Kontrolery serii PAC8000: Układy zabezpieczeń ESD

W aplikacjach takich, jak sterowanie kotłem, lub tam, gdzie występuje zagrożenie gazami wybuchowymi, istnieje szczególna troska o należyte bezpieczeństwo, jakie winien zapewniać system sterowania. Zadaniem tego typu systemu jest wykrycie niebezpiecznego stanu instalacji i wprowadzenie go w stan bezpieczny. Od tego rodzaju układów wymaga się wysokiej niezawodności działania, popartej odpowiednimi certyfikatami.

Zadziałanie układu zabezpieczeń powoduje zarejestrowanie odpowiednich komunikatów, ułatwiających późniejszą analizę przyczyn wystąpienia stanu niebezpiecznego. Dla tego typu aplikacji, firma GE Inteligent Platforms proponuje rozwiązanie oparte o kontrolery serii PAC8000, znane pod nazwą SafetyNet. Kontroler taki składa się z jednostek centralnych, zainstalowanych na specjalizowanej podstawce oraz modułów wejść/wyjść, instalowanych na kolejnych podstawkach. Moduły SafetyNet oczywiście wykonane są w specjalizowanej, certyfikowanej wersji. Sygnały obiektowe wprowadza się do kontrolera przy pomocy odpowiednich listw przyłączeniowych.

Celem stosowania kontrolera SafetyNet jest kontrolowane zamknięcie procesu technologicznego w przypadku wykrycia niebezpiecznego stanu. Jedną z cech charakterystycznych takiego kontrolera jest redundancja w postaci dwóch jednostek centralnych CPU oraz podwójne porty komunikacyjne Ethernet w każdej z jednostek centralnych. Dzięki temu, oprócz redundancji CPU uzyskuje się redundancję łącza komunikacyjnego. Ze względu na wygodę przy podłączaniu do systemu SCADA, w kontrolerze wprowadzono dodatkowy adres IP, który jest wspólny dla obu jednostek; są on więc widziane przez system SCADA jako pojedyncze urządzenie.

W kontrolerze instalowane są specjalizowane, konfigurowalne moduły wejść/wyjść dwustanowych. Konfigurowalność modułów polega m.in. na możliwości uaktywnienia ich pracy jako wejść lub jako wyjść. Moduł przeprowadza kontrolę ciągłości obwodów wejść/wyjść i wykrywa ewentualne zwarcia i rozwarcia.

W modułach wejść analogowych, oprócz standardowych mechanizmów diagnostyki, wprowadzono drugi przetwornik pomiarowy; którego zadaniem jest weryfikowanie pomiaru dostarczanego przez główny przetwornik. W przypadku wykrycia różnic większych niż 2% pomiar taki raportowany jest jako błędny. Moduł analogowy obsługuje protokół HART.

W kontrolerze można zastosować taką podstawkę (8751-CA-NS) pod jednostki centralne, która jest dedykowana do systemów z pływającym punktem neutralnym. Umożliwia to, przy użyciu modułów wejść dwustanowych 8811-IO-DC, wykrywanie w układzie sterowania ewentualnych upływności „do ziemi”.

Występujący w kontrolerze moduł Power Supply Monitor służy do monitorowania i raportowania stanu napięcia dostarczanego z zasilaczy do kontrolera. System może być rozbudowywany o kolejne kasety z modułami wejść/wyjść przy użyciu modułów rozszerzających i odpowiednich kabli połączeniowych. Dzięki temu może być instalowany również w kilku rzędach, a nie tylko w jednym. Całkowita długość magistrali, na którą składają się podstawki, kasety i kable połączeniowe, nie może przekraczać 6,5 m.

Sygnały wejść/wyjść wprowadzane są do modułów wejść/wyjść przy pomocy odpowiednich terminali przyłączeniowych. Moduły i terminale przyłączeniowe wyposażone są w klucze mechaniczne, stanowiące zabezpieczenie przed zainstalowaniem niewłaściwego modułu na danej podstawce. Z kontrolerem dostarczane są odpowiednie zasilacze, objęte certyfikacją SIL.

Do programowania kontrolera SafetyNet służy oprogramowanie SafetyNet Logic Workbench (8841-LC-MT), które ma wbudowany pakiet do weryfikacji logiki pod względem zgodności z wymogami SIL. Program napisany w sposób niewłaściwy nie zostanie skompilowany i nie może być załadowany do kontrolera.

System ma różnego rodzaju zabezpieczenia przed niepowołanymi osobami, w tym mechanizm zaufanych punktów dostępowych. Polega on na możliwości zdefiniowania wybranych komputerów, posługując się adresami MAC. Tylko w ten sposób zdefiniowane komputery będą mogły w ogóle uzyskać dostęp do kontrolera SafetyNet.

Układ zabezpieczeń (SafetyNet) dopuszcza możliwość łączenia ze standardowym kontrolerem procesowym. Jest to możliwe dzięki opracowanemu standardowi komunikacji z kontrolerem procesowym, realizowanemu za pomocą sieci Ethernet. Można wtedy instalować w kontrolerze zabezpieczeń SafetyNet również standardowe moduły wejść/wyjść, z których sygnały będą używane przez kontroler procesowy.

Kontrolery PAC8000 mają szereg cech, pozwalających na ich stosowanie w trudniejszych warunkach, jak np. poszerzony zakres temperatur pracy (-40OC to +70OC), czy też zwiększoną odporność na korozję (G3 corrosion resistance). Spełniają także większe wymogi, jeżeli chodzi o mechaniczne udary i wstrząsy. Mogą być instalowane w strefie zagrożenia wybuchem 2/2, co pozwala na użycie np. w aplikacjach „fire and gas”. System SafetyNet został zaprojektowany tak, aby spełnić wymogi bezpieczeństwa dla poziomu SIL2, z architekturą 1oo1D – single Controller with diagnostics. System certyfikowany jest zgodnie ze specyfikacją IEC 61508 i jest najczęściej stosowany do zabezpieczeń kotłów, w tłoczniach gazu, instalacjach zagrażających wybuchem w zakładach chemicznych, itp.