Ako navrhnúť logiku hlasovania pre redundantné termočlánky v systéme riadenia vykurovacej platne?

Viaceré termočlánky sú len časťou riešenia. Potrebujete tiež rozhodovací rámec, ako interpretovať protichodné výsledky. Logika hlasovania, akási digitálna voľba medzi senzormi, určuje, či je prevádzka bezpečná alebo či je potrebné vypnutie.

Účel logiky hlasovania v redundantných systémoch
Redundantná architektúra vykurovacej platne termočlánkov s logikou hlasovania je založená skôr na súbore mnohých nezávislých meraní teploty než na jednotlivých meraniach. Spoľahlivosť sa zvyšuje znížením účinkov defektov snímača, šumu alebo posunu.

Úvaha je v princípe základná, no jej spoľahlivosť je preukázaná rozsiahlou analýzou porúch. Volebné schémy sú základnými stavebnými kameňmi návrhu funkčnej bezpečnosti a vo veľkej miere sa využívajú v systémoch navrhnutých podľa noriem IEC 61508 a IEC 61511.

Algoritmus hlasovania je zvyčajne implementovaný v bezpečnostnom -zariadení PLC alebo v samostatnom systéme bezpečnostného relé a beží nezávisle od hlavného regulátora teploty PID.

Spoločné hlasovacie schémy
2oo2 (dva z dvoch)
V nastavení 2oo2 sú dva termočlánky a oba musia vykazovať prekročenie-teploty, aby sa spustilo-vypnutie.

Týmto spôsobom získame dobrú ochranu pred nepríjemnými výletmi spôsobenými jedným zlým snímačom. Poskytuje však zraniteľnosť, ak jeden snímač zlyhá v scenári nízkeho čítania, zatiaľ čo druhý chybne ukazuje normálnu teplotu. Škodlivý stav môže zostať za takýchto okolností nepovšimnutý.

2oo3 (dva z troch)
2oo3 – Posúdenie zhody 3 termočlánkov. Ak dva alebo viaceré snímače zaznamenajú nadmernú-teplotu, vykoná sa vypnutie. Ak na druhej strane dva alebo viac snímačov indikujú normálne podmienky, prevádzka pokračuje.

Táto architektúra poskytuje odolnosť voči poruchám jedného snímača (vysoká alebo nízka úroveň zlyhania) bez obetovania bezpečnosti alebo dostupnosti procesu. To je dôvod, prečo sa 2oo3 považuje za najvýhodnejšiu architektúru pre vykurovacie systémy s vysokou spoľahlivosťou a vysokou bezpečnosťou.

Porovnanie logických architektúr hlasovania
Schéma hlasovania Počet snímačov Podmienka vypnutia Tolerancia chýb Bežný prípad použitia
2oo2 2 Oba snímače sú nad teplotou Vysoká odolnosť voči nepríjemným zakopnutiam Mierna bezpečnosť, slabá tolerancia voči nepríjemnostiam
2oo3 3 Akékoľvek dva senzory detegujú nadmernú-teplotu Jeden senzor odolný voči chybe Vysoká bezpečnosť a systémy vysokej dostupnosti
Aplikácia na vykurovacie platňové systémy.
V praktických konštrukciách redundantných termočlánkov s hlasovacím systémom je každý termočlánok pripojený k špeciálnemu bezpečnostnému vstupnému kanálu. Bezpečnostné PLC neustále číta všetky vstupy a vykonáva hlasovací algoritmus v reálnom čase.

PLC vydá príkaz na vypnutie pre bezpečnostné menovité výstupy, keď nastane definovaná podmienka hlasovania pre prehriatie, čo vo všeobecnosti odpojí{0}}napájanie stýkačov ohrievača alebo polovodičových relé.

Je dôležité odpojiť sa od regulačnej slučky PID. Procesná teplota je normálne riadená PID regulátorom. Bezpečnostný systém funguje nezávisle, aby zistil nebezpečné odchýlky a prijal preventívne opatrenia.

Výber podľa úrovne integrity bezpečnosti (SIL)
Potrebná úroveň integrity bezpečnosti (SIL) systému priamo ovplyvňuje možnosť logiky hlasovania.

Nižšie požiadavky na SIL by mohli otvoriť cestu pre jednoduchšie architektúry, napr. . 2oo2

Vyššie štandardy SIL často vyžadujú dizajny odolné voči chybám, ako je 2oo3

Na dosiahnutie cieľa SIL sa musia vyhodnotiť typy porúch, diagnostické pokrytie a pravdepodobnosť nebezpečného zlyhania. Logika hlasovania je dôležitá na splnenie týchto noriem minimalizovaním rizika, že sa neodhalia nebezpečné podmienky.

Úvahy o dizajne:
Umiestnenie senzora
Termočlánky musia byť umiestnené tak, aby reprezentovali kľúčové tepelné zóny. Dokonca aj najsilnejšie zdôvodnenie hlasovania môže byť narušené zlým umiestnením.

Nezávislosť kanála
Každý vstup snímača musí byť elektricky a koncepčne oddelený. Redundanciu je možné znížiť zdieľanou kabelážou alebo spoločnými zdrojmi porúch.

Diagnostika a údržba
Nepretržite monitorujte nesúhlas, posun alebo poruchu snímača. Postupy údržby by mali zahŕňať pravidelné hodnotenie a kalibráciu všetkých kanálov.

Záverečné myšlienky
Príslušná logika hlasovania sa môže použiť na premenu nadbytočných meraní termočlánkov na užitočné a dôveryhodné bezpečnostné posudky. Zvolená schéma určuje, ako systém zareaguje na neistotu a zlyhanie, architektúry 2oo2 alebo 2oo3.

Robustný systém riadenia vyhrievacej platne je založený na logickom{0}}základe bezpečnom proti poruche. Redundancia nie je len viac hardvéru, ale štruktúrovaný prístup k bezpečnej a spoľahlivej prevádzke.