Интеграция средств безопасности в автоматизацию процессов Siemens

Обзор

Инжиниринг, управление и наблюдение для обычных систем и систем безопасности

В перерабатывающей промышленности часто присутствуют сложные технологические процессы с высокими требованиями к безопасности, и ошибки и отказы в автоматизации процесса могут иметь фатальные последствия для персонала, оборудования заводов и окружающей среды. Используемая технология безопасности должна надежно обнаруживать ошибки в самом процессе, а также собственные внутренние ошибки, и автоматически переводить приложение в безопасное состояние, если такая ошибка обнаружена.

Safety Integrated for Process Automation является комплексом продуктов и услуг от Siemens для безопасных, отказоустойчивых приложений в перерабатывающей промышленности. Это обеспечивается следующими компонентами:

• Системы автоматизации безопасности AS 412F/FH, AS 414F/FH и AS 417F/FH (см главу "Automation systems")
• Безопасные коммуникации посредством PROFIBUS с профилем PROFIsafe (см главу  "Communication", PROFIBUS)
• Безопасные полевые устройства (Failsafe transmitters SITRANS P DS III) на PROFIBUS PA с профилем PROFIsafe (см каталог FI 01, Field devices for process automation)
• ET 200M и ET 200S распределенные системы ввода / вывода с безопасными модулями ввода / вывода (см главу "Process I/O")
• SIMATIC программное обеспечение для создания и выполнения приложений безопасности, выполняемое на инженерной станции или системе оператора: S7 F Systems, SIMATIC Safety Matrix - индивидуально или как пакет, объединенный с программным обеспечением ES/OS
• Продукты специального назначениия, такие как управление горелкой или Partial Stroke Test (см каталог ST PCS 7.1, Add-ons для SIMATIC PCS 7)
• Полный цикл разработки систем безопасности с поддержкой высококвалифицированных партнеров на всех этапах (анализ, разработка и использование)

Дизайн

Профиль PROFIsafe обеспечивает безопасность передачи информации между системой автоматизации (контроллером) и периферией процесса как через PROFIBUS, так и PROFINET. Решение о выборе полевых сетей PROFINET IO или PROFIBUS DP/PA оказывает существенное влияние на архитектуру системы противоаварийной защиты.

Отказобезопасная архитектура PROFIBUS

В случае отказобезопасной системы SIMATIC PCS 7, с применением коммуникаций PROFIBUS, существуют два варианта архитектуры децентрализованной периферии, различаюшихся на все уровнях:

• Одноканальная, нерезервированная
• Резервированная, отказоустойчивая

Оба варианта архитектуры чрезвычайно разнообразны, и предлагают много возможности под различные требования. Функции стандартной автоматизации (управление основным процессом) и противоаварийная защита могут быть гибко объединены, причем, не только в области распределенного ввода-вывода. Такая возможность существует и на уровне контроллера. Функции управления и ПАЗ могут быть как объединены в одной системе автоматизации (контроллере), так и разделены по разным системам (контроллерам). Кроме того, существует и множество возможностей, связанных с применением гибкого модульного резервирования.

Безопасные варианты архитектуры PROFIBUS

На отдельных архитектурных уровнях (контроллер, fieldbus, распределенная периферия), показанные варианты конфигурации, из числа доступных, в зависимости от используемых типов станций распределенной периферии (Станции ET 200M, ET 200iSP, ET 200S, ET 200pro или полевые устройства PROFIBUS PA профилем PA-Profile 3.0 и выше)

Отказобезопасная архитектура PROFINET

Отказобезопасные станции автоматизации на основе ЦПУ линейки S7‑400, как одиночные (нерезервированные) AS (F-системы), так и отказоустойчивые(резервированные) AS (FH-системы), могут просто и эффективно объединяться в сеть PROFINET IO со станциями распределенной периферии ET200M. Для этой цели, в системах автоматизации доступны интерфейсы PN/IE, интегрированные в ЦПУ, а в станциях распределенной периферии ET 200M интерфейсы PN/IE интегрированы в интерфейсные модули IM 153‑4 PN High Feature.

Коэффициент готовности станций распределенной периферии одиночных AS (F-система) может быть увеличен с помощью применения кольцевой топологии с резервированием среды передачи. В случае прерывания передачи в кольце в одной точке, например, в связи с обрывом кабеля или отказа станции, менеджер резервирования сразу активирует альтернативный канал связи.

Безопасные коммуникации PROFINET IO с использованием резервированиой среды передачи

Максимальный коэффициент готовности с минимальными временами парирования отказа достигается при использовании отказоустойчивой(резервированной) AS (FH-системы) в сочетании с резервированием системы распределенной периферии. Резервирование системы относится к тому типу PROFINET IO-коммуникаций, где каждая станция распределенной периферии устанавливает коммуникационные соединения с каждым из двух резервированных центральных процессоров отказоустойчивой станции AS по топологии сети. В отличие от одностороннего подключения станций распределенной периферии только к одному ЦП, отказ ЦП в этом случае автоматически не приводит к отказу подключенных к нему станций распределенной периферии.

Безопасные коммуникации PROFINET IO с резервированной системой

Особенности

Safety Integrated for Process Automation позволяет полную интеграцию среды разработки систем безопасности в SIMATIC PCS 7. Basic Process Control System (BPCS) и Safety Instrumented System (SIS) объединяются в единую и полноценную систему, характеризующуюся следующими преимуществами:

• Одна общая платформа контроллера
• Одна общая среда разработки
• Отсутствие отдельной шины безопасности ‑ стандартная и связанная с безопасностью коммуникация имеют место по той же самой шине (PROFIBUS с PROFIsafe)
• Смешанная работа стандартных и связанных с безопасностью модулей ввода / вывода в ET 200M и ET 200S распределенных станциях
• Однородная обработка данных ‑ отсутствие сложного обмена данными между BPCS и системой безопасности
• Интеграция связанных с безопасностью приложений в визуализацию процесса на станции оператора
• Автоматическая интеграция связанных с безопасностью сообщений об ошибках с отметкой времени в систему управления производственным процессом
• Интеграция связанных с безопасностью аппаратных средств в систему управления обслуживанием SIMATIC PCS 7 Maintenance Station для диагностики и профилактического обслуживания