HIMA Safety PLC i Yokogawa CENTUM: Implementacija 1oo2 i 2oo3 logike glasanja u SIS-u

Šta je logika glasanja u sigurnosnim instrumentisanim sistemima?

Logika glasanja određuje kako senzori i krajnji elementi reaguju kada se izmerene vrednosti ne podudaraju. U arhitekturi 1oo2 (jedan od dva), bilo koji od dva senzora može da pokrene isključenje. U arhitekturi 2oo3 (dva od tri), najmanje dva od tri senzora moraju da se slože pre pokretanja isključenja.

HIMA Prizm sigurnosni kontroler i Yokogawa CENTUM DCS često se zajedno primenjuju u elektranama sa kombinovanim ciklusom i jedinicama za obradu grejača u rafinerijama. HIMA upravlja SIS slojem. Yokogawa CENTUM upravlja BPCS slojem i obezbeđuje interfejs za operatera putem integracije ProSafe-RS. HIMA CPU Module F8640 je proverena hardverska platforma za ove SIS arhitekture visoke raspoloživosti.

Zahtevi standarda IEC 61511 za arhitekture glasanja

IEC 61511 definiše arhitektonska ograničenja za sigurnosne instrumentisane funkcije (SIF). Tolerancija hardvera na kvar (HFT) svakog kanala mora da odgovara ciljnom SIL nivou. Za SIL 2, HFT = 1 zahteva najmanje 2 kanala (1oo2). Za SIL 3, HFT = 2 zahteva najmanje 3 kanala (2oo3) ili dva podsistema 1oo2 povezana paralelno.

Pored toga, PFD (verovatnoća otkaza na zahtev) mora da se izračuna za kompletnu petlju glasanja. To obuhvata predajnike, obradu u sigurnosnom PLC-u i krajnje elemente. Pojednostavljena formula PFD-a za glasanje 1oo2 glasi:

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

Gde je λ_DU stopa opasnih neotkrivenih kvarova, TI interval testa ispravnosti (obično 1 godina), a MTTR srednje vreme potrebno za vraćanje u rad.

Korak po korak: Konfigurisanje glasanja 2oo3 na sigurnosnom PLC-u HIMA

U nastavku je praktičan postupak za konfigurisanje pritisnog isključenja 2oo3 na HIMA Prizm kontroleru povezanom sa tri predajnika pritiska putem HART protokola:

• Korak 1 — Dodelite kanale predajnicima. Povežite tri HART predajnika od 4–20 mA sa HIMA analognim ulaznim modulima (npr. HIQUAD 4AI). Dodelite adrese kanala PT-101-A, PT-101-B, PT-101-C u softveru HIMA Engineering Studio.
• Korak 2 — Konfigurišite blok za glasanje. Umetnite funkcijski blok za glasanje 2oo3 u logiku sigurnosnog PLC-a. Podesite ulazne oznake na PT-101-A, PT-101-B, PT-101-C. Podesite prag isključenja na 150 psi. Podesite tip glasanja na „2oo3 MAJORITY“.
• Korak 3 — Konfigurišite HART komunikaciju. Omogućite HART protokol na svakom kanalu analognog ulaza. Konfigurišite primarnu promenljivu (PV) za pritisak u psi. Podesite brzinu osvežavanja na 100 ms radi brzog odziva sigurnosne petlje.
• Korak 4 — Programirajte izlaz za isključenje. Usmerite izlaz bloka za glasanje na modul digitalnih izlaza koji upravlja EBV elektromagnetnim ventilom. Izlaz mora da pređe u stanje bez napajanja (isključenje) kada izglasani pritisak prekorači 150 psi duže od 500 ms (vreme eliminacije neželjenih impulsa). Yokogawa ADV559-P01 Digital Output (DO) Module pogodan je za ožičenje krajnjeg elementa na CENTUM strani hibridnih SIS-BPCS arhitektura.
• Korak 5 — Integracija sa Yokogawa CENTUM sistemom. Koristite Modbus TCP interfejs za prosleđivanje statusa izglasanog isključenja do operatorske stanice Yokogawa CENTUM. Potvrdite da se SIS alarm pojavljuje na CENTUM grafičkom prikazu u roku od 1 sekunde od nastanka uslova za isključenje. Yokogawa CENTUM VP AFV10D-S41201 Duplexed Field Control Unit obezbeđuje redundantnu FCU okosnicu za pouzdan rad Modbus TCP gejtveja.

Uobičajene greške pri projektovanju SIS glasanja (ISA-84 / IEC 61511)

Iskustvo iz primene standarda ISA-84 i IEC 61511 na terenu otkriva nekoliko grešaka koje se ponavljaju. Prvo, korišćenje senzora istog proizvođača u sva tri glasačka kanala stvara kvar zajedničkog uzroka. Ako firmver senzora sadrži grešku, sva tri kanala mogu istovremeno da otkažu. Zato koristite senzore dva različita proizvođača kako biste ispunili zahteve za raznovrsnošću.

Drugo, provlačenje sva tri kabla senzora kroz isti kanal uvodi kvar zajedničkog režima. Prosipanje ili požar u tom kanalu može da onesposobi redundantnost. Kablove vodite po odvojenim kablovskim policama, uz fizičko rastojanje od najmanje 300 mm.

Treće, neizvođenje godišnjih testova ispravnosti poništava proračun PFD-a. Ako se interval testa ispravnosti (TI) produži sa 1 na 3 godine bez ponovnog izračunavanja PFD-a, sistem možda više neće ispunjavati ciljni SIL nivo.

Kvar zajedničkog uzroka u arhitekturama 2oo3

Kvar zajedničkog uzroka (CCF) predstavlja glavnu slabost arhitektura glasanja. CCF nastaje kada jedan događaj istovremeno degradira više kanala. Temperatura, vlažnost, vibracije i elektromagnetne smetnje tipični su pokretači CCF-a.

Da biste smanjili CCF, primenite sledeće postupke na terenu. Prvo, instalirajte senzore u odvojena kućišta ili na fizički razdvojene lokacije na procesnom sudu. Drugo, koristite odvojena napajanja za svaki kanal analognog ulaza. Yokogawa SPW481 AC Power Supply Module podržava namensku distribuciju napajanja po kanalima u CENTUM I/O ormanima. Treće, sprovodite godišnje provere raznovrsnosti. Potvrdite da tri senzora koriste različite verzije firmvera ili različite revizije hardvera.

Kada je sistem 2oo3 pravilno projektovan, njegov PFD ostaje ispod 0.001 (SIL 3), čak i kada je uključen CCF faktor od 5%. Bez mera za smanjenje CCF-a, efektivni PFD može da se pogorša tri puta, što ugrožava usklađenost sa SIL zahtevima.

Zaključak i preporuke za postupanje

Logika glasanja na HIMA sigurnosnom PLC-u, integrisana sa Yokogawa CENTUM sistemom, pruža robusnu zaštitu sa SIL sertifikatom za kritične procesne jedinice. Međutim, arhitektura je snažna samo onoliko koliko je snažan njen najslabije projektovan detalj. Kvar zajedničkog uzroka, vođenje kablova i disciplina sprovođenja testova ispravnosti tri su oblasti u kojima terenski timovi najčešće ne ispune zahteve.

Preporuka za postupanje: Zakažite pregled logike glasanja sa svojim inženjerskim timom za sigurnosne instrumentisane sisteme (SIS) tokom ovog kvartala. Proverite da li su svi senzorski kanali 2oo3 fizički razdvojeni i povezani na odvojena napajanja. Ako bilo koji kanal deli isti kanal za kablove ili napojnu sabirnicu, unesite tu stavku na listu nedostataka pre sledećeg remonta.