VDI VDE 2180 Blatt 5-2010 Safeguarding of industrial process plants by means of process control engineering (PCE) - Recommendations for practical use.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKSicherung von Anlagen der Verfahrenstechnik mit Mitteln der Prozessleittechnik (PLT)Empfehlungen zur Umsetzung in die PraxisSafeguarding of industrial process plantsby means of process control engineering (PCE)Recommenda

2、tions for practical useVDI/VDE 2180Blatt 5 / Part 5Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch AutomatisierungstechnikVDI-Handbuch Fabrikplanung und -betrieb, Band 1: Betriebsberwachung/InstandhaltungVDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 3: Verfgbarkeit/Schaden

3、sanalyseVDI-Handbuch ZuverlssigkeitVDI/VDE-RICHTLINIENICS 25.040.40, 35.240.50 Mai 2010 May 2010Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline

4、shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Frhere Ausgabe: 01.09 Entwurf, deutsch Former edition: 01/09Draft, in German onlyZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutsch

5、er Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2010VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachbereich Engineering und Betrieb automatisierter AnlagenInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . .

6、 . . . . . . . . . 32 Normative Verweise . . . . . . . . . . . . . . 33 Grundlegende Betrachtungen . . . . . . . . . 33.1 Gerteauswahl fr PLT-Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . . 33.2 Manahmen gegen systematische Fehler . . 43.3 Manahmen gegen zufllige Fehler. . . . . 63.4 Manahmen zur Fehlertole

7、ranz . . . . . . . 63.5 Betrieb von PLT-Schutzeinrichtungen . . . 7 3.6 Betriebliche Umsetzung. . . . . . . . . . . 73.7 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . 74 Empfehlungen fr den Bereich Sensorik . . . 84.1 Besonderheiten der Sensorik . . . . . . . . 84.2 Reduzierung systematischer Fehler b

8、ei der Realisierung . . . . . . . . . . . . . 94.3 Ermittlung der Rate zuflliger Fehler . . . . 104.4 Montage und Inbetriebnahme . . . . . . . . 104.5 Betrieb und Instandhaltung . . . . . . . . . 104.6 Automatische Diagnose im laufenden Betrieb . . . . . . . . . . . . . . 125 Empfehlungen fr den Ber

9、eich Aktorik . . . . 12 5.1 Besonderheiten der Aktorik. . . . . . . . . 135.2 Vermeidung systematischer Fehler . . . . . 135.3 Vermeidung zuflliger Fehler . . . . . . . . 145.4 Montage und Inbetriebnahme . . . . . . . . 145.5 Betrieb und Instandhaltung . . . . . . . . . 155.6 Automatische Diagnose i

10、m laufenden Betrieb . . . . . . . . . . . . . . 17Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Normative references . . . . . . . . . . . . . 33 Basic considerations. .

11、. . . . . . . . . . . . 33.1 Selection of devices for SIS . . . . . . . . 3 3.2 Measures against systematic faults . . . . . 43.3 Measures against spurious faults . . . . . . 63.4 Measures related to fault tolerance . . . . . 63.5 Operation of safety instrumented systems (SIS) . . . . . . . . . . .

12、. . . . . . . . . 73.6 Operational realization . . . . . . . . . . . 73.7 Documentation . . . . . . . . . . . . . . . 74 Recommendations for sensor subsystems . 84.1 Specialties of sensor subsystems . . . . . . 84.2 Reduction of systematic faults during realization . . . . . . . . . . . . . . 94.3 E

13、valuation of the rate of spurious faults . . 104.4 Installation and start-up. . . . . . . . . . . 104.5 Operation and maintenance. . . . . . . . . 104.6 Automatic diagnosis during ongoing operation. . . . . . . . . . . . . . 125 Recommendations for actuator subsystems (final element) . . . . . . . .

14、 . . . . . . . . . 125.1 Special features of actuator subsystems . . 135.2 Prevention of systematic faults . . . . . . . 135.3 Prevention of spurious faults . . . . . . . . 145.4 Installation and start-up. . . . . . . . . . . 145.5 Operation and maintenance. . . . . . . . . 155.6 Automatic diagnosis

15、 during ongoing operation. . . . . . . . . . . . . . 17B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 2 VDI/VDE 2180 Blatt 5 / Part 5Seite6 Empfehlungen fr den Bereich Logiksystem . . . . . . . . . . . . .

16、. . . . . 186.1 Konkretisierung zum Geltungsbereich . . . 186.2 Besonderheiten beim Logiksystem . . . . . 196.3 Projektierung . . . . . . . . . . . . . . . . 196.4 Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . 206.5 nderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Bestandsschutz . . . . . . . . . . .

17、. . . . . 227.1 Weiterbetrieb vorhandener PLT-Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . . 237.2 Vorgehensweise bei nderungen der PLT-Schutzeinrichtung . . . . . . . . . . . 238 Betriebsbewhrung . . . . . . . . . . . . . . 24Anhang Beispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . 25Beispiel 1: PLT-Stellenblatt

18、 fr Sensorteilsystem . . . . . . . . . . 25Beispiel 2: Prfung eines Sensors . . . . . . . 27Beispiel 3: PLT-Stellenblatt fr Aktorik . . . . 29 Beispiel 4: Prfen eines Aktors. . . . . . . . . 31Beispiel 5: Herstellererklrung . . . . . . . . . 33Beispiel 6: Checklisten fr Logikteilsysteme und Anwender

19、programme . . . . . 34Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere das des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und

20、der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitun

21、g dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungDie Richtlinienreihe VDI/VDE 2180 besteht aus fol-genden Blttern:Blatt 1 Einfhrung, Begriffe, KonzeptionBlatt 2 ManagementsystemBlatt 3 Anlagenplanung, -errichtung und -betriebPage6 Recommendations for the subsystem logic solver . . . .

22、 . . . . . . . . . . . . . . . 186.1 Specifications for the validity range . . . . 186.2 Peculiarities of the logic solver . . . . . . 196.3 Engineering. . . . . . . . . . . . . . . . . 196.4 Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . 206.5 Modifications. . . . . . . . . . . . . . . . 217 Right of

23、continuance . . . . . . . . . . . . . 227.1 Continuation of existing SIS . . . . . . . . 23 7.2 Procedure for modifications of the SIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Proven-in-use . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Annex Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Example 1: SIS data shee

24、t for sensor subsystems . . . . . . . . . 36Example 2: Validation of a sensor subsystem . 38Example 3: SIS data sheet for a final element subsystems . . . . . . . . . . . . 40Example 4: Validation of a final element . . . 42Example 5: Manufacturers declaration . . . . 44Example 6: Checklists for log

25、ic subsystems and application programs . . . . . 45Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including thos

26、e of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-

27、richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionThe VDI/VDE 2180 series of guidelines consists of the following parts:Part 1 Introduction, terms, conceptPart 2 Management systemPart 3 Plant engineering, realization and operationB55EB1B3E1

28、4C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI/VDE 2180 Blatt 5 / Part 5 3 Blatt 4 Berechnungsmethoden fr Zuverlssig-keitskenngren von PLT-Schutzeinrich-tungenBlatt 5 Empfehlungen zur Umsetzung in die PraxisAnmerkung

29、: Fr das Krzel PLT“ werden hufig auch die Krzel MSR“ (fr Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen) oder EMR“ (fr Elektro-, Mess- und Regeleinrichtungen) als Synonyme ver-wendet.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2180.1 Anwendungsbe

30、reichDiese Richtlinie gilt fr Anlagen der Prozessindus-trie, z. B. der chemischen und petrochemischen In-dustrie, insbesondere wenn sie der Strfallverord-nung unterliegen. Sie basiert auf der harmonisierten Norm DIN EN 61 511 (IEC 61 511). Es wird die Sicherung solcher Anlagen mit Mitteln der Prozes

31、s-leittechnik (PLT) beschrieben. In der vorliegenden Richtlinie werden praxisgerechte Hilfestellungen fr die Planung, die Errichtung und den Betrieb von PLT-Schutzeinrichtungen gegeben, wobei hier insbesondere auf die jeweiligen Anforde-rungen der Bereiche Sensorik, Aktorik und Logiksys-tem eingegan

32、gen wird.Die in dieser Richtlinie genannten Beispiele sollen dem besseren Verstndnis der Richtlinien VDI/VDE 2180 Blatt 1 bis Blatt 4 dienen und dem An-wender praxisbezogene Hinweise zur Umsetzung im Betrieb bieten. Die im Anhang aufgefhrten Check-listen und Beispiele sind Anhalte und haben nicht de

33、n Anspruch auf Vollstndigkeit.2 Normative VerweiseDas folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich:VDI/VDE 2180 Blatt 1:2007-04 Sicherung von An-lagen der Verfahrenstechnik mit Mitteln der Pro-zessleittechnik (PLT); Einfhrung, Begriffe, Kon-zeption3 Grundlegende Be

34、trachtungen3.1 Gerteauswahl fr PLT-SchutzeinrichtungenSchutzeinrichtungen mssen robust gegenber Feh-lern sein. In der DIN EN 61 511 wird deshalb gefor-dert, bei Schutzeinrichtungen drei Manahmen zu treffen:Part 4 Calculating methods of reliability character-istics of safety instrumented systems Part

35、 5 Recommendations for practical use Note: In addition to the abbreviation PCE (process control engi-neering) sometimes also may be found MC (measurement and con-trol) or EMC (electrical, measurement and control) used as abbre-viations.A catalogue of all available parts of this guide-line series can

36、 be accessed on the internet at www.vdi.de/2180.1 ScopeThis guideline applies to installations in process in-dustries such as the chemical and petrochemical industries, especially when they are subject to the German “Strfallverordnung” (Major Accident Reg-ulation). It is based on the harmonized stan

37、dard DIN EN 61 511 (IEC 61 511). It describes the safety of plants by means of process control engeneering (PCE).The present guideline gives practical recommenda-tions for engineering, realization and operation of safety instrumented systems (SIS), with special em-phasis on the subsystems sensors, a

38、ctuators and logic systems. The examples from this guideline are intended to pro-vide a better understanding of VDI/VDE 2180 Part 1 to Part 4 and offer users advice for practical use. All checklists and examples in the Annex are merely of an informative nature and make no claim to com-pleteness. 2 N

39、ormative referencesThe following referenced document is indispensable for the application of this guideline:VDI/VDE 2180 Part 1:2007-04 Safeguarding of in-dustrial process plants by means of process control engineering; Introduction, terms, concepts 3 Basic considerations3.1 Selection of devices for

40、 SISSafety installations must be robust against faults. Ac-cording to DIN EN 61 511 it is necessary to take measures in safety systems B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 4 VDI/VDE 2180 Blatt 5 /

41、 Part 5 gegen systematische Fehler (siehe VDI/VDE 2180 Blatt 1, Abschnitt 2.2.2) gegen zufllige Fehler (siehe VDI/VDE 2180 Blatt 1, Abschnitt 2.2.3) zur Fehlertoleranz (siehe VDI/VDE 2180 Blatt 1, Abschnitt 2.3.8)Fr jede Schutzeinrichtung/sicherheitstechnische Funktion mssen immer alle drei Manahmen

42、 gleichzeitig ergriffen werden. Es gengt nicht, eine sehr geringe Ausfallwahrscheinlichkeit der sicher-heitstechnischen Funktion aufgrund zuflliger Fehler nachzuweisen. Es mssen gleichzeitig auch Manah-men gegen systematische Fehler und Manahmen zur Fehlertoleranz ergriffen werden (Bild 1).Im Einzel

43、fall kann auch eine der folgenden Vorge-hensweisen angewendet werden: Baumusterprfung des Gerts fr den Einsatzfall entsprechend der jeweiligen Norm Einzelprfung fr spezifische Anwendungsflle durch unabhngige Organisationen3.2 Manahmen gegen systematische FehlerBei den Manahmen gegen systematische Fe

44、hler ei-ner Schutzeinrichtung muss unterschieden werden in systematische Fehler des eingesetzten Gerts selbst und systematische Fehler, die sich durch den Einbau dieses Gerts in eine bestimmte Anlage ergeben.Systematische Fehler in GertenTypische systematische Fehler im Gert selbst kn-nen die Verwen

45、dung falsch dimensionierter Bauteile, die Verwendung ungeeigneten Materials fr den Pro- against systematic faults (see VDI/VDE 2180 Part 1, Section 2.2.2) against spurious faults (see VDI/VDE 2180 Part 1, Section 2.2.3) to improve fault tolerance (see VDI/VDE 2180 Part 1, Section 2.3.8)For each SIS/

46、SIF (safety instrumented function) all three measures must always be taken. It is not enough to demonstrate a very small probability of SIF failure based on spurious faults. Measures must also be taken against systematic faults and to improve fault tolerance (Figure 1). In specific cases the followi

47、ng procedure can also be used: type-testing of the device for use according to the relevant standard individual approval for specific purposes by inde-pendent organizations3.2 Measures against systematic faultsMeasures against systematic faults in a safety system must distinguish between systematic

48、faults in the de-vice itself and systematic faults resulting from the in-stallation of the device in a plant. Systematic faults in devicesTypical systematic faults in a device itself can be due to the use of wrongly dimensioned components, the use of unsuitable materials for process connection or Bi

49、ld 1. Manahmen beim Einsatz von Gerten in SchutzeinrichtungenSSPS sicherheitsgerichtete speicherprogrammierbare SteuerungPFD Wahrscheinlichkeit fr das Versagen bei AnforderungSIF realisierte sicherheitstechnische Funktion SIL SicherheitsintegrittslevelDC DiagnosedeckungsgradBB BetriebsbewhrungDU Rate der unerkannten passiven Fehler Anteil der Fehler gemeinsamer UrsacheB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2