tests: HIMA HIMatrix F35 un Woodward ProTech TPS

Kāpēc pārsprieguma SIF pārbaudes neiztur auditus

Pārsprieguma aizsardzība ir visizplatītākā drošības instrumentētā funkcija (SIF) procesrūpnīcās. Tomēr tā rada visvairāk audita atzinumu. Inženieri pārbauda spiediena raidītāju, bet izlaida loģikas risinātāja izejas releja pārbaudi. Viņi ieraksta PST pārvietošanās laiku, bet ne atvēršanas spēku. Testu veic 45 minūtēs, bet trīs vienības paliek nedokumentētas. Auditori ierakstu noraida kā nepilnīgu.

Šis raksts aptver pilnu pārbaudes testu divu no trim (2oo3) spiediena raidītāju izvietojumam, kas baro HIMA HIMatrix F35 loģikas risinātāju, ar Woodward ProTech TPS pārsnieguma aizsardzības salīdzinājumu. Abas sistēmas mērķē uz SIL 2 ar PFDavg starp 1×10⁻³ un 1×10⁻².

Vispirms apstipriniet sākotnējā SIL aprēķinā izmantoto pārbaudes testu pārklājuma (PTC) pieņēmumu. Lielākā daļa SIL aprēķinu pieņem 90% PTC pilnam pārbaudes testam. Daļējs tests (tikai PST, bez vārsta pilnas gājiena pārbaudes) sasniedz tikai 50–60% PTC. 90% PTC pieņēmums ar 60% faktisko PTC pārvieto SIL 2 funkciju uz SIL 1 — tas ir atbilstības pārkāpums ar juridiskām sekām.

HIMA HIMatrix F35 loģikas risinātāja pārbaudes testa procedūra

HIMatrix F35 izmanto TMR (trīskāršas modulāras redundances) I/O arhitektūru. Katrs AI kanāls lasa neatkarīgi un iekšēji balso. Pārbaudes tests verificē visus trīs signālu ceļus, ne tikai vienu kanālu. F3 AIO 8/4 01 analogais I/O modulis apstrādā spiediena raidītāja ieejas signālus.

• 1. solis: Aktivizējiet HIMatrix SILworx pārbaudes testa režīmu, izmantojot SILworx inženierijas staciju (versija 6.4 vai jaunāka). Dodieties uz Sistēma → Drošība → Pārbaudes testa pārvaldnieks. Iestatiet SIF ID mērķa pārsprieguma funkcijai.
• 2. solis: Iesmidziniet 4,00 mA testa signālu (kas atbilst 0% diapazonam = 0 barg) katra AI kanāla ieejas terminālī, izmantojot Fluke 707 cilpas kalibrētāju. Pārbaudiet, ka HIMatrix nolasa 0,0 barg ±0,2% visos trīs kanālos, izmantojot SILworx tiešsaistes monitoru.
• 3. solis: Palieliniet iesmidzināto signālu līdz 20,0 mA (100% diapazons = pilna mēroga spiediens). Pārbaudiet, ka HIMatrix nolasa pilnu mērogu ±0,2% visos trīs kanālos.
• 4. solis: Iesmidziniet traucējuma signālu 21,0 mA (105% diapazons — simulējot raidītāja augstāko augsto līmeni). Apstipriniet, ka HIMatrix loģika rada drošības izejas (SO) vadības komandu 200 ms laikā saskaņā ar SRS prasībām.
• 5. solis: Pārbaudiet DO kanāla izeju pie ESD vārsta solenoīda. Izmēriet spriegumu pie solenoīda termināļa: apstipriniet 0 VDC 250 ms laikā pēc SO aktivizēšanas. Ierakstiet laika zīmogu no SILworx notikumu žurnāla.
• 6. solis: Pārbaudiet HIMatrix pašdiagnostiku. Mākslīgi izraisiet viena AI kanāla kļūmi (atvienojiet kanāla 1 ieeju). Pārbaudiet, ka HIMatrix izsauc "Kanāla 1 diagnostikas kļūda" trauksmi, bet NERAIDA SIF (2oo3 degradējas uz 1oo2 balsošanu — pareiza uzvedība). Pieslēdziet atpakaļ un pārbaudiet kanāla 1 atjaunošanos.
• 7. solis: Pārbaudiet apietas funkciju. Aktivizējiet apkopes apietu, izmantojot SILworx apietas pārvaldnieku. Pārbaudiet, ka HIMatrix izsauc "SIF apiets" trauksmi DCS caur Modbus TCP turēšanas reģistru 40010 bitu 3. Apiete automātiski atceļas pēc 8 stundām (konfigurējams ar P_BYPASS_TIMEOUT).

Ierakstiet visus laika zīmogus, mērījumus un testa rezultātus Pārbaudes testa ieraksta veidlapā. IEC 61511 16.2.5 pants prasa: testa datumu, testētāja identitāti, testa metodi, mērīto reakcijas laiku, salīdzinājumu ar SRS prasībām un parakstu. F3 DIO 16/8 01 modulis apstrādā digitālos izejas kanālus, kas vada ESD vārsta solenoīdus.

ESD vārsta daļējas gājiena tests un pilnas gājiena pārbaude

ESD vārsts ir visvairāk kļūmju pakļautais elements pārsprieguma SIF. Vārsta sēdekļa noplūde un aktuatora atsperes kļūme nav atklājama bez fiziska gājiena testa. Daļējas gājiena tests (PST) atklāj 50–70% bīstamo neatklāto kļūmju. Pilna gājiena tests (FST) atklāj vairāk nekā 90%.

Iestatiet PST pārvietojumu uz 15% no pilna gājiena normāli atvērtam drošības vārstam. Pārvietojums zem 10% neuzrāda iestrēguša stieņa kļūmes. Pārvietojums virs 20% apdraud procesa stabilitāti darbības laikā.

• 1. solis: Apstipriniet, ka process var izturēt 15% vārsta aizvēršanu. Saskaņojiet ar ekspluatāciju. Izsniedziet testēšanas atļauju.
• 2. solis: Sāciet PST no DCS vadības paneļa. Ierakstiet sākuma laiku SILworx notikumu žurnālā.
• 3. solis: Uzraugiet vārsta pārvietošanās atgriezenisko saiti (4–20 mA no pozicioniera). Pārbaudiet, ka 15% pārvietojums sasniegts 5 sekunžu laikā. Pēc PST pabeigšanas vārstam jāatgriežas 100% atvērtā stāvoklī 10 sekunžu laikā.
• 4. solis: Ierakstiet PST piegādes spiedienu pie aktuatora (minimums 5,5 barg atsperes atgriešanās aktuatoram). Vērtības zem 5,0 barg norāda uz akumulatora noplūdi vai piegādes regulatora novirzi.
• 5. solis: FST (tikai apstādināšanas logā) pilnībā atslēdziet traucējuma solenoīdu. Pārbaudiet pilnu aizvēršanos 3 sekunžu laikā saskaņā ar SRS prasībām. Izmēriet sēdekļa noplūdi, izmantojot augšupejoša spiediena krituma metodi. Noplūde virs 0,1% Cv nominālā plūsmas apjoma neiztur testu.

Pārbaudiet solenoīda vārsta spoles pretestību katrā pārbaudes testā. Standarta 24 VDC solenoīda spolei jābūt 30–70 omi pie 20°C. Vērtības ārpus šī diapazona norāda uz spoles degradāciju. Nomainiet solenoīda spoles ik pēc 10 gadiem vai agrāk neatkarīgi no elektriskā testa rezultātiem.

Woodward ProTech TPS salīdzinājums: pārsniegums kā pārsprieguma analogs

Woodward ProTech TPS (trīskāršs tuvuma slēdzis) aizsargā gāzes turbīnas no pārsnieguma notikumiem. Arhitektūra atspoguļo pārsprieguma SIF: trīs sensori baro 2oo3 balsošanas releju. Woodward 8200-205 divu no trim pārsnieguma aizsardzības sistēma īsteno identisku balsošanas loģiku.

ProTech TPS pieņem magnētiskos tuvuma sensorus (MPU) ar nominālo izeju 0,5–50 Vrms ātruma diapazonā. Iestatiet pārsnieguma traucējuma punktu 110% no nominālā ātruma. Traucējuma punkts tiek saglabāts nemainīgā EEPROM. Dokumentējiet traucējuma punkta vērtību un programmaparatūras versiju pārbaudes testa ierakstā.

• Iesmidziniet simulētu ātruma signālu no Woodward ProTech ātruma testera katrā MPU ieejā. Palieliniet frekvenci līdz 110% no nominālā ātruma ekvivalentam (piemēram, 1200 Hz 3000 apgr./min mašīnai ar 24 zobu ratu).
• Pārbaudiet, ka releja izeja pazeminās 50 ms laikā (reakcijas laika specifikācija).
• Testējiet visus trīs MPU kanālus neatkarīgi. Pārbaudiet 2oo3 loģiku: viena kanāla pārsniegums rada trauksmi, bet ne traucējumu. Divu kanālu pārsniegums rada traucējumu.
• Ierakstiet releja kontakta stāvokli (NC kontakts atveras traucējuma laikā) ar digitālo multimetrs testa laikā.

ProTech TPS releja izejas kontakta kalpošanas laiks ir 100 000 darbību. Pārbaudiet darbību skaitītāju (Izvēlne → Diagnostika → Releja skaits). Nomainiet releja moduļus proaktīvi pie 80 000 darbībām. Releja kļūme 2oo3 sistēmā degradē līdz 1oo2 balsošanai un būtiski maina PFDavg.

PFDavg pārrēķins un audita dokumentācija

Pēc katra pārbaudes testa atjauniniet PFDavg aprēķinu. Šis solis ir obligāts saskaņā ar IEC 61511 16.2.5 pantu, bet lauka praksē visbiežāk tiek izlaists.

Izmantojiet vienkāršoto IEC 61511 formulu 2oo3 sensoru izvietojumam:

PFDavg (2oo3) = λDU² × Ti²

Kur λDU = bīstamās neatklātās kļūmes likme stundā (piemēram, 5×10⁻⁸ /stundā Rosemount 3051 spiediena raidītājam) un Ti = pārbaudes testa intervāls stundās. 12 mēnešu intervālam (8760 stundas): PFDavg = (5×10⁻⁸)² × (8760)² = 1,9×10⁻⁷. Pievienojiet HIMatrix F35 loģikas risinātāja PFDavg (aptuveni 3×10⁻⁵) un ESD vārsta PFDavg (aptuveni 1×10⁻³ pilna gājiena testētam vārstam). Kopējais SIF PFDavg ≈ 1,03×10⁻³ — robežās SIL 2.

Ja kāds pārbaudes tests atklāj mazāku par 90% pārklājumu vai ja vārsta PST neiztur un FST tiek atlikts, pārrēķiniet ar samazināto pārklājuma koeficientu. PFDavg virs 1×10⁻² prasa tūlītēju korektīvu rīcību un paziņošanu procesa drošības iestādei.

Sagatavojiet pilnu pārbaudes testa paketi: testa procedūras versijas numuru, katra raidītāja sākotnējo un gala kalibrācijas ierakstus, SILworx notikumu žurnāla eksportu (PDF), vārsta PST un FST ierakstus, PFDavg pārrēķina lapu un testētāju parakstus. Saglabājiet ierakstus vismaz SIF darbības laiku plus 5 gadus.

Nobeigums un rīcības ieteikumi

SIL 2 pārsprieguma pārbaudes testi neiztur auditus divu iemeslu dēļ: nepilnīga visu SIF elementu pārklājuma un PFDavg pārrēķina trūkuma pēc testa. Raidītāja kalibrācija bez loģikas risinātāja izejas pārbaudes nav pārbaudes tests — tā ir kalibrācija. Izmantojiet HIMatrix SILworx Pārbaudes testa pārvaldnieku, lai nodrošinātu strukturētu testa secību un automātisku testa pārskatu ģenerēšanu.

Attiecībā uz ESD vārstu nekad nepieņemiet tikai PST kā pilnvērtīgu pārbaudes testa aizvietotāju. Plānojiet FST katra plānotā apstādinājuma laikā — vārsta sēdekļa noplūde virs 0,1% Cv nominālā plūsmas apjoma ir kritisks atzinums, ko PST nevar atklāt. ProTech TPS pārsnieguma aizsardzībai uzraugiet releja kontakta darbību skaitu un nomainiet pie 80 000 darbībām. Uzturiet kopējo SIF PFDavg zem 5×10⁻³, lai saglabātu 100% drošības rezervi SIL 2 robežās. Dokumentējiet visu — audita komanda vispirms prasa ierakstus, pēc tam aparatūru.