HIMA Safety PLC ve Yokogawa CENTUM: SIS’te 1oo2 ve 2oo3 Oylama Mantığının Uygulanması
Güvenlik Enstrümantasyon Sistemlerinde Oylama Mantığı Nedir?
Oylama mantığı, ölçümler uyuşmadığında sensörlerin ve son elemanların nasıl tepki vereceğini belirler. 1oo2 (ikiden biri) mimarisinde, iki sensörden herhangi biri trip başlatabilir. 2oo3 (üçten ikisi) mimarisinde ise trip başlatılmadan önce üç sensörden en az ikisinin aynı sonucu vermesi gerekir.
HIMA Prizm güvenlik kontrolörü ve Yokogawa CENTUM DCS, kombine çevrimli enerji santrallerinde ve rafineri ısıtıcı arıtma ünitelerinde sıklıkla birlikte kullanılır. HIMA, SIS katmanını yönetir. Yokogawa CENTUM, BPCS katmanını yönetir ve ProSafe-RS entegrasyonu üzerinden operatör arayüzünü sağlar. HIMA CPU Module F8640, bu yüksek kullanılabilirlikli SIS mimarileri için kendini kanıtlamış bir donanım platformudur.
Oylama Mimarileri için IEC 61511 Gereksinimleri
IEC 61511, Güvenlik Enstrümante Fonksiyonları (SIF'ler) için mimari kısıtları tanımlar. Her kanalın donanım hata toleransı (HFT), hedef SIL ile uyumlu olmalıdır. SIL 2 için HFT = 1, en az 2 kanal (1oo2) gerektirir. SIL 3 için HFT = 2, en az 3 kanal (2oo3) veya paralel iki adet 1oo2 alt sistemi gerektirir.
Ayrıca PFD'nin (talep üzerine arıza olasılığı) komple oylama döngüsü için hesaplanması gerekir. Buna transmiterler, Güvenlik PLC'si işleme birimi ve son elemanlar dahildir. 1oo2 oylaması için basitleştirilmiş PFD formülü şöyledir:
PFD₁oo₂ = 2 × λ_DU² × TI² / 3 + λ_DU × MTTR
Burada λ_DU, tehlikeli ve tespit edilemeyen arıza oranı; TI, kanıtlama testi aralığı (genellikle 1 yıl); MTTR ise ortalama geri yükleme süresidir.
Adım Adım: HIMA Güvenlik PLC'sinde 2oo3 Oylamasını Yapılandırma
HART protokolü üzerinden üç basınç transmiterine bağlı bir HIMA Prizm kontrolöründe 2oo3 basınç trip'ini yapılandırmak için uygulanacak pratik prosedür şöyledir:
- 1. Adım — Transmiter kanallarını atayın. Üç adet 4-20 mA HART transmiterini HIMA analog giriş modüllerine (ör. HIQUAD 4AI) bağlayın. HIMA Engineering Studio'da kanal adreslerini PT-101-A, PT-101-B ve PT-101-C olarak atayın.
- 2. Adım — Oylama bloğunu yapılandırın. Güvenlik PLC'si mantığına bir 2oo3 oylama fonksiyon bloğu ekleyin. Giriş etiketlerini PT-101-A, PT-101-B ve PT-101-C olarak ayarlayın. Trip ayar noktasını 150 psi olarak belirleyin. Oylama türünü "2oo3 MAJORITY" olarak ayarlayın.
- 3. Adım — HART iletişimini yapılandırın. Her analog giriş kanalında HART protokolünü etkinleştirin. Basınç için birincil değişkeni (PV) psi cinsinden yapılandırın. Güvenlik döngüsünde hızlı tepki için güncelleme hızını 100 ms olarak ayarlayın.
- 4. Adım — Trip çıkışını programlayın. Oylama bloğunun çıkışını EBV solenoid valfini süren dijital çıkış modülüne yönlendirin. Oylanan basınç 500 ms'den (debounce süresi) uzun süreyle 150 psi değerini aştığında çıkış enerjisiz duruma (trip) geçmelidir. Yokogawa ADV559-P01 Digital Output (DO) Module, hibrit SIS-BPCS mimarilerinin CENTUM tarafında son eleman bağlantıları için uygundur.
- 5. Adım — Yokogawa CENTUM ile entegre edin. Oylanan trip durumunu Yokogawa CENTUM operatör istasyonuna aktarmak için Modbus TCP arayüzünü kullanın. SIS alarmının trip koşulundan sonraki 1 saniye içinde CENTUM grafiğinde göründüğünü doğrulayın. Yokogawa CENTUM VP AFV10D-S41201 Duplexed Field Control Unit, güvenilir Modbus TCP ağ geçidi işletimi için yedekli FCU omurgası sağlar.
SIS Oylama Tasarımında Yaygın Hatalar (ISA-84 / IEC 61511)
ISA-84 ve IEC 61511 saha deneyimleri, tekrarlanan çeşitli tasarım hatalarını ortaya koymaktadır. İlk olarak, üç oylama kanalının tamamında aynı üreticinin sensörlerini kullanmak ortak nedenli arızaya yol açar. Sensör ürün yazılımında bir hata varsa üç kanalın tamamı aynı anda arızalanır. Bu nedenle, çeşitlilik gereksinimlerini karşılamak için iki farklı üreticinin sensörlerini kullanın.
İkinci olarak, üç sensör kablosunun tamamını aynı kablo kanalından geçirmek ortak modlu arızaya neden olur. Bu kanaldaki döküntüler veya yangın hasarı yedekliliği ortadan kaldırır. Kabloları, aralarında en az 300 mm fiziksel mesafe olacak şekilde ayrı kablo tavalarından geçirin.
Üçüncü olarak, yıllık kanıtlama testlerinin yapılmaması PFD hesabını geçersiz kılar. Kanıtlama testi aralığı (TI), PFD yeniden hesaplanmadan 1 yıldan 3 yıla çıkarılırsa sistem hedef SIL seviyesini artık karşılamayabilir.
2oo3 Mimarilerinde Ortak Nedenli Arıza
Ortak Nedenli Arıza (CCF), oylama mimarilerinin başlıca zayıflığıdır. CCF, tek bir olayın birden fazla kanalı aynı anda bozmasıyla ortaya çıkar. Sıcaklık, nem, titreşim ve elektromanyetik girişim tipik CCF başlatıcılarıdır.
CCF'yi azaltmak için şu saha uygulamalarını izleyin. İlk olarak, sensörleri ayrı muhafazalara veya proses tankı üzerinde fiziksel olarak birbirinden ayrılmış konumlara monte edin. İkinci olarak, her analog giriş kanalı için ayrı güç kaynakları kullanın. Yokogawa SPW481 AC Power Supply Module, CENTUM I/O kabinlerinde kanal başına özel güç dağıtımını destekler. Üçüncü olarak, yıllık çeşitlilik denetimleri gerçekleştirin. Üç sensörün farklı ürün yazılımı sürümleri veya farklı donanım revizyonları kullandığını doğrulayın.
2oo3 sistemi uygun şekilde tasarlandığında, %5 CCF faktörü dahil edilse bile PFD değeri 0,001'in (SIL 3) altında kalır. CCF azaltma önlemleri alınmadığında etkin PFD 3 kat artabilir ve SIL uyumluluğu riske girebilir.
Sonuç ve Eylem Önerisi
Yokogawa CENTUM ile entegre HIMA Güvenlik PLC'sindeki oylama mantığı, kritik proses üniteleri için güçlü ve SIL sertifikalı koruma sağlar. Ancak mimari, yalnızca en zayıf tasarım ayrıntısı kadar güçlüdür. Ortak nedenli arıza, kablo güzergâhı ve kanıtlama testi disiplini, saha ekiplerinin en sık yetersiz kaldığı üç alandır.
Eylem önerisi: Bu çeyrekte Güvenlik Enstrümantasyon Sistemi (SIS) mühendislik ekibinizle bir oylama mantığı incelemesi planlayın. Tüm 2oo3 sensör kanallarının fiziksel olarak birbirinden ayrıldığını ve ayrı güç kaynaklarına bağlı olduğunu doğrulayın. Herhangi bir kanal aynı kablo kanalını veya güç barasını paylaşıyorsa, bir sonraki büyük bakım duruşundan önce eksiklik listesine bir madde ekleyin.
