Konfiguracja HIMA Sigma S6: tworzenie logiki bezpieczeństwa SIL 3 od podstaw

Przegląd architektury HIMA Sigma S6

HIMA Sigma S6 to modułowy sterownik bezpieczeństwa przeznaczony do zastosowań związanych z bezpieczeństwem procesowym, wymagających wysokiej dostępności. System wykorzystuje architekturę głosowania 2oo3 (dwa z trzech) dla wejść krytycznych oraz architekturę 1oo2D (jeden z dwóch z diagnostyką) dla standardowych funkcji bezpieczeństwa. Kaseta S6 obsługuje do 16 modułów wejść/wyjść na stojak i komunikuje się za pośrednictwem PROFIsafe przez standardową infrastrukturę PROFINET.

W tym przewodniku konfigurujemy system HIMA S6 dla układu zarządzania palnikiem (BMS) w elektrowni z turbiną gazową o mocy 40 MW. System BMS musi osiągnąć poziom SIL 2 zgodnie z normą IEC 61511. Przykład obejmuje także integrację przetworników HART za pośrednictwem modułu wejść analogowych HIMA HI 645.

Inżynieria HMI Brenview: konfiguracja projektu

Najpierw uruchom Brenview HMI w wersji 6.0 i utwórz nowy projekt BMS. Wybierz HIMA S6 jako sterownik docelowy. Zdefiniuj strukturę stref bezpieczeństwa. HIMA S6 organizuje logikę w blokach funkcyjnych (FB). Typowe bloki to F-Shutdown, F-Motor, F-Valve i F-Analog.

Następnie przypisz fizyczne adresy wejść/wyjść. Każdy moduł wejść/wyjść ma unikatowy adres stojaka i gniazda. Cyfrowy moduł wejściowy HI 621 zajmuje gniazda 01–04. Analogowy moduł wyjściowy HI 641 zajmuje gniazda 11–14. Przypisz każdą nazwę znacznika do jej fizycznego adresu w tabeli przypisania wejść/wyjść.

Programowanie logiki F-Shutdown w HIMA Sigma S6

Blok funkcyjny F-Shutdown stanowi podstawę każdego programu bezpieczeństwa HIMA. Najpierw skonfiguruj wejścia wyzwalające. W systemie BMS turbiny gazowej blok F-Shutdown monitoruje zanik płomienia, nadmierne drgania, niskie ciśnienie oleju i nadmierną prędkość obrotową. Każde wejście jest sygnałem 2oo3 uzyskiwanym z redundantnych przetworników.

Następnie skonfiguruj reakcję na wyłączenie. Ustaw blok F-Shutdown w trybie energize-to-trip (ETT). Oznacza to, że zawór jest utrzymywany w pozycji otwartej przez cewkę zasilaną napięciem 24 V DC. W przypadku zadziałania zabezpieczenia cewka zostaje pozbawiona zasilania, a zawór paliwowy się zamyka. Taka konstrukcja odporna na uszkodzenia gwarantuje, że utrata zasilania spowoduje przejście do stanu bezpiecznego, co jest wymagane w zastosowaniach SIL 3.

Krok 1: Przeciągnij FB F-Shutdown z biblioteki Brenview na obszar roboczy wykresu funkcji.

Krok 2: Kliknij dwukrotnie FB i skonfiguruj strukturę głosowania: 2oo3 dla wyłączeń krytycznych oraz 1oo2D dla niekrytycznych.

Krok 3: Ustaw interwał testu okresowego na 8760 godzin (raz w roku), zgodnie ze specyfikacją wymagań bezpieczeństwa (SRS) dla klasyfikacji SIL 2.

Krok 4: Podłącz wejścia cyfrowe z modułu HI 621 do zacisków IN1, IN2 i IN3 bloku F-Shutdown.

Krok 5: Podłącz zacisk OUT bloku F-Shutdown do analogowego kanału wyjściowego modułu HI 641, który steruje pozycjonerem zaworu paliwowego.

Krok 6: Pobierz skompilowany program bezpieczeństwa do sterownika S6 i wykonaj test symulacji wymuszonej.

Komunikacja PROFIsafe ze sterownikiem ABB AC 800M

HIMA S6 może komunikować się z systemem DCS elektrowni za pośrednictwem PROFIsafe. W tym przykładzie S6 wymienia polecenia wyłączenia ze sterownikiem ABB AC 800M za pośrednictwem płyty montażowej PROFINET. Najpierw skonfiguruj parametry HIMA F-Host w katalogu sprzętowym Brenview. Ustaw adres F PROFIsafe zgodny z adresem modułu bezpieczeństwa ABB AC 800M. Następnie zdefiniuj obszary wymiany danych konsumenta i producenta. S6 wysyła do systemu DCS 16-bitowe słowo stanu bezpieczeństwa, a system DCS wysyła do S6 16-bitowe słowo polecenia wyłączenia.

Ponadto skonfiguruj zestaw parametrów F w kreatorze PROFIsafe programu Brenview. Kluczowe parametry to F_Source_Add (adres HIMA S6), F_Dest_Add (adres ABB AC 800M), F_WD_Time (limit czasu nadzorowania, zwykle 100 ms) oraz F_DataRate (250 kb/s dla PROFIsafe V2). Przekroczenie limitu czasu nadzorowania powoduje przejście sterownika HIMA do stanu bezpiecznego, co jest oczekiwanym zachowaniem w przypadku utraty komunikacji.

Walidacja SIL 3 i dokumentacja testów okresowych

Po zakończeniu konfiguracji inżynierowie muszą przeprowadzić pełny test walidacji funkcjonalnej zgodnie z wymaganiami normy IEC 61511. Najpierw wykonaj test wstrzykiwania uszkodzeń pojedynczego kanału. Wymuś stan uszkodzenia każdego kanału wejściowego i sprawdź, czy wyjście głosowane 2oo3 realizuje oczekiwaną logikę wyłączenia. Zapisz czas reakcji na wyłączenie. HIMA Sigma S6 zapewnia czas reakcji na wyłączenie krótszy niż 50 ms dla wejść cyfrowych.

Następnie wykonaj kompleksową kontrolę kalibracji kanałów przetworników HART. Użyj komunikatora HART do wprowadzenia sygnałów 4 mA i 20 mA. Sprawdź, czy odpowiedni moduł HIMA HI 645 odczytuje odpowiednio 0% i 100% jednostek inżynierskich. Po trzecie, udokumentuj wszystkie wyniki walidacji w raporcie walidacji bezpieczeństwa (SVR). SVR musi zawierać datę testu, imię i nazwisko inżyniera testującego, świadectwa kalibracji wyposażenia testowego oraz kryteria zaliczenia/niezaliczenia dla każdego przypadku testowego.

Podsumowanie i zalecenia dotyczące działań

HIMA Sigma S6 zapewnia solidną platformę o możliwościach SIL 3 do zastosowań związanych z bezpieczeństwem procesowym. Oprogramowanie konfiguracyjne Brenview upraszcza programowanie logiki F-Shutdown i przypisywanie wejść/wyjść. Inżynierowie powinni zawsze przestrzegać wymagań cyklu życia określonych w normie IEC 61511 podczas faz FAT i SAT. W projektach realizowanych od podstaw warto rozważyć HIMA S6 ze zintegrowanym interfejsem HMI Brenview, aby zmniejszyć złożoność interfejsów i poprawić widoczność diagnostyki systemu w całym zakładzie.

Autor: Li Ming jest starszym inżynierem systemów sterowania z 10-letnim doświadczeniem w dziedzinie systemów oprzyrządowania bezpieczeństwa, układów zarządzania palnikiem i systemów zabezpieczenia turbin dla obiektów energetycznych oraz instalacji naftowych i gazowych w Chinach i na Bliskim Wschodzie.