横河ESD-3教学课件.ppt

1、Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 1 工程工程标准的CS 3000 Builder 中的System View窗口在系统中添加SCSProSafe-RS ENG 建立Prosafe-RS 位号清单.ProSafe-RS ENG 负责Prosafe-RS位号清单与CENTUM操作站/控制站的等值化Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 2同时使系统的安全性和可用性实现最大化同时使系统的安全性和可用性实现最大化考虑整体安全回路的集成解决方案使考虑

2、整体安全回路的集成解决方案使安全性和可用性同时实现最大化。安全性和可用性同时实现最大化。集成解决方案不仅可节省工程时间和成本，而且还能将损害安全性和可用性集成解决方案不仅可节省工程时间和成本，而且还能将损害安全性和可用性的工程差错降至最低。的工程差错降至最低。什么是安全管理最优化？什么是安全管理最优化？SensorsLogic Solver资产管理资产管理计划中的阀门局部行程测试计划中的阀门局部行程测试(PST)设备状态设备状态&诊断诊断生产操作生产操作过程报警过程报警&设备报警设备报警ProSafe-RSDPharp EJXSVI-AP ESD过程过程数据数据输出输出信号信号传感器传感器Lo

3、gic Solver最终执行元件最终执行元件Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 3安全是什么？安全是什么？n在必要时使生产过程处于安全状态在必要时使生产过程处于安全状态 在老式系统中在老式系统中,由单一信号由单一信号(e.g.on/off)控制安全回路。所以无法实现以下机能：控制安全回路。所以无法实现以下机能：-追加其他机能（例如：避免不必要的错误停车）-进行高度的信息交换（例如：在线诊断等）传感器传感器逻辑控制器逻辑控制器终端阀门终端阀门+安全保证安全保证=安全统合方案安全统合方案 由整个回路来实现由整个回路来实现

4、Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 4如何实现可用性？如何实现可用性？30%10%60%Logic solver故障故障传感器传感器故障故障阀门阀门故障故障 安全应用故障的主要原因安全应用故障的主要原因n 安全回路设备的故障可引起误跳闸及停止过程。安全回路设备的故障可引起误跳闸及停止过程。n 目前最大的故障源就是最终元件（阀门）目前最大的故障源就是最终元件（阀门）典型的阀门故障典型的阀门故障:-电磁阀故障。切断供气和造成误跳闸-截流阀故障。运动部件长期不运动引起的问题，例如阀门粘结。Copyright Yokogaw

5、a Electric CorporationOctober 2006YPage 5 为什么不在两个领域内同时拥有最佳方案呢？为什么不在两个领域内同时拥有最佳方案呢？警觉的方案您带来正常的运行和放心警觉的方案您带来正常的运行和放心操作员操作员目前有一个一体化界面可有效处理目前有一个一体化界面可有效处理控制和安全回路。控制和安全回路。可方便地诊断资产状态、确保资产可用性，可方便地诊断资产状态、确保资产可用性，同时优化维护。同时优化维护。资产管理经理资产管理经理 DPharp EJX数字式变送器数字式变送器ProSafe-RS一体化的安全系统一体化的安全系统SVI-AP ESD数字式阀门定位器数字式

6、阀门定位器PRM工厂资源管理器工厂资源管理器Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 6用户的收益用户的收益Exida的比较研究的比较研究在可用性、安全性以及总拥有成本中的主要差异在可用性、安全性以及总拥有成本中的主要差异压力变送器信号压力变送器信号3取取2表决表决,SIL3级别级别 logic solver,配备配备3通电磁阀的独立远程操作的通电磁阀的独立远程操作的球阀球阀.20 年年2.68E-2 /376 个月个月更高更高非常高非常高 点对点的解决方案点对点的解决方案单单EJX 压力变送器压力变送器,ProSafe-

7、RS SIL3 logic solver,独立的，带独立的，带SVI-II AP ESD定位器的远定位器的远程操作的球阀程操作的球阀.39 年年8.98E-3 /1115 年年更低更低低低横河电机的一体化解决方案横河电机的一体化解决方案描述描述MTTF平均平均PFD/RRF验证测试周期验证测试周期(阀门阀门)资本成本资本成本生命周期成本生命周期成本冗余安全回路的可用性冗余安全回路的可用性三重安全保障三重安全保障阀门验证测试时间间隔扩大了阀门验证测试时间间隔扩大了10倍倍降低了资本成本降低了资本成本 及生命周期成本及生命周期成本横河电机的横河电机的一体化解决方案一体化解决方案:MTTFS:失效前

8、平均时间失效前平均时间PFD:失效概率失效概率RRF:风险降低因数风险降低因数Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 7 带带HART通讯的系统构成通讯的系统构成 FFCS-LFFCS-LVnet/IPPRMPRMHIS/ENGSHIS/ENGS1BUS1BUS2BUS2BUSFFCS-LFFCS-LVnet/IPPRMPRMHIS/ENGSHIS/ENGS1BUS1BUS2BUS2BUSVnetSENGSENGSENGSENGVnet Vnet routerrouterR1.02.00之前之前HART 多路复用器多路复

9、用器SCSSCSSCSSCSR1.02.00之后之后HART 安全传感器安全传感器HART 设备设备HART 在在 ProSafe-RS系统的传输无需任何系统的传输无需任何HART专用专用设备设备.-设备监视设备监视-通过通过HART进行进行PST HART HART HART 信号信号在多路复用器在多路复用器和和PRMPRM之间通过串行之间通过串行通讯传输通讯传输HARTHART信号信号HART HART 信号信号HART HART signalsignal安全阀控制阀Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 8 Sim

10、ple Solution for Partial Stroke TestPST improves the proof test frequency,keeping the SIL of Safety Loop.Safety SensorsEJX Differential Pressure TransmitterYTATemperature TransmitterSafety Valve PositionerSVI-II AP ESD*Now under development byPlant Resource Management PLUG-IN ValVue II onSafety Loop

11、Direct HART connection enables to collaborate with PRM and realize PSTVnet/IP or VnetAI SAI143-HAO SAI533-HValVue II features -PST scheduling function -Graphical views of PST results -Advanced diagnostic functions -Monitoring of valvesPeriodical automatic PST functions in positionerCopyright Yokogaw

12、a Electric CorporationOctober 2006YPage 9市场上目前采用的安全系统解决方案市场上目前采用的安全系统解决方案-1oo2D-TMR-QMR(真的真的?)TMRCopyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 10u 非冗余的非冗余的“输入卡输入卡-CPU-输出卡输出卡”的方案就可以达到的方案就可以达到 SIL3-所有卡件内部采用经过验证的CS3000设计中的“Pair&Spare”CPU 技术。非冗余非冗余 CPU卡卡非冗余输入卡非冗余输入卡 非冗余输出卡非冗余输出卡输入输入Circuit,MP

13、UCircuit,MPUCPUMPU,memoryMPU,memory输出输出Circuit,MPUCircuit,MPUProSafe-RS解决方案解决方案Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 11u 冗余的冗余的CPU卡和卡和I/O 卡的方案可以满足高可用性的要求卡的方案可以满足高可用性的要求 -经过验证的CS3000冗余技术 -可以在卡件级选择冗余方案冗余冗余 CPU 卡卡冗余输入卡冗余输入卡冗余输出卡冗余输出卡InputCircuit,MPUCircuit,MPUCPUMPU,memoryMPU,memoryO

14、utputCircuit,MPUCircuit,MPU输入输入Circuit,MPUCircuit,MPUCPUMPU,memoryMPU,memory输出输出Circuit,MPUCircuit,MPUProSafe-RS解决方案解决方案Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 12u 卡件冗余是针对可用性，不是针对安全性。卡件冗余是针对可用性，不是针对安全性。u 即使一侧的设备全部故障，系统仍然保持即使一侧的设备全部故障，系统仍然保持 SIL3的安全等级。的安全等级。InputCircuit,MPUCircuit,MP

15、UCPUMPU,memoryMPU,memoryOutputCircuit,MPUCircuit,MPUInputCircuit,MPUCircuit,MPUCPUMPU,memoryMPU,memoryOutputCircuit,MPUCircuit,MPUProSafe-RS解决方案解决方案Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 13最小的系统配置最小的系统配置u 安全型控制器安全型控制器(CPU+I/O)u 工程师站工程师站-工程工程-在线监视在线监视-维护维护安全型控制器安全型控制器安全型工程师站安全型工程师站

16、VnetIP/VnetCopyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 14u 一个一个CPU机架容纳机架容纳50 个个I/O通道通道*50 DIO 点点50msu一个一个CPU机架和相应的机架和相应的I/O机架可以容纳机架可以容纳1000个个I/O通道通道*1000 IO 点点250ms 总总共共10个机架个机架(1000 点点)u在在Vnet上的分布式结构上的分布式结构 64台站台站/域域、100,000 工位号工位号V netV net 非常小非常小大型和分布式大型和分布式规模可变的结构规模可变的结构Copyright Yo

17、kogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 15u DCS和和SIS共用共用Vnet设备设备(转发器转发器/总线转换器总线转换器/网关网关)u DCS和和SIS在物理上集成，在逻辑上分离在物理上集成，在逻辑上分离EthernetBCVRepeaterCGWENGHISCGWSENGOpticalRepeaterVnet域域 ASafetyControllerVnet域域BVnet域域COpticalRepeaterFCSFCSFCSSafetyENGHIS/ENGSENGFCSSafetyControllerSafetyControllerSafe

18、tyControllerSafetyControllerSafetyControllerFCS规模可变的结构规模可变的结构Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 16ESB-Bus VnetCPU:CPU modulePSM:Power Supply ModuleIOM:IO ModuleESB-M:ESB Master ModuleESB-S:ESB Slave ModuleESB Bus:Extended Serial Backboard BusVnet:CS3000 main networkPSM 100-120V

19、AC/220-240VAC/24VDC CPU 节点单元节点单元:-冗余或非冗余冗余或非冗余 CPU-冗余电源卡冗余电源卡-冗余冗余ESB总线总线-冗余冗余Vnet控制网络控制网络-最多最多 6(8)块块I/O卡卡-HKU(环境温度监视环境温度监视)I/O 节点单元节点单元:可扩展到最多可扩展到最多 9 个节点单元个节点单元-冗余电源卡冗余电源卡-冗余冗余ESB总线总线（128MB)-最多最多 8 块块I/O卡卡ESB-MPSMPSMCPUCPU(opt)ESB-MIOMu 相同的系统结构相同的系统结构ESB-SESB-SESB-SESB-SPSMPSMPSMPSMIOMIOMIOMIOMIO

20、MIOMIOMIOMIOMIOMIOMIOMIOMIOMIOMIOMIOMIOMIOMIOMIOMProSafe-RS无缝无缝集成的解决方案集成的解决方案Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 17相同结构的优点相同结构的优点u 机柜布置的标准化设计机柜布置的标准化设计u 硬件更换的标准化硬件更换的标准化FIO安全控制器安全控制器 安全安全 I/OCS 3000 现场现场控制站控制站FIOCopyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 18安全型安全型I/

21、OI/O卡的类型卡的类型u 数字量输入:24Vdc、16通道、SOE(1ms分辨率)u 数字量输出:24Vdc、8/16通道、0.6A(15W)/通道u 模拟量输入:4-20mA HART、16通道、2/4 线制（可选）u 模拟量输入:1-5V、16通道u 模拟量输出:4-20mA HART、8通道u RS232C 通讯卡u RS422/485 通讯卡Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 19I/O 镜像ESB 总线CPU控制逻辑(功能块,梯形图等)端子板与非冗余的连接方式相同端子块与非冗余的连接方式相同安全型安全型I

22、/OI/O卡的接线方式卡的接线方式Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 20示例示例最大总长度达最大总长度达5公里公里最多可连接最多可连接9个节点个节点光缆光缆 连接器连接器:LC 类型类型(IEC60754-20 compliant)推荐光缆推荐光缆:单模硅基光缆单模硅基光缆(JISC6835 SSMA-9.3/125,IEC60793-2-50B1.1)CPU节点(SSC10/50)I/O节点(SNB10D)SNB10D:最多9个单元ESB BusESB Bus通过光缆传输，使得远程安装通过光缆传输，使得远程安装I

23、/O节点成为可能节点成为可能光缆光缆(4 根根)I/O 节点(SNB10D)I/O 节点(SNB10D)光纤介质的光纤介质的ESB 总线中继器总线中继器V-netESB Bus光纤模块专用安转单元光纤模块专用安转单元Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 21Sub-system Communication(Modbus Master Function)-System Configuration-Purpose To allow interference-free(not for safety)connection to

24、 sub system such as monitoring panels(lamp displays,horn,etc.)Configuration Shared with ALR111/121 of CS 3000 Modules for Modbus slaves are also shared ALR111:RS-232C ALR121:RS-422/RS-485 Modules for positioning interference-free(not for safety)R1.01.30 supports the Modbus protocol only.Functions eq

25、uivalent to the Modbus package of CS 3000 Dual-redundant configuration is supported as standard Dual redundant module and communication pathCopyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 22工程工具工程工具u IEC 61131-3功能块图和梯形图u 系统和 I/O 组态u 测试(运行PC上仿真软件/目标设备)u 自动生成文档u 版本控制Copyright Yokogawa Electri

26、c CorporationOctober 2006YPage 23在工程师站上进行监视和维护在工程师站上进行监视和维护u 逻辑状态显示u 系统状态画面和诊断交互查看器u SOE查看器u 强制变量(输入、输出、逻辑变量)u 逻辑修改的部分在线修改(经TV认证)Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 24新增的安全功能，允许从新增的安全功能，允许从HIS进行手动操作进行手动操作*与与CS3000集成的功能也经过了集成的功能也经过了TUV 认证认证.FFCS-LFFCS-LHISHISSENGSENGSCSSCSDCSDCSS

27、ISSISTUV TUV 认证只限于认证只限于SISSIS部分部分TUV TUV 认证也包含认证也包含DCSDCS的功能的功能DCS DCS 和和SIS SIS 系统来自系统来自不同的厂商不同的厂商.Yokogawa的解决方案的解决方案 与与 CS 3000 系统连接的增强系统连接的增强Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 25 与与 CS 3000 系统连接的增强系统连接的增强新增的安全功能，允许从新增的安全功能，允许从HIS进行手动操作进行手动操作 从从HIS操作的手动复位按钮操作的手动复位按钮 模拟量输出的手动调节和监视模拟量输出的手动调节和监视(4 to 20 mA)*TUV认证的安全功能认证的安全功能=与与CS3000集成的功能也经过了集成的功能也经过了TUV 认证认证.提供某些与提供某些与 CS3000 一样的功能一样的功能 从从HIS站进行报警抑制站进行报警抑制 用户自定义的报警处理级别用户自定义的报警处理级别 工厂结构分级工厂结构分级 Copyright Yokogawa Electric CorporationOctober 2006YPage 26The clear path to operational excellence