Die PlantWeb-Smart-SIS-Architektur erhöht mit Hilfe digitaler Intelligenz die Anlagensicherheit. Sie erweitert die felderprobte Prozessautomatisierungs-Architektur um die Möglichkeit, Produktionsanlagen auf einen höheren Sicherheitsstandard zu heben. Dabei nutzt Smart-SIS zahlreiche Diagnosemöglichkeiten vom Sensor über das Leitsystem bis hin zum Stellglied, um einen integrierten, durchgängig sicheren Mess- und Regelkreis einzurichten.
Sicherheitssysteme dienen dazu, Chemieanlagen im Falle eines Problems in den sicheren Zustand zu fahren. In der Regel besteht ein Sicherheits-Loop aus einem Messwertaufnehmer, einer Steuerung und einem Shutdown-Ventil. Im Gegensatz zu den Prozessventilen, die ständig im Einsatz sind, werden die Shutdown-Ventile nur für den Fehlerfall benötigt. Sie stellen ein statisches System dar, das im Ernstfall nicht versagen darf. Bemüht man die Statistik, so stellt man fest, dass in rund 50 % aller Fälle, in denen ein Loop versagt hat, das Ventil ausgefallen ist. Bei 42 % der Fehler ist das Messgerät schuld, nur 8 % der Ausfälle gehen auf das Konto der Steuerung.
Zur Vermeidung von Ausfällen nutzen traditionelle Sicherheitssysteme Techniken wie Bypass-Ventile oder jährliche Anlagenstillstände, um das Ventil einen vollen Hub fahren zu können. Nur so lässt sich sicherstellen, dass sie nicht festhängen. Dieses Vorgehen ist arbeitsintensiv und teuer, erhöht das Risiko für Personal, das ins Feld gehen muss, und erfordert sehr viele Handeingriffe, um einen Kreis außer und wieder in Betrieb zu nehmen.
Vor diesem Hintergrund hat Emerson Process Management jetzt seine PlantWeb-Smart-SIS-Architektur entwickelt. Die Smart-SIS-Lösungen umfassen felderprobte PlantWeb-Technologien, intelligente Feldgeräte, vorausschauende Wartung und digitale Kommunikation. Für sicherheitsgerichtete Anwendungen bieten die PlantWeb-Smart-SIS-Lösungen einen Sicherheitsstandard nach SIL3 für Messumformer und Stellungsregler entsprechend IEC 61508 sowie nach SIL3 zugelassene Sicherheitssysteme. Damit unterstützen Smart-SIS-Lösungen den Anwender bei der Implementierung neuer Sicherheitsstandards entsprechend IEC 61511.
Auf Basis der PlantWeb-Technologie können die Smart-SIS-Lösungen zur anlagenweiten Übersicht einfach in Prozessleitsysteme integriert werden, sie halten dabei die Trennung von sicherheitskritischen Elementen aufrecht, wie von der IEC-Norm gefordert. Sicherheitsrelevante Daten und Alarme werden auf der Bedienkonsole des DeltaV-Systems von Emerson dargestellt, im Historian gespeichert und an den Intelligent Device Manager für integrierte Dokumentation und Gerätemanagement der AMS-Suite weiter geleitet.
Sicherheitssystem ist Herzstück
Zentrales Element der PlantWeb-Smart-SIS-Sicherheitsmanagement-Architektur ist das DeltaV-Sicherheitssystem. Es besteht aus 16-Kanal-Logikelementen und kann verteilt aufgebaut werden. Es erfüllt alle Funktionen einer sicherheitsgerichteten SPS. Das Sicherheitssystem ist entsprechend IEC 61508 für Sicherheitsfunktionen entsprechend SIL1- bis SIL3-Anwendungen zugelassen und enthält alle Werkzeuge, die es dem Anwender ermöglichen, die Anforderungen der IEC 61511 einfacher zu erfüllen. Hierzu kann der Anlagenbetreiber die Funktionen von Version Control und Audit Trail (VCAT) der DeltaV-Systemsoftware und des Intelligent Device Managers der AMS-Suite nutzen. Änderungen im Sicherheitssystem werden zusammen mit Zeit, Datum, Autor und entsprechenden Alarmgrenzen aufgezeichnet. Der Plant Messenger sendet korrigierende Eingriffe per E-Mail, als Text, Papierausdruck oder SMS an die zuständige Abteilung. Der anlagenweite Event Historian dokumentiert automatisch alle diese Ereignisse.
Das DeltaV-Sicherheitssystem nutzt die Diagnosefunktionen in den intelligenten Feldgeräten, um die Verfügbarkeit der anlagenweiten PlantWeb-Smart-SIS-Sicherheitsmanagement-Lösung zu erhöhen.
Das skalierbare Sicherheitssystem ermöglicht die von der IEC 61508 vorgeschriebene Trennung von Funktionen der Prozessautomatisierung von denen der Sicherheitseinrichtungen. Jede modulare Einheit der in sich abgeschlossenen Sicherheitssysteme besitzt 16 konfigurierbare E/A-Kanäle und kann vom Anwender dort installiert werden, wo er sie entsprechend der Größe und Verteilung seiner Sicherheitsanwendungen benötigt.
Drucktransmitter entsprechend IEC 61508
Zum ersten Male kann ein felderprobtes Gerät für die Automatisierung sehr einfach zu einem TÜV-zertifizierten Drucktransmitter für den Einsatz in sicherheitsgerichteten Systemen umgewandelt werden. Dies wurde möglich durch die skalierbare Architektur des Rosemount 3051S, bei der entweder bereits bei der Bestellung oder nach dem Einbau im Feld die Standardelektronik via Plug&Play gegen eine Überwachungselektronik ausgetauscht werden kann.
Die Nutzung zertifizierter Geräte für sicherheitsgerichtete Anwendungen erleichtert es den Betreibern, den neuen Sicherheitsstandards IEC 61511/ANSI ISA 84.000.01 (2004) zu entsprechen und reduziert die Kosten von Dokumentation und Analyse, die bei der alternativen Methode „Betriebsbewährtheit“ auftreten. Die Kosten werden weiter reduziert, weil doppelte Schulung, Wartung und Lagerhaltung entfallen, denn es handelt sich um denselben Druck-Messumformer, der im normalen Prozess und im Sicherheitssystem eingesetzt wird. Die flexible 3051S-SuperModule-Plattform bietet eine ganze Familie von Sensoren, Blendendichtungen und Druckreglern für die Messung von Durchfluss, Füllstand und Druck in einer Produktionsanlage.
Kalibrierzyklen können mit diesen Geräten auf bis zu 5 Jahre ausgedehnt werden, was unnötige Prozessstillstände und Risiken für die Betriebsmannschaft drastisch reduziert. Das robuste, hermetisch geschlossene SuperModule-Gehäuse aus Edelstahl 316L widersteht dabei den rauesten Industriebedingungen.
Temperaturtransmitter
Für den Rosemount-3144P-Temperaturtransmitter ist nun ebenfalls das Sicherheitszertifikat nach IEC 61508 erhältlich. Nutzer bereits installierter 3144P können ihr Gerät durch einfachen Ersatz der Standardelektronik gegen eine zertifizierte Platine zu einem zertifizierten Gerät für Sicherheitsanwendungen aufrüsten.
Der Rosemount 3144P ist mit einfachem oder dualem Sensor lieferbar, der im Werk oder im Feld kalibriert werden kann. Modernste Diagnosefunktionen für Gerät und Prozess erhöhen die Zuverlässigkeit der Temperaturmessung und sorgen für Einsparungen bei den Betriebskosten.
Die Hot Backup-Funktion in einer Doppel-Sensor-Konfiguration schützt die Investition durch eine automatische Umschaltung auf den Backup-Sensor, wenn der primäre Sensor ausfällt. Der Anwender erhält so eine kostengünstige Sensor-Redundanz. Die Funktion Sensor Drift warnt den Betreiber vor einer unzuverlässigen Messung und gibt ihm die Zeit, einen abgenutzten Sensor zu ersetzen, bevor er ausfällt.
Ventildiagnose online
Da in der Hälfte aller Fälle bei einem Versagen des Sicherheits-Loops die Fehlerquelle das Sicherheitsventil ist, hat Emerson Process Management eine Online-Diagnose für diese Ventile entwickelt. Hierbei werden in festgelegten Zeitintervallen kleine Verstellungen an den Ventilen vorgenommen. Die Stellglieder nutzen ihre digitale Intelligenz und die Online-Diagnose zur Ermittlung ihrer Zustandsinformationen. Durch diese Optionen kann ein Anwender Sicherheitssysteme implementieren, die eine höhere Sicherheit und größere Zuverlässigkeit bieten. Diese nützlichen Optionen sind im SIL3-zertifizierten Stellungsregler DVC6000 von Emerson sowie im SIL-PAC-Schnellschlussventil enthalten.
Schnellschlussventile sind wichtige Bestandteile eines SIS, da nur sie in der Lage sind, den Prozess bei Bedarf in einen sicheren Zustand zu fahren. Die für sicherheitsgerichtete Anwendungen zugelassene SIL-PAC-Lösung von Emerson besteht aus einem Antrieb von Bettis, Hytorq oder El-O-Matic sowie dem digitalen DVC6000- Stellungsregler von Fisher in Kombination mit dem Ventil eines beliebigen Herstellers. Zusammen ergeben sie eine integrierte und getestete Lösung.
Die Antriebe sind für SIL3-Systeme zugelassen und der digitale DVC6000 Stellungsregler ist vom TÜV für SIL1-, SIL2- oder SIL3-Anwendungen zertifiziert.
Die Smart-SIS-Sicherheitslösung nutzt den Intelligent Device Manager der AMS-Suite zusammen mit der ValveLink-Software, die den Testvorgang automatisiert und Handeingriffe weitgehend unnötig macht. Der AMS Device Manager legt die Zeiten für die kleinen Ventilhübe fest und führt sie aus. Dabei erfasst er die Daten des Ventilhubes wie etwa Reibung, Lufteingang und -austritt sowie Abweichungen vom Lieferzustand. Warnungen werden ausgegeben, wenn sich das Ventil bei Test nicht bewegt, wenn es sich bewegt, ohne getestet zu werden, oder wenn der Druck der Steuerluft absinkt. Diese Tests und Warnhinweise geben dem Betreiber die Möglichkeit, das Gerät vorsorglich zu warten, Probleme dadurch zu eliminieren und die Verfügbarkeit des Sicherheitssystems zu verbessern.
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www.emersonprocess.de
Intelligenz im Fokus
- Das DeltaV-Sicherheitssystem kommuniziert mit Sensoren und Stellgliedern und nutzt das gleiche Engineering und die gleichen Schnittstellen wie das digitale Automatisierungssystem DeltaV für die Prozessautomatisierung. Dadurch lassen sich die Daten des Sicherheitssystems von jeder Bedienkonsole aus überwachen.
- Geprüfte und zugelassene Sensoren wie die 3051S-Druck- und 3144P-Temperaturtransmitter von Rosemount fungieren als Messwertaufnehmer. Andere Sensoren werden in naher Zukunft zugelassen sein und sind derzeit für SIL3-Anwendungen auf der Basis von „erprobt im Betrieb“ verfügbar.
- Die SIL-PAC-Schnellschlussventile mit Antrieben von Bettis, Hytorq oder El-O-Matic sowie die zugelassenen digitalen DVC6000-Stellungsregler von Fisher, kombiniert mit einem Ventil eines beliebigen Herstellers, lassen sich online testen.
- Die DeltaV-Software für Sicherheitsanwendungen verfügt über eine exklusive Auswahl TÜV-zertifizierter Funktionsblöcke. Mit ihnen ist der Anwender in der Lage, durch einfaches „Drag and Drop“ Funktionen zu erstellen, für die in traditionellen Sicherheitssystemen viele Seiten Code erforderlich wären.
- Der Intelligent Device Manager der AMS-Suite dokumentiert und archiviert die Systemkonfiguration mit all ihren Änderungen, Statusinformationen und Alarmen.
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