Aktuální vydání

celé číslo

11

2021

Monitorování stavu zařízení, diagnostika, řízení údržby

Snímače a systémy řízení polohy a pohybu (motion control)

celé číslo

Přístrojový bezpečnostní systém DeltaV SIS verze 11 firmy Emerson

Společnost Emerson vyvinula bezpečnostní systém DeltaV SIS jako nástroj k ře­šení problémů, kterým v současnosti čelí provozovatelé technologických procesů. Ti požadují otevřenost ve fázi projektu při současném zvýšení spolehlivosti a zprůhlednění a zjednodušení celého systému řízení včetně snadného dosažení shody s platnými předpisy.
 
Mezi novinkami představenými na setká­ní uživatelů produktů firmy Emerson Global User Exchange v texaském San Antoniu na podzim 2010 byl i nový systém DeltaV SIS verze 11. Systém DeltaV SIS tím vstoupil na pole bezpečnostních přístrojových systémů (Safety Instrumented Sys­tem – SIS) jako nezávislý produkt, který lze zavést a používat bez jaké­koliv vazby na základní řídicí systém Emerson DeltaV kategorie DCS. Díky struktuře systému DeltaV SIS, tvořené uspořádanou množinou bezpečnost­ních přístrojových funkcí (Safety In­strumented Function – SIF), je mož­né systematicky řešit i úlohy s velmi mnoha prvky (obr. 1). U DeltaV SIS verze 11 v podstatě neexistují žádná omezení velikosti systému.
 

Nejen bezpečnostní systém, ale především bezpečnostní přístrojový systém

 
Jedním z hlavních cílů sledovaných společností Emerson nabídkou systé­mu DeltaV SIS je zvýšit funkční bez­pečnost závodů a eliminovat přerušení výroby zaviněná nesprávnou činností bezpečnostních systémů nouzového vypnutí (Emergency Shutdown System – ESDS). Ta­ková neplánovaná odstávka může znamenat velké ztráty z důvodu nerealizované produkce a následné nepřímé škody, které v některých odvětvích průmyslu mohou dosáhnout až čás­tek srovnatelných s ročním ziskem závodu.
 
Systém DeltaV SIS je realizací konceptu Smart SIS jako součásti koncepce Emerson PlantWeb (obr. 2), která zahrnuje nejen bez­pečnostní systém, ale také snímače a akční členy včetně jejich provázání se základním DCS (tzv. Basic Process Control System – BPCS), systémem správy zařízení a také se systémy kategorie ERP. Z dostupných sta­tistik spolehlivosti bezpečnostních systémů plyne, že systém většinou selže v důsledku poruchy snímače či ventilu. Firma Emerson dodává zdokonalené převodníky tlaku 3051S certifikované k použití v SIS, a to včetně diagnostiky průchodnosti impulzního potru­bí. V jejím inteligentním korektoru polohy ventilu DVC6000 SIS jsou vestavěny funk­ce související s automatickou diagnostikou částečným zdvihem (partial stroke; částeč­né ověření funkceschopnosti bez narušení chodu procesu). Korektor DVC6000 SIS je certifikován pro úroveň až SIL 3 při použi­tí pouze jednoho signálu 4 až 20 mA. Uži­vatel může nastavit periodické automatické ověřování funkceschopnosti ventilu nebo test spouštět přímo z operátorského roz­hraní systému DeltaV SIS. Výsledky testu lze vložit do softwaru Emerson ValveLink a dále je analyzovat. Firma Emerson nyní také umožňuje použít komunikátory s roz­hraním HART i ke konfigurování převod­níku či akčního členu s ochranou interních dat proti přepsání.
 

Maximální otevřenost – od malých až po opravdu velké ESDS

 
Systém DeltaV SIS podporuje jednoduché i redundantní uspořádání logických automa­tů, obě certifikovaná pro SIL 3. Každý logic­ký automat obsahuje šestnáct integrovaných kanálů I/O, bez jakýchkoliv výměnných karet I/O. Kanály I/O se programově zkonfigurují podle potřeby. Význačnou vlastností systému DeltaV SIS je modularita. V praxi to zname­ná, že bezpečnostní logika může být distribu­ována napříč celým provozem či zařízením. Její funkce lze taktéž realizovat na dálku přes SISNet, redundantní kruhovou síť určenou vý­lučně pro úlohy kategorie až SIL 3 při vzdále­nosti mezi uzly až 62 km. Takové uspořádání nachází uplatnění zejména při těžbě a dopra­vě zemního plynu a ropy.
 
Struktura systému DeltaV SIS svým za­ložením na jednotlivých SIF dovoluje reali­zovat některé bezpečnostní funkce v rámci systému odděleně, v různých jeho funkč­ních částech. Uživatelé tudíž mohou reali­zovat bezpečnostní logiku jako velmi jem­ně modulární, což v konečném důsledku umožňuje rekonfigurovat současné i dopl­ňovat nové kanály I/O bez přerušení pro­vozu. Koncept SIF také poskytuje mož­nost selektivně aktivovat ESDS pro části technologického zařízení dotčené událos­tí.
 
Struktura založená na jednotlivých SIF usnadňuje uvedení bezpečnostního systému do provozu a sledování změn. Umožňuje také jednoduše, avšak vždy bezpečně izolovat část technologického zařízení za účelem údržby.
 
Modulární přístup umožňuje uživatelům připojit snímače a akční členy na různé lo­gické automaty v rámci jed­noho uzlu. Uživatel pak může realizovat rozhodovací blok (logic solver, popisuje hard­warovou jednotku se šestnác­ti I/O) v logickém automatu, k němuž jsou fyzicky připoje­ny snímače, a výsledek využít v jiném logickém automatu da­ného uzlu, tam, kde je připojen akční člen. Tímto způsobem lze vytvářet rozsáhlé matice příčin a následků, které kombinují ně­kolik SIF v jednom modulu.
 
Firma Emerson také výraz­ně zvětšila mezní velikost sys­tému DeltaV SIS, který lze nyní zkonfigurovat pro bezpečnostní úlohy s velmi širokým rozme­zím od šestnácti po 30 000 ka­nálů I/O. Kruhová redundant­ní síť SISNet může ve verzi 11 obsahovat až 100 uzlů, oproti 32 uzlům ve verzi 10 (obr. 3). Ve verzi 11 mohou uživatelé reali­zovat až patnáct sítí SISNet buď zcela nezávislých, nebo propo­jených při použití redundantní­ho ethernetového mostu. Firma Emerson se systémem DeltaV SIS verze 11 již realizovala ně­kolik velmi rozsáhlých úloh, ak­tuálně např. systém s 5 000 bezpečnostními I/O, instalovaný v provozu výroby polysilikonu.
 
Další cestu, jak efektivně zvýšit otevřenost projektu, po­skytovat kvalifikovanější řešení velkých sestav SIS, jednoduše rozšířit existující sestavy a sná­ze izolovat nezávislé sestavy, představují domény SISNet. Fir­ma Emerson má asi 260 sestav systému DeltaV SIS v činnosti a asi 220 projektů ve fázi reali­zace. Jde o úlohy v rozsahu od jedné SIF po 5 000 kanálů I/O.
 

Zprůhlednění systému

 
Přístup firmy Emerson k funkč-ní bezpečnosti je založen na in­tegraci základního řídicího systému a bez­pečnostního systému na úrovni ovládání, údržby, vývojového prostředí. Přesto je za­ručeno kompletní fyzické oddělení hardwa­ru obou systémů, řídicího systému a bez­pečnostního, aplikačního softwaru a cest pro přenášená data (obr. 4). Toto oddělení poskytuje nezávislost nezbytnou k vylouče­ní možných poruch se společnou příčinou.
 
V oddělování by jistě bylo možné jít ještě do větší hloubky, naproti tomu však idea sdílení společného šasi oběma systémy, základním řídicím (BPCS) a bezpečnostním (SIS), má významná pozitiva. K hlavním patří mož­nost sdílet prvky připojené k SIS i progra­mem v BPCS (DCS), což vede ke značným úsporám ve všech ohledech. Předností jsou dále menší náklady na operátorská rozhraní (HMI) a softwarové nástroje, ale především integrovaná architektura umožňující pozoro­vat vše z jednoho místa, a tak efektivně využívat diagnostiku a zařízení proaktivně udr­žovat bez ohledu na to, ke které části systé­mu daný prvek přísluší.
 

Snadné použití

 
Pro snazší konfigurování bezpečnostního systému a realizaci jeho komplexních funkcí je systém DeltaV SIS vybaven předdefinova­nými funkčními bloky certifikovanými podle IEC 61508. Verze 11 zahrnuje předdefinované bloky pro automatizaci hořáků (BMS) s mini­mem uživatelsky psaného kódu. Uživatel si může uložit speci­fické aplikační programy jako šablony k pozdějšímu využití i v jiných úlohách. V systému DeltaV SIS verze 11 lze také simulovat, stejně jako je tomu u základního systému DeltaV.
 

Shoda s předpisy

 
Firma Emerson nedávno představila sadu programů Synca­de k řízení manažerské úrov­ně výrobního procesu. Produkt Syncade je součástí konceptu PlantWeb a je určen k integraci reálných dat z výrobních pro­cesů s daty manažerské úrovně řízení a plánování výroby a vý­voje. Těsné vzájemné propojení systémem DeltaV a sady Synca­de umožňuje dosáhnout vysoké integrity dat v celém elektronic­kém systému řízení výroby, a to včetně automatických vydávání zpráv a vedení záznamů o výro­bě. Toto vše přispívá ke zkráce­ní výrobních cyklů a snižuje ná­klady. Nyní stejnou úroveň inte­grace poskytuje i systém DeltaV SIS, čímž se výrazně zjedno­dušuje proces validace bezpeč­nostního systému a správa do­kumentů a řízení podnikových procesů. Schopnost nástrojů ze sady Syncade spravovat doku­menty zjednoduší a usnadní do­hled nad jednotlivými fázemi životního cyklu bezpečnostní­ho systému.
 

Závěrem

 
Firma Emerson připravuje rozšíření systému DeltaV SIS o rozhraní a nástroje komuni­kačního systému Foundation Fieldbus, což přinese mnohým současným uživatelům tohoto komunikačního protokolu nové možnosti a zároveň potenciálním uživatelům nabídne možnost řešit své ří­dicí úlohy jako celek, bez ústupků či hledání komplikovaných náhradních cest.
Petr Horák,
 
Obr. 1. Smart SIS: princip individuální bezpečnostní přístrojové funkce (SIF) v systému DeltaV SIS
Obr. 2. Bezpečnostní systém DeltaV SIS podle kon-ceptů Smart SIS a PlantWeb zajišťuje funkční bezpečnost zařízení bez ohledu na jeho velikost i velikost a typ základního řídicího systému (DCS, popř. BPCS)
Obr. 3. Systém DeltaV SIS je velmi jemně modulární a současně téměř neomezeně rozšiřitelný (SISNet – kruhová redundantní síť)
Obr. 4. Bezpečnostní systém DeltaV SIS a základní řídicí systémmají společné ovládání při kompletním fyzickém oddělení jejich hardwaru