FUNKČNÍ BEZPEČNOST V PROCESNÍ AUTOMATIZACI

Transkript

1 FUNKČNÍ BEZPEČNOST V PROCESNÍ AUTOMATIZACI siemens.com/process-safety

2 Bezpečnostní systémy v procesní automatizaci Strana 2

3 Funkční bezpečnost Mezinárodní normy Typická rizika: rotující části ostré hroty vstup do nebezpečné zóny Bezpečnostní funkce zasahuje i několikrát za den (např. otevření bezp. dvířek) Používané normy: IEC IEC , EN ISO , EN 954 Bezpečnost strojů Typická rizika: nebezpečí výbuchu únik nebezpečné látky Bezpečnostní funkce zasahuje na pouze vyžádání, při výskytu nebezpečné poruchy, např. 1 za rok (např. přetlakový ventil) Používané normy: IEC IEC Bezpečnost procesů Strana 3

4 Hlavní požadavky Schopnost integrace řízení & bezpečnosti + Modifikace systému za chodu + Ex-IO periferie do Zóny 1 + Strana 5 Flexibilní Modulární Redundance (FMR) + Přístroje se SIL certifikací + Integrovaná bezpečnost + pro digitální komunikace PROFIBUS a PROFINET *) PROFIBUS PA, HART

5 Škálovatelné kontroléry Fail-safe S7-400F/FH je výkonný kontrolér pro systémová řešení v procesním a výrobním průmyslu: Využívá knihovnu SIMATIC F Systems Změny konfigurace za provozu, Hot swapping Varianty Failsafe a s vysokou dostupností Kontrolér S7-412F/H S7-414F/H S7-416F/H S7-417F/H S7-410E* S7-410* Vlastnosti 1MB RAM, 512kB Load MEM**, 31,25 ns, 1 PN, 1 DP 4MB RAM, 512kB Load MEM**, 18,75 ns, 1 PN, 1 DP 16MB RAM, 1 MB Load MEM**, 12,5 ns, 1 PN, 1 DP 32MB RAM, 1 MB Load MEM**, 7,5 ns, 1 PN, 1 DP 4MB RAM, 48MB Load MEM, 7,5 ns, 2 PN, 1 DP 32MB RAM, 48MB Load MEM, 7,5 ns, 2 PN, 1 DP Redundantní systémy Strana 6 S7-410SIS*** 4MB RAM, 48MB Load MEM, 7,5 ns, 2 PN, 1 DP * Programování a download pomocí AS Engineering V9.0 6ES7658-1AX58-0YB5 ** Rozšiřitelná až na 64MB pomocí paměťové karty ** Programování a download pomocí SIS compact Engineering (součástí balíčků SIS compact) Certifikaci až pro SIL 3

6 Failsafe ET 200M I/O Dvoukanálové I/O s integrovaným testováním signálu a smyčky s diagnostikou Jednokanálové či přepínací I/O, možnost v redundantní konfiguraci Lze použít i pro standardní program Změny HW konfigurace za chodu Moduly SM 326 DI V DC Vlastnosti 12 x 2-kanálové vstupy, SIL 3/Cat. 4 nebo 24 x 1-kanálové vstupy, SIL 2 SM 326 DO V DC/2A 10 x P/P spínané výstupy, SIL 3/Cat. 4 SM 326 DO 8 24 V DC/2A P/M 8 x P/M spínané výstupy, SIL 3/Cat. 4 SM 336 AI 6 13-bit HART SM 326 DI 8 NAMUR 6 x 1-kanálové vstupy, SIL 3, HART, 0-20 ma, 4-20 ma (2-kanálové vstupy na dva moduly) 4 x 2-kanálové vstupy, SIL 3/Cat. 4 nebo 8 x 1-kanálové vstupy, SIL 2 Strana 7

7 ET 200iSP pro signály ze zóny s neb. výbuchu 3 failsafe moduly pro přímou instalaci do zóny 1/21 až do SIL 3, PLe ET 200iSP F umožňuje (v zóně 1 a 2): Výměnu modulů (napájení, interface a IO) Čištění modulů Připojení a odpojení sběrnice, senzorů i akčních členů Změnu konfigurace za chodu Upgrade firmware Moduly F-DI8 NAMUR F-DO4, 17,4V DC 40mA F-AI4 HART Vlastnosti 4 x 2-kanálové vstupy, SIL 3/Cat. 4/PLe nebo 8 x 1-kanálové vstupy, SIL 3/Cat. 4/PLe Vhodné pro NAMUR senzory i mech. kontakty (volitelně diag.) 4 x P/P spínané výstupy, SIL 3/Cat. 4/PLe 4 x 1-kanálové vstupy, SIL 3/Cat. 4/PLe, 0-20 ma, 4-20 ma (2-kanálové vstupy na dva moduly) Strana 8

8 ET 200iSP Ventilový ostrov AirLINE Ex type Strana 9

9 Polní instrumentace se SIL certifikací Měření Přístroj Vlastnosti Tlak SITRANS P310, P ma SIL2, 1oo1 SITRANS P DS III ma SIL2/3, 1oo1/1oo2 Teplota SITRANS TH200/TH300, TR200/ ma SIL2/3, 1oo1/1oo2 SITRANS TF ma SIL2/3, 1oo1/1oo2 Průtok SITRANS FC ma SIL2/3, 1oo1/1oo2 Hladina Pointek LPS200 Relé kontakt, SSS SIL2, 1oo1 SITRANS LPS200 SITRANS LVL200 SITRANS LR250 SITRANS LG2x0 5,6,7 Relé kontakt SIL2, 1oo1 Relé kontakt, NPN/PNP, NAMUR SIL2, 1oo masil2, 1oo ma SIL2/3, 1oo1/1oo2 Pozicionér SIPART PS masil2, 1oo1 Analýza OXYMAT 61, ULTRAMAT masil2, 1oo1 SITRANS SL masil2, 1oo1 Strana 10

10 CFU PA edice snadné připojení smart přístrojů Kombinuje výhody digitální komunikace a tradičních I/O 8x Digitalní sběrnice (PROFIBUS-PA) Ex-ic (hot-swap v Ex-zóně 2) Ex kalkulace nejsou potřeba pro PROFIUS PA (FISCO-Model) Jedna komunikační technologie pro standardní i safety signály 8x Digitalní vstupy/výstupy Volně konfigurovatelné jako DI či DO Plug-and-Produce Automatické adresování PROFIBUS-PA zařízení Systémem podporovaná detekce a integrace PROFIBUS PA zařízení do řídicího systému pomocí standardizovaných PA profilů 1 Digitální komunikace až do pole Standardizovaná detailní diagnostika(dle NE107) pro preventivní údržbu PROFIBUS-PA zařízení PROFIsafe (dle IEC 61508/11) pro safety aplikace Jednoduchost použití jako tradiční smyčka 4-20 ma/hart přes technologii digitální komunikace 1 Vydané PROFIBUS a PROFINET organizací Strana 11

11 CFU PA edice snadné připojení smart přístrojů Standardizovaný rozvaděč s decentrální periferií umístěný přímo u subsystému, připojený přes PROFINET k F-CPU SIL 2 SIL 2 Tlak (PA) PROFINET a PROFIBUS PA pro standardní i safety komunikaci Průtok (PA) Regulační ventil (PA) Hladina (PA) Hladina (DI) Měřená hodnota včetně diagnostických informací Regulační ventil (PA) SIL 2 Teplota (PA) SIL 2 S7-410/E Hladina (DI) Regulační ventil (PA) Hladina (DI) PROFINET 8xDI/DO 8xFB Strana 12

12 Flexibilní Modulární Redundance Flexibilní redundance na všech úrovních Redundance CPU pro vyšší dostupnost (nikoli k dosažení SIL 3) Fyzické oddělení CPU pro redukci CCF Obrovská flexibilita při výběru úrovně redundance, tak aby vyhověla každé bezpečnostní funkci (SIF) Redundance polních přístrojů pro docílení požadované úrovně SIL i dostupnosti 1oo1D 2oo3 2oo2D 1oo3 1oo2D Strana 13

13 Vlastnosti a výhody integrovaného řešení Propojené Propojené Lze připojit k libovolnému DCS Integrované Společné Strana 14 Brána Jednotné operátorské rozhraní Jeden monitor Sdružená hlášení, SOE Integrovaný Asset Management Společná diagnostika Jednotné programování Jedna inženýrská stanice Jeden SW, jedna záloha Společný hardware Kontrolér, racky, zdroje Síťová infrastruktura Standardní a Fail-safe IO v jednom racku Standardní & Safety komunikace na stejné síti případně odděleně Výhody Redukce TCO Vyšší přehlednost pro operátory Jednodušší údržba Snazší zaškolení personálu Vyšší dostupnost provozu Efektivnější skladové hospodářství Snížení nákladů na HW

14 Integrovaná a přesto oddělená - Bezpečnostní ostrovy CPU Safety program (CFC, C&E) Ochrana heslem Oddělené datové struktury Oddělená zpracování kódu Podpisy dat Celkové ověřování Safety mode pro CPU I/O Dvojité mikroprocesory Diagnostika bezpečnosti Schopnost monitorování smyčky Komunikace PROFISafe Strana 15

15 Možnosti programování SIMATIC S7F Systems V6.2 Upd1 SIMATIC Safety Matrix V6.2 SP2 Upd2 Knihovna certifikovaných bezpečnostních bloků pro tvorbu bezpečnostního programu pro FH systémy. Stejné rozhranní jako u klasického CFC editoru. Nástroj pro správu životního cyklu bezpečnosti, který lze použít jak pro projektování a programování bezpečnosti, tak i během provozu a údržby. Strana 16 Podpora operačních systémů: Windows 10 Enterprise 2015 LTSB x64 Windows Server 2012 R2 Update Standard Edition x64 Windows Server 2016 Standard Edition x64

16 SIMATIC S7F Systems Jeden konfigurační nástroj pro realizaci standardních a bezpečnostních programů Programování pomocí CFC ve známém prostředí STEP 7 Integrovaná, certifikovaná knihovna se všemi standardními bezpečnostními funkcemi Testovací signály (např. přerušení vedení, zkrat nebo monitorování diskrepance) bez nutnosti programování Automatická kontrola programu (dělení nulou, kontrola typu proměnných, přetečení) Systematická správa dat v jednom projektu F-programování: stejný vzhled a chování" jako u programování standardního Strana 17

17 SIMATIC Safety Matrix Fáze analýzy Instalace na libovolné PC Nejsou vyžadovány žádné programátorské znalosti, projektant může na základě identifikovaných bezpečnostních rizik k jednotlivým událostem (příčinám) přiřadit reakce bezpečnostního systému (účinky) Zadávání bezpečnostních funkcí, jejich popis Export matice do ES nástrojů Fáze realizace Konfigurace bezpečnostních funkcí metodou Cause & Effects Definice hodnot odstavení při konfiguraci příčiny Posouzení časových požadavků na příčinu a následek Posouzení chyb signálů a modulů Automatické generování TÜV-certifikované bezpečnostní logiky z matice Cause & Effect Režim online sledování pro verifikaci a validaci Strana 18

18 SIMATIC Safety Matrix Fáze provozu a údržby Online náhled stavů signálů, příčin a následků Automatická integrace do PCS 7 Správa hlášení včetně zobrazení a ukládání Podpora operátorských zásahů jako Bypass, Reset, Override či změna parametrů Zaznamenávání Sekvence událostí Fáze modifikace Automatické reportování operátorských Automatické sledování verzí Automatická dokumentace změn SW Strana 19

19 Bezpečnostní systémy v procesní automatizaci NOVINKY Strana 20

20 Novinky: Failsafe ET 200SP a PROFINET Cenově výhodné řešení pro malé aplikace Pouze pro PROFINET Nemožnost změn HW konfigurace za chodu V první fázi bez karty F-AI Moduly F-DI 8x24VDC HF Vlastnosti 4 x 2-kanálové vstupy, SIL 3/Cat. 4 nebo 8 x 1-kanálové vstupy, SIL 3/Cat. 4 F-DQ 4x24VDC/2A PM HF 4 x P/M spínané výstupy, SIL 3/Cat. 4 F-PM-E 24VDC/8A PPM ST Power module Plánováno na 1Q/2019 Strana 21

21 Novinky: SW SIMATIC S7F Systems SIMATIC Safety Matrix Knihovna certifikovaných bezpečnostních bloků Nástroj pro správu životního cyklu bezpečnosti Podpora operačních systémů: Windows 10 Enterprise 2018 LTSC x64 Windows Server 2016 x64 Plánováno na 4Q/2019 Strana 22

22 Novinky: Failsafe ET 200SP HA Vysoce modulární I/O s jednou z nejmenších zástaveb na trhu DCS Rozměry Výška 203 mm; hloubka 163 mm Až 32 kanálů v 22,5 mm širokém modulu Až 56 modulů na stanici Nejvyšší dostupnost Redundantní 24 V napájení Redundantní PROFINET rozhraní Redundantní I/O Moduly Strana 23 Různé typy modulů 16xAI/8xAO HART, 16xAI TC/RTD 16x AI/DI/DO univerzální 16xDI, 16xDO SoE* NAMUR, 230V, 4RO Fail-Safe, Ex, Izolované Jednoduché plánování, instalace a údržba Standardní I/O svorkovnice pro všechny hlavní signály AI, AO, DI, DO Připraveno do pole Instalace až do Ex-Zone 2 Teplotní rozsah: -40º až +70ºC Ochranný povlak Vyhovuje NE21 Použitelné až do 4,000 m Pro rychlé a jednoduché drátování Svorkovnice s Push-In technologií *SoE Sequence of event časové značky přímo z modulu Plánováno na rok 2020

23 Novinky: Failsafe ET 200SP HA 2017 AI 16xI 2-wire HART AI 16XTC/8xRTD 2-/3-/4-wire AI-DI-DO 16x24VDC (konfigurovatelné) AO 8x HART DI 8x230VAC DI 8x VDC DO 16x24VDC/0,5A RO 4x120VDC-230VAC/5A 32ti kanálové DI/DO moduly Karty s izolovanými jednotlivými kanály Jiskrově bezpečné moduly (ET200SP HA instalované v zóně 2 a signály až ze zóny 0) Redundantní PROFIBUS DP rozhraní Failsafe karty AI, DI, DO 2020 Strana 24

24 SIMATIC SIS compact V9.0 Strana 25

25 SIMATIC SIS compact V9.0 Popis SIMATIC SIS compact... je navržen jako dedikovaný Safety Instrumented System (SIS) založený na portfoliu SIMATIC skládá se ze SIS hardware a software má optimalizované funkce a cenovou strukturu vyhovuje požadavkům na malý až středně velký bezpečnostní systém obsahuje 4 předkonfigurované balíčky pro různé případy použití Klíčové výhody Flexibilita implementace Nezávislost na DCS systému Cenově efektivní Využitím specifických balíčků SIS ES SIS OS SIS OS Ind. Ethernet, plant bus CPU S7-410 SIS MODBUS/TCP ET 200M F moduly Max. 2 Std. mod. ET 200iSP Zone 1 Strana 27

26 SIMATIC SIS compact V9.0 Hardware CPU Vlastnosti Flexibilní Standardní či redundantní Fail-Safe aplikace Identický hardware jako CPU 410-5H Robustní Ochranný povlak +70 C Ochrana investice Jedno PROFIBUS a dvě PROFINET rozhraní inovace pomocí updatu firmware Vlastnosti Load paměť (interní, nevolatilní) Work paměť (Code/Data) Procesní oblast SEC E4MB 410SIS 6ES FM08-0AB0 48Mbyte 4 Mbyte DP: 1536 byte PN: 1536 byte Bitové operace n, typ. 7,5 ns Adresní rozsah/process image 16 kbyte Komunikační spojení 120 DP slave/pn zařízení 96/250 Počet úloh 9 úloh (10ms.. > 5 sec) Strana 28

27 SIMATIC SIS compact V9.0 Hardware periferie SIMATIC SIS compact podporuje SIMATIC ET 200M F-IO moduly + 2 Standardní IO moduly v jednom racku SIMATIC ET 200iSP F-IO moduly + 2 Standardní IO moduly v jednom racku SIMOCODE Pro včetně failsafe modulu SINAMICS G120 s failsafe funkcemi PROFIBUS DP/PA Advanced Process Library (APL) Strana 29

28 SIMATIC SIS compact V9.0 Základní balíček pro malé aplikace Standardní konfigurace #1 SIMATIC SIS Basic Package Single AS Engineering Package SIS V9.0 (PO unlim.) S7 F Systems V6.2 S7 CPU 410SIS Bundle Single (nově AC i DC varianta) PCS 7 RUNTIME LICENSE AS (PO 100) SIMATIC MODBUS/TCP Lib Industrial Ethernet, plant bus SIS compact Single SIS ES Jednoduché a bezpečné připojení do již instalovaného DCS pomocí MODBUS/TCP! MODBUS/TCP ET 200M, standard ní a F moduly MLFB: 6ES7650-3AX58-0XX0 ET 200iSP Zone 1 Strana 30

29 SIMATIC SIS compact V9.0 Základní balíček pro malé aplikace Redundantní konfigurace #2 SIMATIC SIS Basic Package Redundancy AS Engineering Package SIS V9.0 (PO unlim.) S7 F Systems V6.2 S7 CPU 410SIS Bundle Redundancy (nově AC i DC varianta) PCS 7 RUNTIME LICENSE AS (PO 100) SIMATIC MODBUS/TCP Red Lib. Industrial Ethernet, plant bus SIS ES SIS compact Redundantní Spolehlivé a vysoce dostupné připojení do již instalovaného DCS pomocí MODBUS/TCP! MODBUS/TCP ET 200M, standardní a F moduly ET 200iSP Zone 1 MLFB: 6ES7650-3AX58-0XX1 Strana 31

30 SIMATIC SIS compact V9.0 Rozšířený balíček pro malé až středně velké aplikace Standardní konfigurace Rozšířená #3 SIMATIC SIS Extended Package Single ES Single Station SIS V9.0 (AS/OS: PO 250) S7 F Systems V6.2 SIMATIC MATRIX Tool V6.2 SIMATIC Safety Matrix View S7 CPU 410SIS Bundle Single (nově AC i DC varianta) SIS OS Industrial Ethernet, plant bus SIS ES Volitelně SIS compact OS Software Single Station V9.0 (PO 250) SIS compact Single MODBUS/TCP Jednoduchá a bezpečná aplikace s operátorským rozhraním! ET 200M, standardní a F moduly ET 200iSP Zone 1 MLFB: 6ES7650-3BX58-0XX0 Strana 32

31 SIMATIC SIS compact V9.0 Rozšířený balíček pro malé až středně velké aplikace Redundantní konfigurace Rozšířená #4 SIMATIC SIS Extended Package Redundancy ES Single Station SIS V9.0 (AS/OS: PO 250) S7 F Systems V6.2 SIMATIC MATRIX Tool V6.2 SIMATIC Safety Matrix View S7 CPU 410SIS Bundle Redundancy (nově AC i DC varianta) Optional SIS compact OS Software Single Station Redundancy V9.0 (PO 250) SIS OS SIS OS SIS ES Industrial Ethernet, plant bus SIS compact Redundantní MODBUS/TCP Spolehlivá a vysoce dostupná aplikace s operátorským rozhraním! ET 200M, standardní a F moduly MLFB: 6ES7650-3BX58-0XX1 ET 200iSP Zone 1 Strana 33

32 SIMATIC SIS compact V9.0 Vlastnosti SIS compact centrální rack Pouze rack CR3 XTR s 4-mi sloty Zdroj 230VAC či 24VDC (různá obj. čísla bundlů) Synchronizační moduly (10m, lze doobjednat i 10 km) Dodatečné komunikační karty nejsou povoleny Vzdálené I/O periferie ET200M s IM modulem IM153-2 HF OUTDOOR ET200iSP s IM modulem IM152-1 Jsou povoleny pouze 2 standardní I/O moduly na jeden rack Strana 34

33 SIMATIC SIS compact V9.0 Vlastnosti SoE Sekvence událostí ET200M: 1 ms: 10 ms: 30 ms: 321-7BH01-0AB0 (standard) 321-7EH00-0AB0 (standard) 321-7RD00-0AB0 (standard) 321-7TH00-0AB0 (standard) 326-1BK02-0AB0 (failsafe) ET200iSP: 20ms: 20ms: 131-7RF00-0AB0 (standard) 138-7FN00-0AB0 (failsafe) Strana 35

34 SIMATIC SIS compact V9.0 Vlastnosti Komunikace Modbus/TCP (PN rozhraní 410SIS CPU) Modbus RTU (CP341 v ET200M) PROFOFIBUS DP (DP rozhraní 410SIS CPU, max. 96 zařízení) S7 komunikace (AS-AS, partner S7-300 a S7-400) OS komunikace (S7 komunikace, OPC UA/DA/A&E, PROFIBUS) PROFINET zatím není podporován SIS OS SIS EOS SIS ES SIS compact Redundant MODBUS/TCP Industrial Ethernet S7 komunikace OS komunikace ET 200M, standardní a F moduly Modbus RTU ET 200iSP Zone 1 PROFIBUS DP Strana 36

35 SIMATIC SIS compact Příklady použití SIS ES SIS OS SIS OS Industrial Ethernet, plant plus S7-410 SIS MODBUS/TCP Šité na míru pro malé a středně velké safety aplikace Systémy nouzového odstavení (ESD) ET 200M, standardní a F moduly ET 200iSP Zone 1 Hořákové systémy (BMS) Fire and Gas systémy (F&G) High Integrity Pressure Protection (HiPPS) Strana 37

36 SIMATIC SIS compact Příklady použití ESD Systémy nouzového odstavení (ESD) Tyto systémy minimalizují následky nouzových situací Strana 38

37 SIMATIC SIS compact Příklady použití BMS Hořákové systémy (BMS) Tento řídicí systém je navržen pro zabezpečení spalování a asistenci operátorům při startování a zastavování přípravy paliva a spalovacího mechanizmu Strana 39

38 SIMATIC SIS compact Příklady použití BMS Obsahuje funkční bloky pro realizaci řízení plynových a olejových hořákových systémů! Implementované funkce kontrola těsnosti ventilů plynového přívodu ovládání plynového hořáku ovládání olejového hořáku ovládání zapalování hořáku ovládání vzduchových klapek čištění olejového hořáku SW požadavky SIMATIC S7 F Systems V6.2 a vyšší SIMATIC S7 F Systems Library V1.3 + SP2 CFC V9.0 STEP 7 V5.6 Strana 40

39 SIMATIC SIS compact Příklady použití F&G Fire&Gas systémy (F&G) Systém pro monitorování požáru a hořlavých plynů a iniciování akcí vedoucích k potlačení příslušných následků CPU 410 SIS Strana 41

40 SIMATIC SIS compact V9.0 NOVINKY Strana 52

41 SIMATIC SIS compact V9.0 Nové vlastnosti Podpora PROFINETu + Podpora ET200SP + *) v první fázi bez F-AI Plánováno na 1Q/2019 Strana 53

42 FUNKČNÍ BEZPEČNOST V PROCESNÍ AUTOMATIZACI Děkuji za pozornost Jaroslav Kutílek Jan Kváč Siemens, s.r.o. Procesní automatizace RC-CZ PD PA Siemensova Praha 13 Siemens, s.r.o. Procesní automatizace RC-CZ PD PA Siemensova Praha 13 Mobil: jaroslav.kutilek@siemens.com Mobil: jan.kvac@siemens.com siemens.com/process-safety Strana 54