KROHNE OPTISOUND 30x0 C SIL Manuel du propriétaire

OPTISOUND 30*0 C
Transmetteur de niveau à ultrasons
4 … 20 mA/HART - deux fils
4 … 20 mA/HART - quatre fils
Safety Manual
Table des matières
Table des matières
1
Sécurité fonctionnelle
1.1 Généralités........................................................................................................................ 3
1.2 Conception........................................................................................................................ 4
1.3 Paramétrage des appareils............................................................................................... 7
1.4 Mise en service................................................................................................................. 8
1.5 Comportement au cours du fonctionnement et en cas de pannes.................................... 8
1.6 Test de fonctionnement périodique................................................................................... 8
1.7 Caractéristiques techniques relatives à la sécurité............................................................ 9
48375-FR-160118
2
OPTISOUND 30*0 C • 4 … 20 mA/HART - deux fils
1 Sécurité fonctionnelle
1
Domaine de validité
Sécurité fonctionnelle
1.1
Généralités
Ce manuel de sécurité est valable pour les systèmes de mesure
comprenant des capteurs à ultrasons OPTISOUND 3010 C, 3020 C,
3030 C en versions 2 et 4 fils 4 … 20 mA/HART :
OPTISOUND 3010 C
OPTISOUND 3020 C
OPTISOUND 3030 C
Versions hardware et software valables :
•
•
Domaine d'application
Numéro de série de l'électronique > 14455153
Logiciel du capteur à partir de la rév. 3.26
Le système de mesure peut être utilisé pour la mesure de niveau de
liquides et solides en vrac/pulvérulents, satisfaisant aux exigences
particulières fonctionnelle de sécurité.
De part le retour d'expérience, ils pourront être utilisés en architecture
à un canal (1oo1D) jusqu'à SIL2 et en architecture multi-canaux en
version diversitaire redondante jusqu'à SIL3.
L'utilisation du système de mesure dans une architecture à plusieurs
canaux, homogène et redondante est exclue.
Conformité SIL
48375-FR-160118
Abréviations, termes
Vous pouvez télécharger la déclaration de conformité SIL à partir de
notre page d'accueil sur internet.
SIL
Safety Integrity Level
HFT
Hardware Fault Tolerance
SFF
Safe Failure Fraction
PFDavg
Average Probability of dangerous Failure on Demand
PFH
Probability of a dangerous Failure per Hour
FMEDA
Failure Mode, Effects and Diagnostics Analysis
λsd
Rate for safe detected failure
λdd
Rate for dangerous detected failure
DCS
Diagnostic Coverage of safe failures; DCS = λsd/(λsd+λsu)
FIT
Failure In Time (1 FIT = 1 failure/109 h)
λsu
Rate for safe undetected failure
λdu
Rate for dangerous undetected failure
DCD
Diagnostic Coverage of dangerous failures; DCD = λdd/(λdd+λdu)
MTBF
Mean Time Between Failure
MTTF
Mean Time To Failure
MTTR
Mean Time To Repair
D'autres abréviations et termes sont indiqués dans la norme
IEC 61508-4.
OPTISOUND 30*0 C • 4 … 20 mA/HART - deux fils
3
1 Sécurité fonctionnelle
Normes concernées
•
•
Exigences de sécurité
IEC 61508
–– Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems
IEC 61511-1
–– Functional safety - safety instrumented systems for the process
industry sector - Part 1: Framework, definitions, system, hardware and software requirements
Valeurs limites de défaillance pour une fonction de sécurité, selon la
classe SIL (IEC 61508-1, 7.6.2)
Niveau d'intégrité de
sécurité
Mode faible demande
Mode demande élevée
PFDavg
PFH
4
≥ 10-5 … < 10-4
≥ 10-9 … < 10-8
3
≥ 10-4 … < 10-3
≥ 10-8 … < 10-7
2
≥ 10-3 … < 10-2
≥ 10-7 … < 10-6
1
≥ 10 … < 10
≥ 10-6 … < 10-5
SIL
-2
-1
Intégrité de sécurité du matériel (hardware) pour les systèmes partiels
relatifs à la sécurité de type B (IEC 61508-2, 7.4.3)
Retour d'expérience
Proportion de défaillances en sécurité
Tolérance aux anomalies matérielles
(hardware)
SFF
HFT = 0
HFT = 1
(0)
HFT = 2
< 60 %
non autorisé
SIL1
SIL2
60 % … < 90 %
SIL1
SIL2
SIL3
90 % … < 99 %
SIL2
SIL3
(SIL4)
≥ 99 %
SIL3
(SIL4)
(SIL4)
Selon IEC 61511-1, paragraphe 11.4.4, la tolérance aux anomalies
HFT pour les systèmes partiels validés en utilisation peut être réduite
de un si les conditions suivantes sont satisfaites:
•
•
•
•
L'appareil est validé en utilisation
Seuls les paramètres importants pour le process sont modifiables
(p. ex. plage de mesure, sortie courant en cas de défaut …)
La modification de ces paramètres importants au process est
protégée (p. ex. par un mot de passe, …)
La fonction de sécurité requiert un niveau inférieur à SIL4
L'expertise des modifications est prise en compte dans L'évaluation
du retour d'expérience.
1.2
Conception
Le système de mesure génère sur sa sortie courant un signal correspondant au niveau compris entre 3,8 mA et 20,5 mA.
Ce signal analogique est transmis à une unité d'exploitation connectée en aval pour surveiller les états suivants :
4
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Fonction de sécurité
1 Sécurité fonctionnelle
•
•
Dépassement vers le haut d'un niveau prédéterminé.
Dépassement vers le bas d'un niveau prédéterminé
L'atteinte du point de commutation réglé génère un signal.
État de sécurité
L'état de sécurité dépend du mode de fonctionnement :
Surveillance du niveau Surveillance du nihaut
veau bas
État de sécurité
Dépassement du point
de commutation vers
le haut
Dépassement du point
de commutation vers
le bas
Courant de sortie à l'état > point de commutation
(-1 %)
de sécurité positive
< point de commutation
(+1 %)
Courant défaut " fail low " < 3,6 mA
< 3,6 mA
Courant défaut " fail
high "
> 21,5 mA
> 21,5 mA
La tolérance du courant ±1 % se rapporte à la plage de mesure
complète de 16 mA.
Description de l'erreur
Il y a défaillance non dangereuse (safe failure) si le système de
mesure bascule à l'état de sécurité défini ou en mode défaut sans
requête du process.
Si le système de diagnostic interne détecte une anomalie, le système
de mesure passera alors en mode défaut.
Il y a défaillance dangereuse non détectée (dangerous undetected
failure), si le système de mesure ne passe ni à l'état de sécurité défini, ni en mode défaut suite à une requête du process.
Configuration de l'unité
d'exploitation
Si le système de mesure délivre des courants de sortie de " fail low
" ou de " fail high ", il faut alors considérer qu'il y a présence d'une
défaillance.
C'est pourquoi l'unité d'exploitation doit interpréter de tels courants
comme défaut et délivrer une signalisation de défauts adéquate.
Si ce n'est pas le cas, il faudra attribuer les parts correspondantes
des taux de défaillance aux anomalies dangereuses. Ce qui peut
conduire à une dégradation des valeurs indiquées au chapitre "
Caractéristiques techniques relatives à la sécurité ".
L'unité d'exploitation doit correspondre au niveau SIL de la chaîne de
mesure.
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Mode faible demande
Si la fréquence du mode de sollicitation ne dépasse pas une fois par
an, le système de mesure pourra être utilisé comme système partiel
de sécurité en mode " low demand mode " (IEC 61508-4, 3.5.12).
Si le rapport entre le taux de tests de diagnostic du système de
mesure et le mode de demande dépasse la valeur 100, le système de
mesure pourra être traité comme effectuant une fonction de sécurité
en mode faible demande (IEC 61508-2, 7.4.3.2.5).
Le paramètre associé est la valeur PFDavg (average Probability of
dangerous Failure on Demand). La valeur dépend de l'intervalle de
OPTISOUND 30*0 C • 4 … 20 mA/HART - deux fils
5
1 Sécurité fonctionnelle
vérification TProof entre les tests de fonctionnement de la fonction de
sécurité.
Vous trouverez la valeur au chapitre " Caractéristiques techniques
relatives à la sécurité ".
Mode demande élevée
Si le " mode faible demande " ne convient pas, il faudra utiliser le
système de mesure comme système partiel de sécurité en mode "
high demand mode " (IEC 61508-4, 3.5.12).
Le temps de tolérance de défaillance de tout le système doit être ici
supérieur à la somme des temps de réaction et/ou des durées de
test de diagnostic de tous les composants de la chaîne de mesure de
sécurité.
Le paramètre associé est la valeur PFH (taux de défaillance).
Vous trouverez la valeur au chapitre " Caractéristiques techniques
relatives à la sécurité ".
Postulats
La réalisation de la FMEDA repose sur les postulats suivants :
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Remarques générales et
restrictions
Les taux de défaillance sont constants, l'usure des composants
mécaniques n'a pas été prise en considération
Les taux de défaillance des alimentations courant externes n'ont
pas été pris en compte dans le calcul
Les erreurs multiples n'ont pas été considérées
La température ambiante moyenne pendant la durée de fonctionnement 40 °C (104 °F)
Les conditions environnementales correspondent à un environnement industriel moyen
La durée d'utilisation des composants est comprise entre 8 et 12
ans (IEC 61508-2, 7.4.7.4, Note 3)
La durée de réparation (remplacement du système de mesure)
après une défaillance de sécurité est de huit heures (MTTR = 8 h)
L'unité d'exploitation peut interpréter les défaillances " fail low " et
" fail high " comme panne et délivrer une signalisation de défaut
adéquate
Les interfaces de communication existantes (p. ex. HART, bus
I²C) ne seront pas utilisées pour la transmission des informations
relatives à la sécurité.
Il faudra veiller à une utilisation du système de mesure conforme à
l'application en tenant compte de la pression, de la température, de la
densité et des propriétés chimiques du produit.
Les limites spécifiques à l'application sont à respecter. Il ne faut pas
aller au-delà des spécifications de la notice de mise en service.
Les situations critiques de process et de cuves suivantes peuvent
entraînter des erreurs de mesure :
6
Colmatage de produit au transducteur
Obstacles plats ou à angles vifs
Réflexions parasites lors de l'utilisation d'agitateurs
Formation de mousse au-dessus du produit
Différents gaz au-dessus du produit (en particulier CO2)
Ecart de température important au-dessus du produit
OPTISOUND 30*0 C • 4 … 20 mA/HART - deux fils
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•
•
•
•
•
•
1 Sécurité fonctionnelle
Il est possible que de plus courts intervalles de test proof soient
nécessaires !
Outils de réglage
1.3
Paramétrage des appareils
Si les conditions d'implantation ont une influence sur la sécurité du
système de mesure, il faudra régler les paramètres des appareils en
fonction de l'application.
Ceci se fait avec les outils suivants :
•
•
Le DTM approprié au OPTISOUND 3010 C, 3020 C, 3030 C en
liaison avec le logiciel de configuration selon le standard FDT/
DTM, p.ex. PACTware
Module de réglage et d'affichage
Remarque:
Veillez à utiliser le catalogue DTM 10/2005 ou une version plus
récente.
Créer une voie de mesure Si le système de mesure n'a pas été commandé spécialement pour
une application dans des systèmes instrumentés de sécurité (SIS),
il faudra activer le paramètre "Capteur selon SIL" dans le menu "Réglage de base" de logiciel de configuration. Dans le cas d'utilisation
du module de réglage et d'affichage est utilisé, il faudra activer dans
la zone de menus "Service" le paramètre "SIL".
Comportement en cas de
panne
Le paramétrage du courant de défaut influence les caractéristiques
techniques relatives à la sécurité. C'est pourquoi seuls les courants
de défauts suivants sont tolérés pour les applications de sécurité :
•
•
Atténuation du signal de
sortie
L'atténuation du signal de sortie doit être adaptée à la durée de
sécurité du process.
Modes de fonctionnement non autorisés
La transmission des valeurs de mesure au moyen de signaux HART
ainsi que le mode de fonctionnement HART multidrop ne sont pas
autorisés.
Possibilités de vérification
L'efficacité des paramètres réglés doit être vérifiée d'une manière
appropriée.
•
•
48375-FR-160118
fail low = <3,6 mA (valeur Default)
fail high = 22 mA
Blocage d'accès
Après le raccordement de l'appareil, le signal de sortie bascule sur
le courant de défaut réglé à la fin de la phase de mise en route.
En mode "Simulation", le signal courant peut être simulé indépendamment du niveau actuel
Pour protéger l'appareil contre des modifications involontaires ou non
autorisées, les paramètres réglés doivent être sauvegardés contre un
accès intempestif :
•
•
Activer la protection par mot de passe via le logiciel de configuration
Activer le code PIN via le module de réglage et d'affichage
OPTISOUND 30*0 C • 4 … 20 mA/HART - deux fils
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1 Sécurité fonctionnelle
L'accès à l'aide d'une console HART ou similaire n'est pas admis.
La protection contre un déréglage involontaire ou non autorisé peut
se faire par exemple en scellant le couvercle du boîtier.
Avertissement !
Après avoir restauré les paramètres d'origine par un reset, il est
nécessaire de les contrôler et/ou de les régler à nouveau.
Montage et installation
1.4
Mise en service
Respecter les consignes de montage et d'installation de la notice de
mise en service.
Dans le cadre de la mise en oeuvre de l'appareil, nous vous recommandons de vérifier la fonction de sécurité en procédant à un premier
remplissage.
1.5
Comportement au cours du fonctionnement
et en cas de pannes
Fonctionnement et panne Les éléments de réglage et/ou les paramètres des appareils ne
doivent pas être modifiés durant le fonctionnement.
En cas de changements apparaissant pendant le fonctionnement,
respectez les fonctions de sécurité.
Les signalisations de défaut se manifestant durant le fonctionnement sont décrites dans la notice technique de mise en service de
l'appareil.
En présence d'anomalies détectées ou de signalisations de défaut, il
faudra mettre tout le système de mesure hors service et maintenir le
process dans un état de sécurité par d'autres dispositions.
Le changement de l'électronique est simple. Il vous est décrit dans
la notice de mise en service. Respectez pour cela les indications
concernant le paramétrage et la mise en oeuvre.
Si vous remplacez l'électronique ou le capteur complet en raison
d'une anomalie constatée, vous aurez à le signaler au fabricant de
l'appareil (y compris une description de l'anomalie).
Raison
1.6
Test de fonctionnement périodique
En mode de demande élevée, un test de fonctionnement périodique
n'est pas prévu dans la norme IEC 61508. On considère ici comme
preuve de bon fonctionnement l'utilisation fréquente du système de
mesure. Cependant, dans les architectures à deux canaux, il est judicieux de prouver l'effet de la redondance par des tests de fonctionnement périodiques dans des intervalles de temps appropriés.
8
OPTISOUND 30*0 C • 4 … 20 mA/HART - deux fils
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Le test de fonctionnement périodique sert à vérifier la fonction de
sécurité et à déceler les anomalies ou défaillances dangereuses
potentielles non détectables. C'est pourquoi le bon fonctionnement
du système de mesure doit être vérifié à des intervalles périodiques
adéquats. C'est à l'exploitant de l'installation qu'il incombe de définir
le type de vérification. Les intervalles de temps sont fonction de la
valeur PFDavg utilisée aux tableau et diagramme indiqués au chapitre
" Caractéristiques techniques relatives à la sécurité ".
1 Sécurité fonctionnelle
Exécution
Le test doit prouver le parfait fonctionnement de la fonction de sécurité en corrélation avec tous les composants asservis. Ceci est garanti
en faisant monter le niveau jusqu'au seuil de commutation dans le
cadre d'un remplissage de cuve. Si un remplissage jusqu'au seuil de
commutation n'est pas praticable, le système de mesure doit alors
être déclenché par une simulation adéquate du niveau ou par moyen
physique.
Les méthodes et procédés utilisés au cours des tests doivent être
spécifiés tout comme leur degré d'efficacité. Les contrôles sont à
documenter.
Si le test de fonctionnement décèle des défauts, mettez tout le système de mesure hors service et maintenez le process dans un état de
sécurité avec d'autres mesures de protection.
Dans une architecture à plusieurs canaux, ceci est valable séparément pour chaque canal.
1.7
Bases
Caractéristiques techniques relatives à la
sécurité
Les taux de défaillance de l'électronique, des parties mécaniques de
l'élément de mesure ainsi que du raccord process ont été calculés
par une FMEDA selon IEC 61508. La base de ces calculs repose
sur les taux de défaillance des composants selon SN 29500. Toutes
ces valeurs numériques se rapportent à une température ambiante
moyenne de 40 °C (104 °F) pendant la durée de fonctionnement.
L'expérience nous a montré que pour une température moyenne plus
élevée de 60 °C, les taux de défaillance doivent être multipliés par un
facteur de 2,5. En cas de variations de température fréquentes, il faut
calculer avec un facteur similaire.
48375-FR-160118
Les calculs s'appuient toujours sur les remarques indiquées au chapitre " Conception ".
Durée d'utilisation
Après 8 à 12 ans, les taux de défaillance des composants électroniques vont augmenter, conduisant à une dégradation des valeurs
PFD et PFH qui en découlent (IEC 61508-2, 7.4.7.4, note 3).
Taux de défaillance
Est valable pour la protection antidébordement et la contre la marche
à vide :
λsd
0 FIT
λdd
668 FIT
DCS
0%
MTBF = MTTF + MTTR
0,6 x 106 h
λsu
458 FIT
λdu
193 FIT
DCD
77 %
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1 Sécurité fonctionnelle
Temps de réaction en cas
de défaillance
E013 (aucune valeur de mesure existante)
Application liquides
Application solides en vrac/pulvérulents
Caractéristiques spécifiques
< 6 min
< 14 min
E013 (erreur de matériel/hardware)
< 2 min
E036/E037 (le logiciel du capteur ne
fonctionne pas)
< 25 h
Architecture monocanale (1oo1D)
SIL
SIL2
HFT
0
Type d'appareil
type B
SFF
85 %
Est valable pour la protection antidébordement et la contre la marche
à vide :
PFDavg
TProof = 1 an
< 0,085 x 10-2
TProof = 5 ans
< 0,423 x 10-2
PFH
L'évolution de PFDavg
dans le temps
< 0,193 x 10-6/h
L'évolution de PFDavg dans le temps est presque linéaire à la durée
de fonctionnement pendant une période maximale de 10 ans. Les
valeurs indiquées précédemment sont valables uniquement pour
l'intervalle TProof après lequel un test de fonctionnement périodique
doit être effectué.
4
PFDavg
3
2
1
1
5
10
TProof
1
2
3
4
10
PFDavg = 0
PFDavg après 1 an
PFDavg après 5 ans
PFDavg après 10 ans
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Fig. 1: Evolution PFDavg dans le temps (valeurs numériques voir tableaux représentés ci-dessus)
1 Sécurité fonctionnelle
Architecture à plusieurs canaux
Caractéristiques spécifiques
Si le système de mesure est utilisé dans une architecture à plusieurs
canaux, il faudra calculer les valeurs des caractéristiques de sécurité
de la chaîne de mesure spécialement pour l'application sélectionnée,
en fonction des taux indiqués précédemment.
Il faudra tenir compte d'un facteur Common Cause approprié.
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Le système de mesure ne doit être utilisé que dans une architecture
diversitaire et redondante!
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2016-01-18 Sous réserve de modifications
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Débitmètres électromagnétiques
Débitmètres à section variable
Débitmètres à ultrasons
Débitmètres massiques
Débitmètres Vortex
Contrôleurs de débit
Transmetteurs de niveau
Sondes de température
Capteurs de pression
Matériel d'analyse
Systèmes de mesure pour l'industrie pétrolière et gazière
KROHNE Messtechnick GmbH & Co. KG
Ludwig-Krohne-Straße 5
D-47058 Duisburg
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