EX ve SIL için MACX Analog |
| Phoenix Contact

Phoenix Contact'tan Kazalara Karşı Önlem: MACX Analog

Dünyada ve ülkemizde pek çok proses tesisi vardır ve bu tesisler; bulunduğu çevreden veya tesisin içerisinde barınan patlayıcı kimyasallardan dolayı çeşitli güvenlik riskleri taşımaktadır. Bu nedenle tüm proses tesislerinin hem insan hayatını korumak hem de bulunduğu çevreye en az seviyede zarar vermek adına güvenlik önlemi alması gerekmektedir. Böylelikle olası kazalar da engellenmiş olur.

Proses tesisleri ve sistemler insan ve çevre için tehlike oluşturuyorsa, enstrümantasyon kontrol teknolojisi ve proses kontrol ekipmanları özel gereksinimleri karşılamalıdır. Patlama koruması (Ex) ve fonksiyonel güvenlik (SIL) arasındaki ortak noktalar ve farklılıklar MACX Analog Ex İzolatörlerinin Ex-i serisi örnek alınarak aşağıda ele alınmıştır.
 

Şekil 1: MACX Analog

► İlginizi Çekebilir: Push-in Bağlantı Teknolojisi |Phoenix Contact
 

Patlama koruması ve fonksiyonel güvenliğe yönelik önlemler proses tesislerinde sıkça kesişir ve çoğu kez birbirini tamamlar. Bununla birlikte ikisinin de ortak amacı – yaşamı, sağlığı ve çevreyi korumak ve varlıkları güvenceye almaktır.




Ex-i Koruma Tipini Kullanarak Ex Bölgelerde Potansiyel Patlama Kaynaklarını Önleme

Kontrol & enstrümantasyon ve otomasyon teknolojisinde patlama koruması Ex bölgedeki potansiyel patlama kaynaklarını önleme üzerine kurulur (ikincil patlama koruması). Burada tercih edilen yaklaşım uzun yıllardır kabul görmüş kendinden güvenli (intrinsically safe) (Ex-i) koruma tipidir - bunun nedenlerinden biri de kendinden güvenli devrelerin düşük enerji seviyelerinin ölçüm ve yenileme işlemlerinin sistem çalışırken yapılmasına izin vermesidir. Bu durumda enstrümantasyon ve kontrol döngüsünün tanımlı işlevinin çalışacağı kesin değildir . Ancak patlama korumasına yönelik önlemler hata koşulları altında güvenli şekilde çalışır.



Ex-i koruma tipinin prensibi, bir kıvılcım veya ısı artışı oluşmaması için Ex bölgeye giren enerjiyi sınırlamayı temel alır. Kullanıcı tarafından gerçekleştirilmesi gereken “kendinden güvenliğin ispatı”, tehlikeli bölgedeki kendinden güvenli ekipmanları (Ex-i saha cihazları), ilgili ekipmanları (Ex-i sinyal izolatörü) ve bağlantı kablosunu içeren kendinden güvenli devrenin tümünü temel alır. Diğer işlevlerinin yanında, EX-i sinyal izolatörlerinin hata koşullarında bile kendinden güvenliği tanımlayan parametreleri koruma görevi vardır. Bu parametreler içinde örneğin yüksüz gerilim, kısa devre akımı ve maksimum güç yer alır. Bununla birlikte bu değerler bağlanabilen endüktans ve kapasitansları sınırlar. Kapasitans değeri çoğunlukla kablo uzunluğunu tanımladığı için MACX Analog Ex serisindeki gibi yenilikçi Ex-i sinyal izolatörleri en yüksek Co değeriyle rakiplerinden ayrılır.
 

Şekil 2: Kendinden güvenliğin ispatı

Cihazların komponent seviyesini refere eden Ex güvenlik fonksiyonu kendinden güvenlik sınırlarının EN 60079-0 ve EN 60079-11 tasarım şartlarına uygun olmasını sağlar. Ex onaylı komponentler, boyutlandırılırken baz alınan güvenlik faktörleri, yüksek güç rezervleri (termik yüklenme kapasiteleri), geniş atlama mesafelerinin yanında çiftlenen hatta üçlenen komponentler nedeniyle uzun servis ömrüne sahiptir. Kategori 1G/D gereksinimlerinin karşılanması için Ex Zone 0’a yönelik kendinden güvenli cihazlar iki sayılabilir hata veya herhangi bir sayıda sayılamayan hatada bile gerekli güvenlik seviyesini sağlamalıdır. Yani patlayıcı atmosferin tutuşmasını önlemelidir. Basınç ve sıcaklığın ölçülmesi veya bir valf’in anahtarlanması gibi fonksiyonel durumlar dikkate alınmaz.
 

Fonksiyonel güvenlik, güvenlik sistemlerinin doğru çalışmasına bağlı olan tesis güvenliği veya koruma seviyesinin bir parçasını tanımlar. Riski asgariye indiren ekipman olarak koruma seviyesi tehlikeli bir olay oluştuğunda tesisin veya sistemin güvenliğini sağlamalıdır. Gerektiğinde güvenlik fonksiyonu güvenilir şekilde çalışmalıdır; bunun anlamı koruma sistemini tehlikeli arıza olasılığı yeterince düşük olmalıdır.



Bir enstrümantasyon & kontrol sinyali Ex tesis veya sistem yapısı (güvenlik enstrümanlı sistem) içindeki koruma seviyesinin parçasıysa, kullanıcı kendinden güvenliğin kanıtı olarak sinyal iletiminin sürekliliği ve kalitesini de kalifiye etmelidir. Global standart IEC 61508 ve bundan türetilen proses endüstrisi uygulama standardı IEC 61511 artakalan riskin, arıza olasılığını baz alarak nicelik bakımından doğrulanmasını şart koşmaktadır. Önceki standartlarla (DIN V 19250 ve DIN V 19251) karşılaştırıldığında yeni olan bir başka şey de artık sensörden aktüatöre tüm güvenlik enstalasyonu tanımlanmalıdır ve daha spesifik olarak odak noktası personelin eğitimi, düzenli işlev kontrolleri ve testler gibi organizasyonel önlemlerdir. IEC standartları, ilk konseptin çizilmesinden uygulamaya, montaj ve devreye almaya, kabule, servis ve bakıma ve sistemi devreden çıkarmaya kadar tüm güvenlik yaşam döngüsünü kapsar.

EN 60079’un birçok alt standardı patlama koruması için koruma sınıfına bağlı olarak donanım bazlı önlemleri tanımlarken IEC 61508’de donanımı değerlendirmek için istatistik bazlı arıza analizi baz alınır. Böylece belirlenen kritik veriler tüm sinyal zincirinin değerlendirilmesini sağlar. Risk analizinin bir parçası olarak tesisi işleten firma tarafından belirlenen Güvenlik Bütünlük Seviyesi (SIL) güvenlik fonksiyonuna bir arıza limiti atar. Dört güvenlik seviyesi arasında fark yaratılmıştır – SIL 1 en düşük ve SIL 4 en yüksek güvenlik bütünlük seviyesidir. Her seviye güvenlik fonksiyonunun arıza olasılığı için bir aralığa karşılık gelir. Proses endüstrisinde ölçüm devreleri çoğunlukla SIL 2, nadiren SIL 3 oluşturulur ve eğer oluşturulduysa genellikle yedek bir konfigürasyon kullanılır. SIL 4, salt enstrümantasyon ve kontrol önlemleri ile gerçekleştirilemediği için hiçbir zaman uygulanmaz.

Güvenlik Odaklı Ölçüm Devresini Doğru Tasarlamak İçin Önemli Parametreler 


Güvenlik odaklı ölçüm devresinin belirlenen SIL için doğru olarak tasarlanabilmesi için planlama mühendisi veya kullanıcının, üreticinin cihazın belgeleriyle (güvenlik kılavuzu) birlikte sağladığı bazı önemli güvenlik parametrelerine ihtiyacı olur. Güvenlik kılavuzunda FMEDA (Hata Modlarının Etkileri ve Diyagnostik Analizi) sonuçları yer alır. Örneğin donanım ve mevcutsa yazılımın yapısı, cihazın tüm komponentleri, hata oranını belirlemek amacıyla FMEDA’da ayrıntılı olarak incelenmiştir. SIL sınıflandırmasında kullanılan birçok kritik parametre hata oranlarından hesaplanabilir.

► PFD (Talepte Arıza Olasılığı) En önemli parametrelerden biri de tehlikeli arıza PFD olasılığıdır ve düşük talepli işletme koşullarında tanımlanır. Bu güvenlik fonksiyonunun çalışmayacağı ortalama olasılığı belirtir. Bu, yalnızca güvenlik fonksiyonu tehlikeli bir durumda, izlenen sistemi belirlenmiş ve güvenli konuma getirmek üzere talep edildiği zaman gerçekleşir. Ayrıca güvenlik fonksiyonu yılda bir kereden az talep görür. Genellikle, kimya endüstrisindeki proses tesislerinin koruma sistemleri düşük talep oranıyla çalışır.

► PFH (Bir Saatteki Arıza Olasılığı) Diğer yandan PFH – bir saatteki arıza olasılığı - yüksek talep oranlı işletme modlarında geçerlidir. Bu durum izlenecek sistem normal ve güvenli durumunda sürekli kalacaksa söz konusudur (örneğin makine hızlarının izlenmesi).

► SFF (Güvenli Arıza Kesiri) SFF tehlikeli olmayan hataları tanımlar. %91.3 değeri 100 hatanın 91.3’ünün güvenlik fonksiyonu için kritik olmadığı anlamı taşır. Otomatik test ile hata tespiti ve buna göre tepki verebilme önemli bir rol oynar. Tehlikeli ve tehlikeli olmayan hatalar ile bu hataların otomatik veya otomatik olmayan algılanması arasında ayrım söz konusudur. Prosesör bazlı Ex-i MACX Analog Ex izolatör serisi sıcaklık transdüserlerinde sinyal iletimine ek olarak hatalı bir durumu tespit etmek için diyagnostik fonksiyonları çalışır.

► HFT (Donanım Hata Toleransı) HFT sistemin tolere edebileceği hata sayısı hakkında bilgi verir. Tek kanallı bir uygulamayı gösteren 0 HFT değeri örneğin tek bir hata oluştuğunda güvenlik fonksiyonlarının kaybına neden olur. 

A Tipi ve B Tipi Cihazlar

Ayrıca güvenliği nitelerken “basit” ve “kompleks” cihazlar arasında ayrım yapılır. “Basit” A tipi cihaz komponentlerinin hata karakteristiği – örneğin 4-20 mA Ex-i tekrarlamalı güç kaynağı MACX MCR-EX-SL-RPSSI-I - tümüyle tanımlanabilir. Öte yandan mikroişlemciler ve "kompleks" B tipi cihaz yazılımlarının hata karakteristiği – örneğin Ex-i sıcaklık transdüseri MACX MCR-EX-SL-RTD-I – tümüyle bilinmez.
 

 

Şekil 3: IEC 61508’e göre cihaz kalifikasyonu

Eğer Ex-i sinyal izolatörleri IEC 61508’e göre geliştirilip onaylanmışsa donanım ve yazılım tümüyle değerlendirilir; burada tüm hata önleme ve hata yönetim kriterleri geliştirme, üretim ve işletme sırasında zaten dikkate alınmıştır (Güvenlik Yaşam Döngüsü Yönetimi). Bu kriterler üretim kalitesinde belirgin bir iyileşme sağlar.

 Düşük PFD Komponenti Arabirimler için Avantajlıdır.
 

Şekil 4: Güvenlik kontrol döngüsünde hata dağılımı
 

Tüm güvenlik devresinin PFD’si her bir komponentin PFD’lerinin toplamıyla elde edilir. Ex-i koruma tipi için eğer komple kendinden güvenli ölçüm devresi tasarlanırsa fonksiyonel güvenlik söz konusu olduğunda güvenlik odaklı ölçüm devresinin tümü değerlendirilmelidir. Cihazların SIL’i yoktur ancak güvenlik parametrelerinin sonucu olarak güvenlik odaklı ölçüm devresinde kullanılabilir, örneğin, SIL 2’ye göre 1 x 10-3 ve 1 x 10-2 arasında PFD ile. Güvenlik devresinin alışılagelmiş hata dağılımı (güvenlik kontrol döngüsü) Şekil 4’te gösterilmiştir. SIL 2 için, PFD’lerin toplamı 0.99 x 10-2 değerini aşmamalıdır, bununla birlikte Ex sıcaklık transdüseri gibi sinyal izolatörleri tüm PFD’nin %10’undan fazlasını temsil edemez (Şekil 4). 9.1 x 10-4 PFD değeri ile MACX MCR-EX-SL-RTD sıcaklık transdüserleri toplam PFD’nin %10’undan çok daha azını temsil eder. Bu, kullanıcılar için belirlenen test aralığı yedi yıla kadar esnek şekilde genişletilebildiği için oldukça avantajlıdır.



Yönetmelikler – Genel Bakış
 
Avrupa Birliği’nin ATEX yönetmelikleri içinde yanıcı maddelerin üretildiği veya proses edildiği ve bunun sonucu olarak patlama riskli atmosferin oluşabileceği tesis ve sistemlere uygulanır. İşletme firmalarını ilgilendiren ATEX yönetmeliği 1999/92/EC fabrikaların kurulup işletilirken ikincil koşulları tanımlar. Diğer yandan üreticiler ATEX yönetmeliği 94/9/EC’ye uymalıdır. Bu yönetmelik Ex-korumalı cihazların, tasarım, sertifikasyon, üretim ve kalite güvencesini tanımlayarak pazarlanmasını regüle eder. Ayrıca işaretleme, işletme talimatları ve uygunluk beyanlarını da belirtir. Yönetmeliklerde yer alan cihazlara yönelik gereksinimler standartlarca farklı koruma tiplerini kullanarak kapsanır ve uygulanır.
 

Şekil 5: TÜV Sertifikasyonu (Alman Teknik Denetleme Kurumu)
 

EU yönetmeliği 96/82/EU yüksek tehlike arz eden tesis ve sistemler için düzenlenmiştir. Bu EU yönetmeliğinden türetilen IEC/EN 61508 ve IEC/EN 61511 standartları dünya çapında geçerlidir ve bir endüstriyel tesiste güvenliği belirler ve uygularken toplam yaklaşımı tartışır. Temel standart olarak IEC/EN 61508 genellikle tüm E/E/PE (elektrik, elektronik ve programlanabilir elektronik sistemler) için geçerlidir. Çeşitli alanlar için, proses endüstrisine yönelik IEC/EN 61511 gibi uygulamaya özgü standartlarca tamamlanır. IEC/EN 61508 ağırlıklı olarak koruma cihazı üreticilerine yönelirken, IEC/EN 61511 tesis ve sistemlerin hasar riskini değerlendirmede işletme firmalarına ve planlama mühendislerine öneriler sunar. Bir tesiste kalan riskin kantitatif doğrulanmasını sağlar ve uygun güvenlik komponentlerinin seçiminde yardımcı olur.

MACX Analog Ex izolatörlerinin EX-i serisi gibi yenilikçi cihazları patlama korumasının yüksek taleplerini karşılamakla kalmaz, güvenlik odaklı devrelerde kullanıma uygun şekilde geliştirilir ve onaylanır. Ex-i devreler için güncel ATEX standartlarına uygun olarak Ex II(1)GD [Ex ia] IIC/IIB işaretli arabirim komponentleri Ex Bölge 0 (Gaz) ve 20’de (Toz) kullanım için onaylıdır, Ex II 3G Ex nAC II T4 işaretli olanlar ise Ex Bölge 2’de kullanım için onaylıdır. IEC 611151’e uygun olarak SIL 2’ye kadar bazı durumlarda ise SIL 3’e kadar uygulamalarda kullanılabilirler. Pek çok uygulamada kullanılabilen MACX Analog Ex ürün gamı yüksek sistem sürekliliğini elde etmede önemli bir rol oynar. Ayrıca cihazlar tek veya iki kanal için sadece 12.5 mm genişlikte ince yapılarıyla da öne çıkarlar ve dolayısıyla panoda az yer kaplarlar. Aynı zamanda modüler ray konnektörleri kablolama süresini kısaltır. Bu nedenlerle Ex-i serisi izolatörler hem ekonomik hem de yüksek kaliteli bir çözümdür. 



Kaynak: