Противоаварийная защита: система ПАЗ (СПАЗ)
сергей рылов
к.т.н., эксперт по автоматизации производства,
Школа Fine Start
В данной статье рассмотрим, что такое
противоаварийная защита: система
ПАЗ (СПАЗ).
СПАЗ, как правило, включаются в общую систему управления технологическим процессом, при этом нарушение работы общей системы управления (реализующей основные алгоритмы работы оборудования) не должно влиять на работу системы СПАЗ.
Более подробно о классификации, надежности и времени срабатывания систем безопасности, далее в статье.
Итак, начнём!
Противоаварийная автоматическая защита (ПАЗ) — это аппаратно-программный комплекс, который используется в критических приложениях для перевода системы в безопасное состояние.
Средства противоаварийной защиты должны быть сертифицированы согласно МЭК — 61508 (IEC — 61508) и МЭК — 61511 (IEC — 61511). Также сертификацией различных продуктов и сервисов, в том числе и средств автоматизации, занимается независимая немецкая организация TUV (Technischer Uberwachungs — Verein, Служба Технического Контроля).
Классификация уровня безопасности SIL
Каждый уровень SIL (от SIL — 1 до SIL — 4) характеризуется снижением допустимой вероятности отказа.SIL (Safety Integrity Level) — уровень полноты безопасности. В промышленности для критических приложений обычно используются уровни SIL — 2 и SIL — 3 (в зависимости от типа инструментальной функции).
Например, в нефтегазовой сфере и химии SIL — 3 — стандарт для аппаратной части.
SIL — 4 покрывает запросы атомной энергетики — требования к безопасности там на порядок выше, как и катастрофичность последствий при аварии.
СПАЗ для объектов рассматриваются как своего рода последний рубеж обороны (Рис.1), за которым происходит разрушение технологического объекта, неконтролируемый взрыв или выброс опасных веществ и возможно — гибель людей.
СПАЗ является компонентом АСУТП, которая в свою очередь является компонентом распределенной системы управления (РСУ).
Основные задачи и функции СПАЗ
Основная задача любой системы СПАЗ — перевод процесса в безопасное состояние при возникновении каких-либо проблем в его работе (выход технологических процессов за установленные границы, отказ оборудования, нештатные ситуации).
Как правило, СПАЗ получает данные о состоянии объекта от «собственных» дублированных датчиков (одной из самых надежных схем считается «2оо3», когда срабатывание любых 2 из 3 датчиков, установленных на одной контрольной точке, считается необходимым условием для срабатывания защитной блокировки) и управляет «своими» резервированными исполнительными механизмами.
При создании и последующей эксплуатации СПАЗ, предназначенных для технологических объектов, следует соблюдать единый порядок управления комплексом необходимых работ, опирающийся на требования международных и национальных нормативно-методических документов. Такой порядок должен охватывать состав, содержание и способы (методы) проведения работ по проектированию, внедрению, эксплуатации и техническому обслуживанию СПАЗ.
Этот порядок должен обеспечивать выполнение всех требований, предъявляемых к свойствам и показателям качества функционирования СПАЗ. Главными из них являются требования, предъявляемые к функциональной безопасности любой СПАЗ, т.е. к ее способности правильно функционировать, обеспечивая безопасность соответствующего объекта автоматизации.
В соответствии с ГОСТ Р МЭК 61508 и ГОСТ Р МЭК 61511 функциональная безопасность СПАЗ как электронной программируемой системы определяется показателями качества выполнения ею функций безопасности, т.е. таких функций, содержанием которых является совокупность действий, направленных на снижение опасности, существующей и/или возникающей при функционировании управляемого объекта.
Основной функцией безопасности, для выполнения которой предназначена любая СПАЗ технологического объекта, является автоматическое изменение его состояния в сторону более безопасного, выполняемое рассматриваемой системой в случае появления потенциально опасного события (например, выхода параметров процесса за безопасные пределы). Содержанием этой функции является совокупность действий, включающих измерительное преобразование и/или контроль соответствующих параметров состояния объекта, а также формирование и передачу на объект такой последовательности заранее определенных управляющих воздействий, которые направлены на предотвращение или снижение вреда.
Система безопасности (СПАЗ) должна обеспечивать:
- Сбор аналоговой и дискретной информации от датчиков технологических параметров, и дискретных параметров состояния исполнительных механизмов и состояния аварийной вентиляции
- Выделение достоверной входной информации
- Анализ и логическую обработку входной информации
- Автоматическую выдачу сигналов двухпозиционного управления на исполнительные механизмы
- Дистанционное управление исполнительными механизмами со станции технолога-оператора РСУ при условии санкционированного доступа, либо со специальной оперативной панели СПАЗ
- Передачу оперативной информации от СПАЗ в РСУ для сигнализации, регистрации и архивирования (отклонение параметров, срабатывание исполнительных механизмов ПАЗ, и т.п.)
- Выделение первопричины останова технологического процесса
- Самодиагностику состояния технических средств системы ПАЗ
Кроме основной функции система ПАЗ обычно выполняет ряд дополнительных функций, которыми в типичных случаях являются:
- Автоматическое обнаружение потенциально опасных изменений состояния технологического объекта или системы его автоматизации
- Автоматическое измерение технологических переменных, важных для безопасного ведения технологического процесса (например, измерение переменных, значения которых характеризуют близость объекта к границам безопасного режима ведения процесса)
- Автоматическая (в режиме on — line) диагностика отказов, возникающих в системе ПАЗ и/или в используемых ею средствах технического и программного обеспечения
- Автоматическая предаварийная сигнализация, информирующая оператора технологического процесса о потенциально опасных изменениях, произошедших в объекте или в системе ПАЗ
- Автоматическая защита от несанкционированного доступа к параметрам настройки и/или выбора режима работы системы ПАЗ
Основными техническими компонентами, входящими в состав любой системы ПАЗ, являются не только соответствующий управляющий программно-логический контроллер (ПЛК), но и такие изделия, как датчики и исполнительные механизмы, необходимые для выполнения функций системы. Кроме того, в систему ПАЗ часто входят дополнительные устройства (линии связи, блоки питания и др.).
В ходе создания и применения систем ПАЗ необходимо иметь в виду, что их функционирование не только эффективно повышает безопасность работы соответствующих технологических объектов, но и само может способствовать появлению опасных событий и ситуаций (например, в случае такого отказа системы ПАЗ, который приводит к неблагоприятному воздействию на объект).
В ходе создания и применения систем ПАЗ необходимо иметь в виду, что их функционирование не только эффективно повышает безопасность работы соответствующих технологических объектов, но и само может способствовать появлению опасных событий и ситуаций (например, в случае такого отказа системы ПАЗ, который приводит к неблагоприятному воздействию на объект).
Архитектура средств автоматизации АСУТП/РСУ/ПАЗ представлена на Рис. 2.
Надежность и время срабатывания систем безопасности
Надежность и время срабатывания систем противоаварийной защиты обосновываются разработчиком АСУТП на основе требований технологической части проекта. При этом учитывается категория взрывоопасное технологических блоков, входящих в объект, и время развития возможной аварии.
Время срабатывания системы защиты должно быть гарантированно меньше времени, необходимого для перехода параметра от предаварийного до критического значения. Надежность систем безопасности должна обеспечивается:
- Аппаратурным резервированием необходимого типа
- Информационной, функциональной и временной избыточностью
- Наличием систем оперативной и автономной диагностики
Достаточность резервирования и его тип определяются и утверждаются на специальном совещании по безопасности с участием Проектной организации, Разработчика АСУТП и Организации — заказчика.
Сергей Рылов
К.Т.Н., ЭКСПЕРТ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА, ШКОЛА FINE START
Более 10 лет опыта инженером по автоматизации, инженером-программистом АСУ ТП и инженером-проектировщиком АСУ ТП в разных отраслях промышленности.
Принимал участие в таких крупных проектах автоматизации, как проекты ГУП «Мосгортранс» и ОАО "Линде Газ Рус".
Заинтересовала статья?
Освоить востребованную профессию в сфере автоматизации производства вы можете в Школе Fine Start. Узнайте детали в каталоге наших профессий