Safety Manual OPTISWITCH série 5000 - NAMUR 1 Sommaire Sommaire 1 Sécurité fonctionnelle 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consignes de réglage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mettre en service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comportement au cours du fonctionnement et en cas de pannes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Test de fonctionnement périodique . . . . . . . . . . . . . . Caractéristiques techniques relatives à la sécurité . . . 3 5 7 7 7 8 9 32747-FR-100128 2 OPTISWITCH série 5000 • - NAMUR 1 Sécurité fonctionnelle 1 Sécurité fonctionnelle 1.1 Général Matériel concerné Ce manuel de sécurité est valable pour les systèmes de mesure comprenant le détecteur vibrant OPTISWITCH de la série 5000 avec préamplificateur SWE60N : OPTISWITCH 5100 C, 5150 C, 5200 C, 5250 C Pour les appareils avec lames vibrantes émaillées, il vous faudra le préamplificateur SWE60N.E ou SWE60N.E1. Domaine d'application Le système de mesure peut être utilisé pour la détection de niveau de liquides, satisfaisant aux exigences particulières de la technique de sécurité. Dans une architecteure à un canal (1oo1D), il est possible de l'utiliser jusqu'à SIL2 et dans une architecture redondante à multi-canaux, jusqu'à SIL3. Conformité SIL 32747-FR-100128 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 λsu Rate for safe undetected failure λdd Rate for dangerous detected failure λdu Rate for dangerous undetected failure DCS Diagnostic Coverage of safe failures; DCS = λsd/(λsd+λsu) DCD Diagnostic Coverage of dangerous failures; DCD = λdd/(λdd+λdu) FIT Failure In Time (1 FIT = 1 failure/109 h) MTBF Mean Time Between Failure MTTF Mean Time To Failure MTTR Mean Time To Repair OPTISWITCH série 5000 • - NAMUR 3 1 Sécurité fonctionnelle D'autres abréviations et termes sont indiqués dans la norme IEC 61508-4. Normes concernées Exigences de sécurité l IEC 61508 - Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems l 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 demande faible SIL Mode demande élevée PFH PFDavg 4 -4 ≥ 10 … < 10 ≥ 10 … < 10-8 3 ≥ 10-4 … < 10-3 ≥ 10-8 … < 10-7 2 ≥ 10-3 … < 10-2 ≥ 10-7 … < 10-6 1 -5 -2 -9 -1 ≥ 10-6 … < 10-5 ≥ 10 … < 10 Intégrité de sécurité du matériel (hardware) pour les systèmes partiels relatifs à la sécurité de type A (IEC 61508-2, 7.4.3) Validité en utilisation Proportion de défaillances en sécurité Tolérance aux anomalies matérielles HFT = 0 HFT = 1 HFT = 2 SIL1 SIL2 SIL3 60 % … < 90 % SIL2 SIL3 (SIL4) 90 % … < 99 % SIL3 (SIL4) (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 L'appareil est validé en utilisation A l'appareil, il n'est possible de modifier que les paramètres importants au process (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, …) OPTISWITCH série 5000 • - NAMUR 32747-FR-100128 l l 4 SFF < 60 % 1 Sécurité fonctionnelle l La fonction de sécurité requiert un niveau inférieur à SIL4 L'évaluation du service de modifications a fait partie de la preuve de la validité en utilisation. 1.2 Conception Fonction de sécurité La fonction de sécurité de ce système de mesure est la reconnaissance et la signalisation de l'état de l'élément vibrant. On différenciera entre les deux états "immergé" et "émergé". Etat de sécurité L'état de sécurité dépend du mode de fonctionnement : Elément vibrant à l'état de sécurité positive Courant de sortie à l'état de sécurité positive Description d'une anomalie Protection antidébordement (fonctionnement maxi.) Protection contre la marche à vide (fonctionnement mini.) immergé émergé 0,4 … 1 mA 0,4 … 1 mA Courant défaut "fail low" < 1 mA < 1 mA Courant défaut "fail high" > 6,5 mA > 6,5 mA Il y a défaillance en sécurité (safe failure) si le système de mesure passe à l'état de sécurité défini ou au mode défaut sans une requête du process. 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 au mode défaut 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 partir du fait qu'il y a uprésence 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". 32747-FR-100128 L'unité d'exploitation doit correspondre au niveau SIL de la chaîne de mesure. Le mode de fonctionnement à l'amplificateur-séparateur de commutation NAMUR doit être réglé conformément à IEC 60947-5-6 de telle sorte que sa sortie de commutation passe à un état de sécurité positive avec un courant d'entrée < 1,2 mA. OPTISWITCH série 5000 • - NAMUR 5 1 Sécurité fonctionnelle Mode demande faible 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 de demande faible (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 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 demande faible" 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 aux anomalies 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". Suppositions La réalisation de la FMEDA repose sur les suppositions suivantes : l l l l l l l l l OPTISWITCH série 5000 • - NAMUR 32747-FR-100128 6 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 en 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 l'intervalle de scrutation d'une unité de commande et d'exploitation raccordée s'élève à 1 heure maximum pour réagir à des défaillances dangereuses reconnaissables 1 Sécurité fonctionnelle Remarques générales et restrictions 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. A tenir compte lors de l'utilisation en tant que protection conte la marche à vide : l l l Eviter tout colmatage de produit au système vibrant (il se peut que de plus petits intervalles de test Proof soient nécessaires) Eviter la présence de solides dans le produit > 5 mm (0.2 in) Eviter la formation de mousse d'une densité > 0,5 g/cm³ (0.018 lbs/ in³) 1.3 Consignes de réglage Éléments de réglage Les conditions dans l'installation ayant une influence sur la sécurité du système de mesure, il faudra régler les éléments de réglage en fonction de l'application : l l Commutateur DIL pour inversion de la courbe caractéristique Commutateur DIL pour le réglage de la sensibilité La fonction des éléments de réglage vous sera décrite dans la notice de mise en service. 1.4 Mettre en service Montage et installation Respectez 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. 32747-FR-100128 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. OPTISWITCH série 5000 • - NAMUR 7 1 Sécurité fonctionnelle Le changement de l'électronique est simple. Il vous sera 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). 1.6 Test de fonctionnement périodique Motif et exécution Le test de fonctionnement périodique sert à vérifier la fonction de sécurité et à déceler les anomalies ou défaillances dangereuses potentielles non reconnaissables. C'est pourquoi le bon fonctionnement du système de mesure doit être vérifié à des intervalles périodiques appropriés. 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 au tableau et diagramme indiqués au chapitre "Caractéristiques techniques relatives à la sécurité". 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. 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 d'un effet de mesure physique. Les méthodes et procédés utilisés au cours des tests doivent être spécifiés tout comme leur degré d'aptitude. 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. Ceci est valable séparément pour chacun des deux canaux en architecture à deux canaux (1oo2D). 8 Aux modes de fonctionnement „maxi.“ et „mini.“, vous pouvez contrôler la capacité de fonctionnement des appareils raccordés en aval à l'aide de la "touche de simulation". Le déroulement du test vous sera décrit en détail dans la notice technique de mise en service. OPTISWITCH série 5000 • - NAMUR 32747-FR-100128 Test de fonctionnement des appareils raccordés en aval 1 Sécurité fonctionnelle Au cours de ce test, il faudra tenir compte de l'état de l'élément vibrant : l l Mode de fonctionnement "maxi." : élément vibrant "émergé" Mode de fonctionnement "mini." : lément vibrant "immergé" 1.7 Caractéristiques techniques relatives à la sécurité Bases 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. 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 Protection antidébordement (fonctionnement maxi./A) λsd 9 FIT 9 FIT λsu 203 FIT 202 FIT λdd 9 FIT 9 FIT λdu MTBF = MTTF + MTTR Temps de réaction en cas d'anomalie Protection contre la marche à vide (fonctionnement mini./B) 43 FIT 45 FIT 3,79 x 106 h 3,79 x 106 h < 1,5 sec. Temps de réaction en cas d'anomalie 32747-FR-100128 Architecture monocanale (1oo1D) Caractéristiques spécifiques SIL SIL2 HFT 0 Type d'appareil OPTISWITCH série 5000 • - NAMUR Type A 9 1 Sécurité fonctionnelle SFF PFDavg TProof = 1 an TProof = 5 ans TProof = 10 ans PFH Déroulement en fonction du temps de PFDavg Protection antidébordement (fonctionnement maxi./A) Protection contre la marche à vide (fonctionnement mini./B) 83 % 83 % < 0,019 x 10-2 < 0,095 x 10-2 < 0,189 x 10-2 < 0,020 x 10-2 < 0,097 x 10-2 < 0,195 x 10-2 < 0,043 x 10-6/h < 0,045 x 10-6/h Le déroulement temporel de PFDavg 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 effectuer. 4 PFDavg 3 2 1 1 5 10 TProof Fig. 1: Déroulement en fonction du temps de PFDavg (valeurs numériques voir tableaux représentés ci-dessus) 1 2 3 4 PFDavg PFDavg PFDavg PFDavg =0 après 1 an après 5 ans après 10 ans Architecture à plusieurs canaux Caractéristiques spécifiques Si le système de mesure est utilisé dans une architecture à plusieurs canaux, il faudra à l'aide des taux de défaillance indiqués précédemment calculer spécialement pour l'application sélectionnée les valeurs des caractéristiques relatifs à la sécurité de la structure sélectionnée de la chaîne de mesure. 10 OPTISWITCH série 5000 • - NAMUR 32747-FR-100128 Il faudra tenir compte d'un facteur Common Cause approprié. 32747-FR-100128 1 Sécurité fonctionnelle OPTISWITCH série 5000 • - NAMUR 11 Sous réserve de modifications pour raisons techniques 32747-FR-100128 ">
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