Противоаварийная защита от Siemens

Рассмотрим систему безопасности, реализованную на базе SIMATIC PCS7 (Siemens). Данная система достаточно гибкая, что позволяет самостоятельно определять уровень взаимодействия АСУ ТП с системой безопасности и степень резервирования основных элементов (контроллеров, полевых шин и т.д.).

Кроме того, система на базе SIMATIC PCS7 многозадачна, поскольку программы в CPU не зависят друг от друга и выполняются в разных циклах и областях памяти, но при необходимости обмениваются данными посредством системной шины Industrial Ethernet. Таким образом, одновременно может выполняться и обеспечение безопасности, и управление основным процессом.

Взаимодействуя с подключенными через полевую шину преобразователями или отказобезопасными сигнальными модулями станций, программы в CPU распознают не только ошибки процесса, но и внутренние, собственные ошибки, а в случае какого-либо сбоя переводят установку в безопасное состояние.

Основным элементом подобных систем противоаварийной защиты являются центральные процессоры (Failsafe CPU), их принцип работы отличается от стандартных ЦПУ, так как они полностью контролируют выполнение как отдельной программной операции, так и всей программы в целом.

Другим важным аспектом отказобезопасных систем является программирование, которое в системах SIEMENS осуществляется при помощи специальных дополнений стандартных инжиниринговых средств и блоков из специальной библиотеки.

Инструментальное средство разработки отказобезопасных систем S7 F Systems поддерживает проектирование систем посредством распознавания изменений F-программ, сравнения отказобезопасных F-программ; разделения функций обеспечения безопасности (F-функций) и стандартных функций.

Матрица безопасности SIMATIC позволяет обеспечивать безопасность на протяжении всего жизненного цикла установки. Ее можно использовать:

• для проектирования отказобезопасных приложений,
• для эксплуатации отказобезопасных приложений
• для обслуживания отказобезопасных приложений.

Основанная на испытанном принципе матрицы «причина-следствие», хорошо подходит для процессов, в которых заданные состояния требуют определенных реакций для обеспечения безопасности.

Применение профиля PROFIsafe

Для обмена данными между компонентами распределенной F-системы или несколькими F-системами используются сети PROFIBUS и PROFINET. Однако в стандартном виде эти сети не могут обеспечивать необходимый уровень отказоустойчивости и обеспечения целостности данных, поэтому применяется специальный профиль PROFIsafe.

PROFIsafe реализуется как дополнительный слой ПО внутри устройств системы автоматизации, не меняя стандартные PROFIBUS и PROFINET, тем самым расширяя передаваемые сообщения дополнительными данными, на основе которых возможно распознавание и компенсация таких ошибок, как задержка, неправильная последовательность, потеря, ошибочная адресация или искажение данных.

Отказобезопасные F-модули

Отказобезопасные резервируемые сигнальные F-модули/субмодули согласованы с функциями обеспечения безопасности F/FH-систем и способны диагностировать как внутренние, так и внешние ошибки.

Для F-модулей ввода/вывода, в зависимости от уровня безопасности, который необходимо обеспечить, предусмотрена возможность разных схем подключения датчиков и исполнительных систем ПАЗ.

К их преимуществам следует отнести возможность диагностировать как внутренние состояния, так и состояния внешних цепей; выявлять ошибки в работе F-системы ввода-вывода на аппаратном уровне.

F-модули имеют внутреннюю дублированную структуру, что позволяет при появлении отличий в сигналах смежных каналов запускать защитный механизм системы противоаварийной защиты и автоматики безопасности. Например, если при уровне безопасности SIL 2 подключение производится по схеме датчик-канал, а при уровне SIL 3 используется специальный двухканальный датчик или датчик разводится на два аппаратных канала, таким образом они не дублируют друг друга, а проводят дополнительный контроль сигнала на предмет выявления ошибки.

F-датчики

Построение завершенной системы ПАЗ требует применения специальных F-датчиков. Например, серии SIGUARD предназначенной для машиностроения и тяжелой промышленности. Эти устройства сертифицированы до уровня безопасности SIL 3.

В настоящее время расширение стандартов безопасности позволяет интегрировать программируемые и электронные системы безопасности непосредственно в частотные преобразователи и сервоприводы, что позволяет создавать систему безопасности, при которой перемещение вращающихся частей исполнительных механизмов происходит на безопасной скорости, если оператор находится в рабочей зоне.

Таким образом, создание системы безопасности, реализованной на базе SIMATIC PCS7 имеет ряд преимуществ:

• реализация основных функций управления и безопасности в одном контроллере;
• применение специального профиля PROFIsafe для обеспечения отказобезопасного обмена данными между контроллером и периферийными устройствами ввода-вывода;
• возможность визуализации и диагностики процессов;
• проектирование функций обеспечения безопасности посредством применения матрицы безопасности SIMATIC;
• диагностика и обслуживание от датчиков и исполнительных устройств до системы автоматизации и операторской системы;
• снижение расходов на аппаратное обеспечение и все этапы вплоть до ввода в эксплуатацию проектов интеграции в системы безопасности.