הבנת הממשק בין מערכות בקרה כימית ובטיחות

הבנת הקשר בין DCS ו-SIS ב- Process Safety

מתקנים תעשייתיים המטפלים בכימיקלים מסוכנים תלויים בשתי שכבות אוטומציה נפרדות אך קשורות: מערכת הבקרה המנוונת (DCS) לתקנה רגילה של תהליכים, ומערכת הבטיחות (SIS) להפחתה בסיכון. בעוד DCS מייעלת את הייצור, SIS מספקת קו אחרון של הגנה מפני אירועים הנדסיים קטסטרופליים.ה הבין-ידי מערכות אלה קובעות הן יעילות מבצעית והן את המתקן ו-#17; היכולת לענות על תפקוד לקוי של תהליכי אבטחה, או על ידי שימוש בממשקים, כדי למנוע התאמה אישית של מערכת הגנה שלילית, או במניעת למערכות הנדסיים, או במניעת למערכות הרסניים.

מה זה מערכת בקרת כימיקלים של DCS?

מערכת בקרה מפולגת (DCS) היא מרכז העצבים של תעשיות תהליך מתמשך כגון refining, petrochemicals, תרופות ודור כוח.זה לפקח אלפי משתנים תהליכים — temperature, לחץ, זרימה, רמה, ורכב כימי ו-#8212; ומתאים את שסתום הבקרה הראשוניים, משאבות, ומחממים כדי לשמור על סטוינטק, מספק אסטרטגיות מתקדמות של ניהול אנרגיה, כגון בקרת טמפרטורה, שמירה על יעילות, שמירה על יעילות, שמירה על יעילות, שמירה על יעילות, שמירה על יעילות, ואפקטים מתקדמים, כמו חלונות, ואפקטים מתקדמים, ואפקטים מתקדמים, כמו בקרת טמפרטורה מתקדמת, שמירה על תפקוד, כמו טרנדים מתקדמים, שמירה על תפקוד, שמירה על תפקוד, ואפקטים מתקדמים, ואפקטים מתקדמים, ואפקטים מתקדמים, ואפקטים מתקדמים, כמו אבטחה, ואפקטים מתקדמים, כמו אבטחה, ואפקטים מתקדמים, כמו מערכת בקרת טמפרטורה מתקדמת, ואפקטים מתקדמים, ואפקטיביים מתקדמים, כמו מערכת אבטחה מתקדמת של אבטחה, ואפקטים מתקדמים, כמו מערכת אבטחה, ואפקטים מתקדמים, ואפקטים מתקדמים, ואפקטים מתקדמים, ואפקטים מתקדמים, שמירה על תפקוד, שמירה על מערכות בקרה, ו

ביישומים של בקרה כימית, DCS מטפל בלולאות מורכבות כמו בקרת pH, טמפרטורה כור הגדלה, ואופטימיזציה של עמודה דינקיה.זה מתקשר עם מכשירים שדה באוטובוסים דיגיטליים (למשל, Foundation Fieldbus, Profibus, או HART) ולעיתים קרובות כולל בנייה מחדש של בקרים, ציוד חשמל ונתיבי רשת.

מערכות אבטחה (SIS)

מערכת מבוססת בטיחות היא מערכת ייעודית, אמינה מאוד, אשר נוקטת פעולה אוטומטית כדי להביא תהליך למצב בטוח כאשר תנאים מסוכנים מזוהים.זה עצמאי של DCS ומתוכנן למנוע או להקטין אירועים כגון שחרור גז רעיל, שריפות, פיצוצים או תגובה מפלט.SIS כולל חיישנים (למשל, משדרי לחץ, גלאי גז), לוגיקה (מערכות בטוחות או מסגר), שסתום (מפרקים).

עיצוב SIS עוקב אחר תקני הבטיחות התפקודיים הבינלאומיים IEC 61508 (generic) ו- IEC 61511 (מעבד תעשייה) אלה מגדירים את רמת האינטגריטיות של בטיחות (SIL) 1 עד 4, עם SIL 4 להיות המחמיר ביותר.SIL קובע את ההסתברות הנדרשת לכישלון על הביקוש (PFD) ומגבלות אדריכליות. עבור תהליכים כימיים טיפוסיים, SIL 2 או 3 הוא נפוץ.

המשחק הקריטי בין DCS ו-SIS

בעוד DCS מנהלת פעולות רגילות, ה-SIS קיים כדי לעקוף את DCS בתנאי חירום.שתי המערכות חייבות לפעול יחד ללא התערבות.דוגמה קלאסית: לחץ הכור של DCS שולט על ידי הפעלת שסתום אוורור; SIS מפקח על אותו משדר לחץ, ואם הלחץ עולה על גבול קשה, סוגר שסתום חירום נפרד.

היבטים מרכזיים של המשחק כוללים:

• (FLT:0) חישה תלויה: FLT:1 מתקנים רבים משתמשים חיישנים ייעודיים עבור SIS, בנפרד מאלה המשמשים DCS במקרים מסוימים, חיישנים משותפים מותרים אם ל-SIS יש גישה עדיפות ו- DCS לא יכול לעכב את מסע הבטיחות.
• (FLT:0)Alarm and bypass Management:FLT:1 The DCS מציג בדרך כלל את מעמד SIS (למשל, "SIL שסתום סגור") ומאפשר למפעילים לעקוף את תפקוד הבטיחות עבור תחזוקה, אך יש צורך להגביל את העודף הזה בזמן ורשום.
• (FLT:0) מיפוי של שימוש ואפקט: FIRLT:1) A מיטריקס מתועד מראה כי סטיית תהליכים גורם אשר פעולות SIS. מטריקס זה לעתים קרובות מתוכנת בתוך פתרון לוגיקה בטיחות, אבל DCS יכול לספק תצוגה לקריאה בלבד למפעילים.

שיקולים ואדריכלות

הן DCS והן SIS צריכים להשתמש בדירות אדומות המתאימות לזמינות הנדרשת שלהם.עבור ה- DCS, Redundancy (למשל, בקרים כפולים, אספקת חשמל מאוזנת) שומר על הצמח פועל במהלך כשל רכיב יחיד.עבור ה-SIS, הסידור האדום בעקבות דרישות SIL: 1oo1 (אחד מתוך אחד) עבור SILO 1,2 או 23oo עבור ארכיטקטורת גבוה יותר.

תרגול טוב משותף הוא ליישם מערכת בטיחות אש וגז כ-SIS נפרד, עם פותר לוגיקה משלו, תקשורת עם DCS באמצעות שער מאובטח, ואלמנטים אחרונים קשיחים.זה מונע פונקציה בטיחותית מלהיות חסום על ידי תקלה בקר DCS.

תקשורת וחילופי נתונים

תקשורת בין-מערכתית חיונית למודעות המפעילה ולניתוח שלאחר-event, אך היא חייבת להיות חד-כיונית או נשלטת היטב.בדרך כלל, SIS שולחת אות פעימות לב ל- DCS יחד עם דגלי סטטוס (למשל, "SIS בריא", "כשלים פעילים") אומנים יכולים לראות את מצב SIS על גרפיקה של DCS, אבל DCS לעולם לא צריך לשנות לוגיקה או לעקוף את הפעולה הבטוחה של ASafeicance, כמו ממשק אבטחה.

מערכות מודרניות מעסיקות לעיתים קרובות היסטוריון בטיחותי, המאגד את כל האירועים של SIS באופן עצמאי מההיסטוריון DCS. זה מבטיח כי נתונים הקשורים לבטיחות נותרו ללא פגע וזמין לביקורת רגולטורית.

דרישות ותקנות התפטרות

IEC 61511, תקן המגזר העסקי, מגדיר במפורש את הקשר בין מערכת בקרת תהליכים בסיסית (BPCS, הכוללת DCS) וסעיף המפתח של SIS כוללים:

• [ה]ה-0]קלוס 9.2.3: FLT:1 [ה-BPCS ו-SIS יהיו עצמאיים במידה שכישלון ב- BPCS אינו פוגע ב-SIS’ היכולת להשיג את ה-SIL הנדרש.
• (ב) .0.10.10.1: אם תפוקת BPCS משמשת כקלט ל-SIS, יש לנקוט באמצעי הפחתה בסיכון כדי להבטיח אמינות.
• (ב) יש להדאיג את ה- 12.4.1: 10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.

סטנדרטים רלוונטיים אחרים כוללים API RP 554 (עבור בחירת נפט וגז DCS) ו- ISA-84 (אשר תואם עם IEC 61511). Compliance כרוך בגישה מחזור חיים: זיהוי סיכונים (HAZOP), נחישות SIL (LOPA, גרף סיכון), עיצוב מערכת, התקנה, עמלה, תפעול, וניתוק כל שלב חייב להיות מתועדו.

שיטות טובות לאינטגרציה בטוחה

ציור מעשרות שנים של ניסיון תעשייתי, כאן הוכח שיטות הטובות ביותר:

ניתוח ת'ורו-חרדי

לפני כל עבודת עיצוב, לבצע מחקר דומה או HAZOP.זהה את כל סטיית התהליך שעלולה להוביל לאירוע מסוכן.עבור כל אחד, לקבוע אם DCS לבדה מספקת הפחתה מספקת של סיכונים או אם נדרש SIF ייעודי (תפקוד מאובטח) להימנע מהסתמכות על התערבות מפעיל כשכבה העיקרית של הגנה שבה SIS מהיר הוא מתאים יותר.

Define Clear Separation Boundaries

ציוד DCS ו-SIS בקבינטות שונות או חדרים. השתמש באספקת חשמל שונה, לוחות מנשאים, ו מגשי כבל.אל תפעילו SIS wiring דרך תיבות DCS. שבו אותות חייבים לחצות (למשל, צפניית איפוס ידני משותף), להשתמש בממסרי בידוד ייעודיים.

שימוש ב-Logical Solvers

PLC (למשל, Rockwell GuardLogix, Siemens F-System, ABB AC800M High Integrity) צריך לשמש עבור SIS, לא בקר DCS בעל מטרות כלליות עם ספריות בטיחות נוספות.למרות כמה בקרים מודרניים DCS מציעים מצבי אבטחה SIL-certified, התעשייה עדיין מעדיף חומרה נפרדת עבור יישומים גבוהים.

יישום מאובטח, תקשורת מוגבלת

השתמש שער רשת מהימן עם חומות אש ותקנות אישור מפורשות.ה- DCS יכול לקרוא את הנתונים SIS אבל לא לכתוב לו, למעט פעולות מפעיל זמן כמו אישור עקיפה.

תוכנית לבדיקת הוכחות ותחזוקה

יש לבחון את SIS באינטרנט ללא הפרעה של הפעולה DCS. השתמש בבדיקות שבץ חלקיות עבור שסתום או בדיקות מתגי עקיפה המאפשרים בדיקות בשירות של חיישנים. DCS יכול להקל על זה על ידי הצגת רצפי מבחן למפעילים.לוודא כי הליכי הבדיקה מתועדים ותוצאות להאכיל בחזרה לתוך מסד הנתונים של אמינות.

6. מאמנים ומהנדסים

על המפעילים להבין את ההבדל בין אזעקה ל- DCS לבין אזעקה SIS. הם צריכים לדעת מתי להתערב לעומת מתי לתת ל-SIS לפעול. Simulator הכשרה הכוללת אינטראקציות DCS ו-SIS הוא יעיל מאוד. מהנדסים צריכים להיות מוסמכים בבטיחות פונקציונלית (למשל, CFSE, TÜV FS מהנדס).

מלכודות נפוצות וכיצד להימנע מהם

למרות סטנדרטים ברורים, מספר בעיות שילוב חוזרות בתעשייה:

• חיישנים של FLT:0 חיישנים ללא בידוד הולם: FLT:1 (באמצעות אותו משדר עבור DCS שליטה וטיול SIS יוצר נקודה אחת של כשל.
• (FLT:0) ניהול עקף:FreaLT:1) יותר מדי עוקפים מגבירים את ההסתברות של השארת תפקוד בטיחותי מוגבל. השתמש במספר מינימלי של עקפים, לאכוף מגבלות זמן, ודורשים אישור פיקוח.
• (FLT:0) אבחון גורמים אנושיים: FLT:1 מפעילי יכול להתגבר על או להכיר את אזעקות SIS שוב ושוב, במיוחד אם יש לחקור נסיעות ניו-נסנס, ואת התהליך פנוי מופחת, לא את SIS מוגבלויות.
• (ב) [ה]העברה: [ה]] [ה]]: [ה], [ה],] [ה'], [ה'],] [ה']'[ה']'[ה']'[דרוש]']'[דרוש מקור]'[דרוש מקור], ו[ה'[ה']'[ה']']'[ה'[ה']']']'[ה'[ה'[ה']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה']']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה'[ה'[ה']'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ב[[ה'[ה'[ה'[ה'

דוגמה לאדריכלות

שקול כור לחץ גבוה טיפוסי עם זרז דלגן. DCS שולט קצב ההזנת וטמפרטורת המעיל.S. לפקח על לחץ כור (שני משדרים עצמאיים, 2oo2 הצבעה) וכולל שסתום חירום (ESDV) וזרז זרז זרז קיצוץ של חיישנים ללא תיקון CIS הוא SIL 3 בטיחות PLC זה שולח יחיד "S בריא" כדי להציג את ה- DCS רק כדי להציג את ה-SDSiOS, אבל לא יכול להיות רק על ידי ה-CDC של החיישנים בודדים של ה-SLC, אבל לא יכול להיות חיישנים בודדים כדי לפתוח את ה-CDCS.

באדריכלות זו, DCS ו-SIS ניתן לשמור על שניהם ללא התערבות בין-טווח.מבחן הוכחה שנתית של ESDV כרוך תיאום עם DCS כדי להביא את הכור למדינה בטוחה באופן זמני, ולאחר מכן לבדוק את מחזור השסתום.

מקרה מחקר: מניעת תגובה משוחררת

צמח כימי חווה כנועה כמעט כאשר בקר DCS לא הצליח בשל אספקת חשמל glitch.טמפרטורת הכור החלה לעלות מעבר לגבולות רגילים.ה- DCS לא היה אחראי, אבל ה-SIS העצמאית זיהה את הטמפרטורה הגבוהה (מ חיישן ייעודי) וגרמה לשעון חירום quench-F2 היה לוגיקה לא השפיעה על SIS כי: FLT:0 SIS השתמש חיישנים נפרדים וספקית כוח אחד - FIS היה כוח אספקת כוח אחד - 1F2 היה כוח לוגיקה.

האירוע מדגיש את הערך של הפרדה ו אדמוניות.הצמח ייושם באספקת החשמל של DCS והוסיף חיישן טמפרטורה שנייה ל-SIS (1oo2).הדו"ח הסופי הדגיש את החשיבות של בדיקות רגילות: ה-SIS הוכח כ- 3 חודשים קודם לכן, ולהבטיח שכל האלמנטים הסופיים נמצאים במצב עבודה.

מגמות עתידיות: DCS-SIS Convergence?

כמה פלטפורמות DCS מודרניות מציעים פונקציונליות בטיחות משולבת (IEC 61508 מוסמך בקרים) שיכול להפחית את עלויות החומרה.עם זאת, קהילת הבטיחות התפקודית נותרה זהירה. Merging DCS ו- SIS לתוך בקר יחיד יכול ליצור פרצות (אספקת כוח, מערכת הפעלה, רשת) עבור יישומים SIL 2, פתרונות משולבים יכולים להיות מקובלים אם הפרדה בתוך אותו שייח נשמר עבור SIL, עדיין זמין עבור חיישנים נוספים של ILTS.

מסקנה

הממשק בין DCS בקרה כימית ו- Safety Instrumented Systems הוא אבן הפינה של פעולות תעשייתיות בטוחות ויעילות.אינטגרציה נכונה מכבדת את העיקרון הבסיסי: DCS שומרת על התהליך פועל; ה-SIS שומרת על התהליך בטוח.השגת זה דורש גישה מחזור חיים מניתוח סיכונים כדי להשמיט, דבקות בסטנדרטים בינלאומיים (IEC 615, ISA-84), תרבות של בטיחות תפקודית ו-S, אך לא רק תמיכה פעילה, אלא גם היא פעולה עם תפקוד קבוע, אלא גם על פני מערכת חיים ללא ניתוח פעולה, אלא גם על בסיס קבוע, אלא גם על בסיס תפקוד של תפקוד קבוע של תפקוד של תפקוד של ניהול, אלא גם על בסיס תפקוד של ניהול, ללא ניתוח ניהול, אלא גם על בסיס תפקוד של תפקוד של תפקוד של תפקוד קבוע, אלא גם על בסיס תפקוד של תפקוד של תפקוד של מערכת ההפעלה של תפקוד של תפקוד של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה, ללא תפקוד של DCS.

לקריאה נוספת על ניהול מחזור חיים פונקציונלי, מתייחס ל-FLT:0Fermion Safety ResourcesFLT:1 ו-FLT הרשמי:2IEC 61511 סקירה כלליתFLT 3: 3.