Safety Manual OPTISWITCH série 3000 - Deux fils Document ID: 32745 Table des matières Table des matières 1 Sécurité fonctionnelle 1.1 Généralité......................................................................................................................... 3 1.2 Conception........................................................................................................................ 4 1.3 Consignes de réglage....................................................................................................... 6 1.4 Mise en service................................................................................................................. 7 1.5 Comportement au cours du fonctionnement et en cas de pannes.................................... 7 1.6 Test de fonctionnement périodique................................................................................... 7 1.7 Caractéristiques techniques relatives à la sécurité............................................................ 8 32745-FR-131125 Date de rédaction : 2013-11-13 2 OPTISWITCH série 3000 • - Deux fils 1 Sécurité fonctionnelle 1 Domaine de validité Sécurité fonctionnelle 1.1 Généralité Ce manuel de sécurité est valable pour les systèmes de mesure comprenant le détecteur vibrant OPTISWITCH de la série 3000 avec préamplificateur intégré VB60Z : OPTISWITCH 3100 C, 3200 C, 3300 C Versions hardware et software valables : • • Domaine d'utilisation Numéro de série de l'électronique > 14215176 Logiciel du capteur à partir de rév. 1.03 Le système de mesure peut être utilisé pour la détection de niveau de pulvérulents ou granulés, satisfaisant aux exigences particulières de la technique de sécurité. Dans une architecture à un canal (1oo1D), il est possible de l'utiliser jusqu'à SIL2 et dans une architecture redondante à multi-canaux, jusqu'à SIL3. Remarque: Par un réglage spécial en usine, le système de mesure sera également approprié à la détection sous l'eau de solides décantés (voir notice de "Mise en service"). Conformité SIL 32745-FR-131125 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 λdd Rate for dangerous detected failure DCS Diagnostic Coverage of safe failures; DCS = λsd/(λsd+λsu) FIT Failure In Time (1 FIT = 1 failure/109 h) λsu Rate for safe undetected failure λdu Rate for dangerous undetected failure DCD Diagnostic Coverage of dangerous failures; DCD = λdd/(λdd+λdu) MTBF Mean Time Between Failure MTTF Mean Time To Failure MTTR Mean Time To Repair D'autres abréviations et termes sont indiqués dans la norme IEC 61508-4. OPTISWITCH série 3000 • - Deux fils 3 1 Sécurité fonctionnelle Normes concernées • Exigences de sécurité Valeurs limites de défaillance pour une fonction de sécurité, selon la classe SIL (IEC 61508-1, 7.6.2) IEC 61508 (disponible également comme DIN EN) –– Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems Niveau d'intégrité de sécurité Mode demande faible Mode demande élevée SIL PFDavg PFH 4 ≥ 10-5 … < 10-4 ≥ 10-9 … < 10-8 3 ≥ 10 … < 10 -3 ≥ 10-8 … < 10-7 2 ≥ 10 … < 10 -2 ≥ 10-7 … < 10-6 1 ≥ 10 … < 10 -1 ≥ 10-6 … < 10-5 -4 -3 -2 Intégrité de sécurité du matériel (hardware) pour les systèmes partiels relatifs à la sécurité de type B (IEC 61508-2, 7.4.3) Fonction de sécurité Proportion de défaillances en sécurité Tolérance aux anomalies matérielles (hardware) SFF HFT = 0 HFT = 1 HFT = 2 < 60 % non autorisé SIL1 SIL2 60 % … < 90 % SIL1 SIL2 SIL3 90 % … < 99 % SIL2 SIL3 (SIL4) ≥ 99 % SIL3 (SIL4) (SIL4) 1.2 Conception 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". État de sécurité L'état de sécurité dépend du mode de fonctionnement : Elément vibrant à l'état de sécurité positive Protection contre la marche à vide (fonctionnement mini.) immergé émergé Courant de sortie à l'état 12,5 … 23,5 mA de sécurité positive si l'inverseur du mode de fonctionnement au capteur est sur "maxi." 2,3 … 11,5 mA Courant de sortie à l'état 2,3 … 11,5 mA de sécurité positive si l'inverseur du mode de fonctionnement au capteur est sur "mini." 12,5 … 23,5 mA OPTISWITCH série 3000 • - Deux fils 32745-FR-131125 4 Protection antidébordement (fonctionnement maxi.) 1 Sécurité fonctionnelle Protection antidébordement (fonctionnement maxi.) Description de l'erreur Protection contre la marche à vide (fonctionnement mini.) Courant défaut " fail low " < 2,3 mA < 2,3 mA Courant défaut " fail high " > 23,5 mA > 23,5 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. Si le système de diagnostic interne reconnaît une anomalie, le système de mesure passera alors au mode défaut. 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 présence 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 ". L'unité d'exploitation doit correspondre au niveau SIL de la chaîne de mesure. Si un SU 501 Ex est utilisé pour l'exploitation des données, il faudra mettre l'inverseur du mode de fonctionnement au capteur sur "maxi.". 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). 32745-FR-131125 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). OPTISWITCH série 3000 • - Deux fils 5 1 Sécurité fonctionnelle 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 : • • • • • • • • • • Remarques générales et restrictions 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 Les interfaces de communication existantes (p. ex. HART, bus I²C) ne seront pas utilisées pour la transmission des informations relatives à la sécurité. 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 : • • 1.3 • 6 Consignes 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 : Potentiomètre d'adaptation du point de commutation OPTISWITCH série 3000 • - Deux fils 32745-FR-131125 Éléments de réglage Eviter tout colmatage de produit au système vibrant (il se peut que de plus petits intervalles de test Proof soient nécessaires) Version lames vibrantes : éviter une granulométrie du produit > 15 mm (0.6 in) 1 Sécurité fonctionnelle • Commutateur DIL pour inversion du mode de fonctionnement La fonction des éléments de réglage vous sera décrite dans la notice de mise en service. Montage et installation 1.4 Mise en service Respecter 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. 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. 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). Motif et exécution 1.6 Test de fonctionnement périodique 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. 32745-FR-131125 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. OPTISWITCH série 3000 • - Deux fils 7 1 Sécurité fonctionnelle 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. Dans une architecture à plusieurs canaux, ceci est valable séparément pour chaque canal. Test de fonctionnement simple Si les conditions des remarques suivantes sont remplies, un test de fonctionnement peut être déclenché par une interruption de l'alimentation tension d'au moins deux secondes. Cela peut se faire par : • • • une interruption manuelle de la ligne d'alimentation une interruption de la ligne d'alimentation au moyen d'une commande en aval (APS) Pression de la touche Touche de test sur un transmetteur en aval (vous trouverez les transmetteurs appropriés au chapitre "Caractéristiques techniques" du manuel de mise en service) Remarque: Conditions pour le test de fonctionnement simple : • • • • Une détérioration mécanique de la lame vibrante ainsi que de la corrosion sont exclues La formation de colmatages sur la lame vibrante conduisant à une atténuation importante de la fréquence de vibration est exclue Le produit ne doit contenir aucune matière solide pouvant se coincer dans la lame vibrante Ce test ne pourra s'effectuer qu'avec un élément vibrant émergé 1.7 Bases Caractéristiques techniques relatives à la sécurité 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. Les calculs s'appuient toujours sur les remarques indiquées au chapitre " Conception ". 8 OPTISWITCH série 3000 • - Deux fils 32745-FR-131125 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. 1 Sécurité fonctionnelle 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 Inverseur du mode de fonctionnement au capteur sur "maxi." Protection antidébordement (fonctionnement maxi.) Protection contre la marche à vide (fonctionnement mini.) λsd 49 FIT 39 FIT λsu 387 FIT 352 FIT λdd 163 FIT 182 FIT λdu 18 FIT 43 FIT DCS 11 % 10 % DCD 90 % MTBF = MTTF + MTTR 1,59 x 10 h 1,59 x 106 h Protection antidébordement (fonctionnement maxi.) Protection contre la marche à vide (fonctionnement mini.) λsd 39 FIT 45 FIT λsu 373 FIT 361 FIT λdd 168 FIT 173 FIT λdu 36 FIT 37 FIT DCS 9% 11 % DCD 82 % 82 % MTBF = MTTF + MTTR 1,59 x 106 h 1,59 x 106 h 81 % 6 Inverseur du mode de fonctionnement au capteur sur "mini." Temps de réaction en cas d'anomalie Caractéristiques spécifiques Durée d'un test de diagnostic < 100 sec. Architecture monocanale (1oo1D) SIL SIL2 HFT 0 Type d'appareil type B 32745-FR-131125 Inverseur du mode de fonctionnement au capteur sur "maxi." SFF OPTISWITCH série 3000 • - Deux fils Protection antidébordement (fonctionnement maxi.) Protection contre la marche à vide (fonctionnement mini.) 97 % 93 % 9 1 Sécurité fonctionnelle Protection antidébordement (fonctionnement maxi.) Protection contre la marche à vide (fonctionnement mini.) TProof = 1 an < 0,008 x 10-2 < 0,019 x 10-2 TProof = 10 ans < 0,077 x 10 < 0,186 x 10-2 PFDavg TProof = 5 ans < 0,039 x 10-2 PFH < 0,093 x 10-2 -2 < 0,018 x 10 /h < 0,043 x 10-6/h Protection antidébordement (fonctionnement maxi.) Protection contre la marche à vide (fonctionnement mini.) 94 % 94 % -6 Inverseur du mode de fonctionnement au capteur sur "mini." SFF PFDavg TProof = 1 an < 0,016 x 10-2 < 0,016 x 10-2 TProof = 10 ans < 0,156 x 10-2 < 0,162 x 10-2 TProof = 5 ans < 0,078 x 10 < 0,036 x 10 /h PFH Déroulement en fonction du temps de PFDavg < 0,081 x 10-2 -2 -6 < 0,037 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) PFDavg = 0 PFDavg après 1 an PFDavg après 5 ans PFDavg après 10 ans Architecture à plusieurs canaux Caractéristiques spécifiques 10 Si le système de mesure est utilisé dans une architecture à plusieurs canaux, il faudra à l'aide des taux de défaillance indiqués précédemOPTISWITCH série 3000 • - Deux fils 32745-FR-131125 1 2 3 4 1 Sécurité fonctionnelle ment calculer spécialement pour l'application sélectionnée les valeurs des caractéristiques relatifs à la sécurité de la structure sélectionnée de la chaîne de mesure. 32745-FR-131125 Il faudra tenir compte d'un facteur Common Cause approprié. OPTISWITCH série 3000 • - Deux fils 11 Sous réserve de modifications pour raisons techniques 32745-FR-131125 ">
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