Modern Sinyal İzolatörleri Güvenliği Sağlıyor

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 Phoenix Contact MACX Analog Ex İzolatörlerinin Ex-i serisi örnek alınarak aşağıda ele alınmıştır. Patlama koruması ve fonksiyonel güvenliğe yönelik önlemler proses tesislerinde sıkça kesişir ve çoğu kez birbirini tamamlar. Ortak amaçları yaşamı, sağlığı ve çevreyi korumak ve varlıkları güvenceye almaktır. 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 (Ex-i) koruma tipidir. 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. 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. 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. Talep edildiğinde 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. IEC 61508 ve proses endüstrisindeki türevi 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 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. SIL 4, salt enstrümantasyon ve kontrol önlemleri ile gerçekleştirilemediği için hiçbir zaman uygulanmaz. 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 Kiplerinin 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. En önemli parametrelerden biri tehlikeli arıza PFD olasılığıdır ve düşük talepli işletme koşullarında tanımlanır. Bu, güvenlik fonksiyonunun çalışmayacağı ortalama olasılığı belirtir. Diğer yandan PFH – bir saatteki arıza olasılığı - yüksek talep oranlı işletme kiplerinde geçerlidir. Bu durum izlenecek sistem normal ve güvenli durumunda sürekli kalacaksa söz konusudur. Güvenli Arıza Kesiri, SFF, tehlikeli olmayan hataları tanımlar. 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.Donanım Hata Toleransı HFT sistemin tolere edebileceği hata sayısı hakkında bilgi verir. Ayrıca güvenliği nitelerken “basit” ve “kompleks” cihazlar arasında ayrım yapılır. “Basit” A tipi cihaz komponentlerinin hata karakteristiği tümüyle tanımlanabilir. Öte yandan mikroişlemciler ve “kompleks” B tipi cihaz yazılımlarının hata karakteristiği tümüyle bilinmez. 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. 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 kullanılabilinirlet. 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. 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 avantaj