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执行器系统集成和功能安全对工厂自动化有什么影响?

   日期:2019-09-19     浏览:31    评论:0    
核心提示:目前影响驱动行业的两个关键问题是:主机系统集成和功能安全。

目前影响驱动行业的两个关键问题是:主机系统集成和功能安全。

主机系统集成

在任何工厂安装中,关键要求是能够将用于打开或关闭阀门的执行器与工厂的自动化系统平稳地集成。虽然执行器和阀门之间的机械接口是标准化的,但控制系统的接口也经历了永久性的发展。有许多具有挑战性的决策:公司是否应采用并行控制,现场总线或两者来实现冗余?而且,在选择现场总线时,应该使用哪种协议?通信协议的系统集成已成为现代工厂安装的执行器供应的中心主题。今天,它远远超过机械设计的重要性 -——系统集成是必需的,集中在执行器和主机系统之间的有效通信。

阀门的自动打开和关闭是主要功能,通常是系统集成的直接方面。在简单的应用中,操作命令打开和关闭,位置反馈信号和故障信号通常就足够了。

但是,如果使用现场总线协议,则信息传输的带宽会大大增加。通过现场总线从分布式控制系统(DCS)进一步传输操作,访问所有设备参数和操作数据所需的命令和反馈信号。这种用于诊断和维护目的的“辅助”信息不是操作的先决条件,但它有助于调试,维护和资产管理,因为它有助于更好地了解执行器的整体情况。

降低成本是现场总线技术的主要优势之一。此外,在过程自动化中引入串行通信已成为现场设备的创新驱动因素,因此也成为执行器的创新驱动力。如果没有现场总线技术,效率提升的概念,例如远程参数化或中央工厂资产管理,将是不可行的。市场上有许多不同的现场总线系统。常用于执行器的通信系统包括Profibus DP,Modbus RTU,Modbus TCP / IP,FOUNDATION Fieldbus和HART。

需要在主机系统和致动器之间交换各种不同的数据和信息包。因此,通信协议和数据接口需要准确地起作用以促进系统的平滑集成。

因此,对执行器供应商的一个重要要求是提供系统集成领域已建立的跟踪记录的证据,并证明不同现场总线协议的相关认证。协议实施与现场总线规范的一致性必须得到国际现场总线组织的认证:这些机构或由其认可的测试实验室进行大量测试,以验证产品是否按照规范运行。

除设备注册外,DCS制造商还与现场设备进行专门的集成测试。通常,执行器制造商与DCS制造商密切合作,为其测试实验室提供样品执行器,并为执行器接口提供支持。通常,产品参考随后可在其网站上获得。

冗余是系统集成的另一个关键问题。实现它有多种不同的方法。至关重要的是,在非常早期的设计阶段,DCS组件支持的不同冗余变体将使用所选的网络设备和现场设备进行有效评估,协调和广泛测试。

建议系统集成应始终根据安装的特定要求进行定制。例如,可能需要以优化通信周期时间或带宽时隙的方式配置数据接口,并且仅传输应用所需的数据,从而加快通信效率。强烈建议在设计考虑的最早阶段咨询执行器制造商。

功能安全

第二个重要主题是功能安全。这个问题对于整个过程工业尤其是化学或石油和天然气应用至关重要,在这些应用中,人员和环境的保护至关重要,并且在发生事故时,经济损失可能非常高。

当局和保险公司越来越多地要求符合IEC 61508和61511标准。根据IEC 61508,功能安全涉及在发生工厂紧急警报时自动干预的系统,并确保工厂维持或进入安全状态。

在设计对人员有潜在危险或可能造成严重环境破坏的生产工厂时,应进行危害或风险评估。通常,一项措施是实施功能安全系统安全仪表系统(SIS);这被视为降低风险的最先进方法。

危害和风险分析还确定了SIS必须满足的安全完整性等级(SIL)。简而言之,SIL是通过功能安全系统降低风险的“测量单位”;水平取决于潜在危险的严重程度。

所需的SIS通常由传感器,安全可编程逻辑控制器PLC)和“演员”组成。在阀门领域,演员由执行器和阀门组成。为了实现所需的风险降低,这些组件需要能够满足SIS整体所需的SIL。

举一个例子来说明功能安全的复杂性,必须认识到,即使仅使用具有SIL 2功能的组件,也不能保证安全仪表功能(SIF)整体也符合SIL 2要求。只有当SIF组合的所有组件的积分失效概率在SIL 2限值内且满足某些附加要求时,才能达到此水平。

因此,在工厂的设计阶段,在决定SIS的组件时,建议仔细检查声明的安全数据。作为说明,最佳实践是致动器的按需故障概率(PFD)值不应超过所需SIL的允许PFD值的约25%。例如,如果单独的执行器将占SIF允许的PFD值的80-90%,则不太可能满足整个SIF的要求。其他组件也有一定的失败概率。使用经过深思熟虑和保守的计算方法来确保估算是安全的。

SIS中最复杂的任务之一是确保传感器,安全PLC和执行器之间的接口协调并一起工作。这比标准过程控制系统更复杂,因为出于安全原因,通常存在关于组件的允许配置的限制。模块化执行器设计有助于实现这一点,因为只要遵守所有安全要求,就可以更换各个组件。

同样极为重要的是,工厂设计人员可以访问正确配置和记录其SIS所需的所有组件特定文档,以获得通知机构的认证。为了提供最大的支持,执行器制造商需要提供安全数据,测试报告,证书和全面的安全手册。支持还可以包括用于调试和验证测试的清单。同样,建议与执行器制造商密切合作,以确保功能安全系统实现预期的风险降低。

主机系统集成和功能安全是两个非常重要的主题,目前正在影响各种阀门控制应用。但是,每个安装都是不同的,驱动技术的采用者应该与供应商合作,以获得专家建议,以实现最实用的解决方案。

 

 

 


 
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