Wireless sensors in veiligheidssystemen John van Gorsel Emerson Process Management
Veiligheid versus beschikbaarheid l
Doel van een veiligheidsmeting: • Bij potentieel gevaar het proces naar een veilige toestand brengen
l
Neveneffect van een veiligheidsmeting: • Ook bij falen van de apparatuur (λDD) wordt het proces in een veilige toestand gebracht (False Trip) • Om verborgen fouten (λDU) te detecteren is een Proof Test vereist
l
Voorkomende oorzaken van falen*: • Bedieningsfout bij Proof Test (λDU) • Verstoppen van meetleidingen (λDU) • Vastzitten van afsluiters (λDU) • Falen van instrument (λDD)
* Falen: veiligheidsmeting grijpt niet in of veroorzaakt een ongewenste stop
Veiligheid versus beschikbaarheid beschikbaarheid
Veiligheid
Voldoen Voldoen aan aan veiligheidseisen veiligheidseisen bij bij een een maximale maximale beschikbaarheid beschikbaarheid
ISA SP -100 gebruiksklassen voor wireless SP-100 Safety
Class 0: Emergency action (always critical)
Control
Class 1: Closed loop reg. control (often critical) Class 2: Closed loop supv. Control (usually non-critical) Class 3: Open loop control (human in the loop)
Class 4: Alerting Monitoring (Short-term operational consequence) Class 5: Logging & downloading/ uploading (No immediate operational consequence)
Toepasbaarheid van de huidige draadloze sensoren
De rol van draadloze sensoren Draadloze sensoren spelen vooralsnog geen rol van betekenis als primaire veiligheidsfunctie
Draadloze sensoren kunnen een zeer belangrijke bijdrage leveren bij het vereenvoudigen van onderhoud aan veiligheidssystemen en daarmee de beschikbaarheid verhogen
Eisen van de procesindustrie De procesindustrie heeft specifieke eisen ten aanzien van draadloze sensoren: ü
Betrouwbaarheid
ü
Lage installatiekosten
ü
Beveiliging
ü
Standaard protocollen
ü
Architectuur geschikt voor regeling
ü
Laag energieverbruik
ü
Beschikbaarheid van instrumenten
““Self-Organizing” Self-Organizing” technologie l
Self-Organizing mesh netwerk – – – –
l l l
Time Synchronized Mesh Protocol (TSMP) IEEE 802.15.4 met ”channel hopping” Beveiliging van de grond af opgebouwd Bestand tegen elke vorm van interferentie en functioneert samen met andere netwerken
Redundante communicatiepaden Netwerk geschikt to 100,000+ nodes Netwerk geschikt voor 1 sec. “update rate”
Self -Organizing netwerken leveren een hoge data Self-Organizing data-betrouwbaarheid in lastige omgevingen
Line Powered 1420 Data To Host
Geintegreerde beveiliging l
De fundamenten van veilige communicatie – De mogelijkheid om zender en ontvanger te waarmerken (Authenticate) – Vaststellen dat data geldig is (Validate) – De mogelijkheid om data te versleutelen (Encrypt) – Betrouwbaar beheer van versleutelingsinformatie (Key Management) – De mogelijkheid om met stoorsignalen om te gaan (AntiJamming)
Wired or Wireless
Legacy Host
Wireless standaarden Wireless Standards: Plant Network 802.11 Security Asset Tracking 802.16 Plant Network Operations
Asset Management Mobile Worker
Control Network 802.11 802.16
Field Network 802.15.4 Wireless HART
Field Devices
Self-Organizing Networks
SP100
Control Network
WirelessHART™ levert wireless uitwisselbaarheid l
l
De enige wireless standaard beschikbaar voor de procesindustrie Zeer breed gedragen binnen de procesindustrie – Meer dan 25 miljoen geinstalleeerde HART instrumenten
l
Open Protocol – Uitwisselbaar met producten van andere leveranciers
l
Eerste WirelessHART producten begin 2008
TM biedt hoogste prestaties en SmartPowerTM functionaliteit l
Intelligent Energie Management voor instrumenten met eigen voeding – “Self-Organising” netwerk balanceert energie en knooppunt belasting
l
Uitgebreid onderzoek naar batterij technologie – Begin 2008: Externe voeding en voeding met zonnepaneel – Onderzoek naar terugwinningstechnieken (trilling, thermisch, etc.)
Prestaties
Functionaliteit
•Betrouwbaarheid •Nauwkeurigheid •Stabiliteit
•Hart diagnostiek •PlantWeb alarmen •“Update rate”
Voorspelbare levensduur •Gespecificeerd onder actuele omstandigheden
Emerson heeft een volledig pakket aan wireless apparatuur
Beschikbare wireless apparatuur l l l l l l l l l l
Model 1420 gateway Model 3051S (verschil) druktransmitter Model 648 temperatuurtransmitter Model 702 Discrete transmitter Model 775 Upgrade module Model 848T 4-kanaals temperature transmitter Model 2051 (verschil)druktransmitter Model 248 temperatuur transmitter Microcor corrosie transmitter Trillingsopnemer
2008
Mogelijkheden wireless in veiligheidssystemen l Aanvullende informatie uit HART instrumenten – – – – l
Diagnostiek Extra meetwaardes Geen extra bekabeling of multiplexers nodig Werkt met bestaande HART instrumenten
Extra instrumenten – – – –
Standmelding op aan/uit kleppen Druk- en temperatuurbewaking Geen bekabeling, voeding, en I/O nodig Instrumenten hebben eigen voeding
Bewaking druktransmitter
-Detectie verstopte meetleidingen -Bewaking sensortemperatuur -Detectie van gas in vloeistofstroom
AMS Device Manager
Controle bypass afsluiter l l
Traditionele methode om klep te testen Risico: bypass blijft open na Proof Test
Discrete transmitter en naderingsschakelaar
Partial Stroke Testing l
Open/dicht klep wordt deels dichtgestuurd
l
Proof Test coverage factor: 50%
Bewaking veiligheidsklep Emergency Shutdown Controller Wireless module voor toegang tot HART diagnose informatie
24V DC
Drukopnemer voor controle voedingslucht
Verschildrukopnemer voor controle filtervervuiling AMS Device Manager en ValveLink software
Travel Feedback
Supply Pressure
FIELDVUE DVC6000 ESD
ESD Valve and Actuator
F
Samenvatting l
Draadloze sensoren dragen bij aan een hogere beschikbaarheid door: – Toegang tot HART diagnostiek zonder de noodzaak van multiplexers – Toegang tot extra parameters zonder extra bekabeling – Toevoegen van instrumenten zonder kosten voor infrastructuur (kabel, voedingen , I/O kaarten, etc.)
