Có nhiều cặp nhiệt điện chỉ là một nửa giải pháp; cần có một khung quyết định để xác định cách giải thích các kết quả mâu thuẫn nhau. Logic biểu quyết-một cuộc bầu cử kỹ thuật số giữa các cảm biến một cách hiệu quả-xác định liệu hoạt động có còn an toàn hay phải bắt đầu tắt máy.
Mục đích của logic biểu quyết trong các hệ thống dự phòng
trong mộtlogic biểu quyết cặp nhiệt điện dự phòng tấm gia nhiệtkiến trúc, nhiều phép đo nhiệt độ độc lập được đánh giá chung thay vì riêng lẻ. Cách tiếp cận này cải thiện độ tin cậy bằng cách giảm thiểu tác động của lỗi cảm biến, tiếng ồn hoặc độ lệch.
Khái niệm logic đơn giản nhưng độ tin cậy của nó được hỗ trợ bởi phân tích lỗi nghiêm ngặt. Sơ đồ biểu quyết là nền tảng cho thiết kế an toàn chức năng và được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống được thiết kế tuân thủ các tiêu chuẩn IEC 61508 và IEC 61511.
Thông thường, thuật toán biểu quyết được triển khai trong PLC-được xếp hạng an toàn hoặc hệ thống rơ-le an toàn chuyên dụng, hoạt động độc lập với bộ điều khiển nhiệt độ PID chính.
Đề án bỏ phiếu chung
2oo2 (Hai-Trong số-của-Hai)
Trong cấu hình 2oo2, hai cặp nhiệt điện được lắp đặt và cả hai đều phải biểu thị tình trạng-nhiệt độ quá cao trước khi kích hoạt tắt máy.
Cách tiếp cận này cung cấp khả năng bảo vệ mạnh mẽ chống lại các chuyến đi phiền toái do một cảm biến bị lỗi có kết quả đọc cao. Tuy nhiên, nó gây ra lỗ hổng nếu một cảm biến không hoạt động trong điều kiện-đọc thấp trong khi cảm biến còn lại hiển thị không chính xác nhiệt độ bình thường. Trong trường hợp như vậy, một tình trạng nguy hiểm có thể không bị phát hiện.
2oo3 (Hai-Trong số-của-Ba)
Trong cấu hình 2oo3, ba cặp nhiệt điện được sử dụng và hệ thống đánh giá sự đồng thuận giữa chúng. Nếu có ít nhất hai cảm biến phát hiện tình trạng-nhiệt độ quá mức thì quá trình tắt máy sẽ bắt đầu. Ngược lại, nếu có ít nhất hai cảm biến chỉ ra điều kiện bình thường thì hoạt động vẫn tiếp tục.
Kiến trúc này cung cấp khả năng chịu lỗi đối với một lỗi cảm biến duy nhất-cho dù lỗi ở mức cao hay thấp-mà không ảnh hưởng đến tính an toàn hoặc tính khả dụng của quy trình. Vì lý do này, 2oo3 được nhiều người coi là phương pháp ưu tiên dành cho các hệ thống sưởi ấm-có độ tin cậy cao và{6}}an toàn cao.
So sánh các kiến trúc logic biểu quyết
| Đề án bỏ phiếu | Số lượng cảm biến | Tình trạng tắt máy | Dung sai lỗi | Trường hợp sử dụng điển hình |
|---|---|---|---|---|
| 2oo2 | 2 | Cả hai cảm biến đều phát hiện-nhiệt độ quá mức | Chống lại những chuyến đi sai lầm (cao) | An toàn vừa phải, khả năng chịu phiền toái thấp |
| 2oo3 | 3 | Hai cảm biến bất kỳ đều phát hiện-nhiệt độ quá cao | Chịu được một lỗi cảm biến | Hệ thống có độ an toàn cao và tính sẵn sàng cao |
Triển khai trong hệ thống tấm gia nhiệt
Trong thực tếlogic biểu quyết cặp nhiệt điện dự phòng tấm gia nhiệtthiết kế, mỗi cặp nhiệt điện được nối với một kênh đầu vào được xếp hạng an toàn-chuyên dụng. PLC an toàn liên tục đọc tất cả các đầu vào và áp dụng thuật toán biểu quyết trong thời gian thực.
Khi đáp ứng điều kiện biểu quyết đã xác định về nhiệt độ quá-, PLC sẽ đưa ra lệnh tắt đối với các đầu ra được xếp hạng-an toàn, thường là-ngắt cấp điện cho công tắc tơ bộ sưởi hoặc rơle trạng thái rắn-.
Việc tách khỏi vòng điều khiển PID là rất quan trọng. Bộ điều khiển PID quản lý nhiệt độ quy trình trong điều kiện bình thường, trong khi hệ thống an toàn giám sát độc lập các sai lệch nguy hiểm và thực thi hành động bảo vệ.
Lựa chọn dựa trên mức độ toàn vẹn an toàn (SIL)
Việc lựa chọn logic biểu quyết bị ảnh hưởng trực tiếp bởi Mức độ toàn vẹn an toàn (SIL) được yêu cầu của hệ thống.
Yêu cầu SIL thấp hơn có thể cho phép các kiến trúc đơn giản hơn như 2oo2
Mục tiêu SIL cao hơn thường yêu cầu các thiết kế có khả năng chịu lỗi-chẳng hạn như 2oo3
Việc đạt được SIL mục tiêu bao gồm việc đánh giá các dạng lỗi, phạm vi chẩn đoán và xác suất xảy ra lỗi nguy hiểm. Logic biểu quyết đóng vai trò trung tâm trong việc đáp ứng các yêu cầu này bằng cách giảm khả năng xảy ra các điều kiện nguy hiểm không được phát hiện.
Cân nhắc thiết kế
Vị trí cảm biến
Cặp nhiệt điện phải được định vị để thể hiện chính xác các vùng nhiệt quan trọng. Vị trí kém có thể làm suy yếu tính hiệu quả của ngay cả logic bỏ phiếu mạnh mẽ nhất.
Độc lập kênh
Mỗi đầu vào cảm biến phải độc lập về mặt điện và logic. Hệ thống dây điện dùng chung hoặc các điểm lỗi chung có thể khắc phục tình trạng dư thừa.
Chẩn đoán và bảo trì
Việc theo dõi liên tục để phát hiện sự không đồng đều, sai lệch hoặc hỏng hóc của cảm biến là điều cần thiết. Chiến lược bảo trì nên bao gồm việc xác minh và hiệu chỉnh định kỳ tất cả các kênh.
Phần kết luận
Việc chọn logic biểu quyết phù hợp sẽ biến các phép đo cặp nhiệt điện dự phòng thành các quyết định an toàn đáng tin cậy và có thể thực hiện được. Cho dù sử dụng kiến trúc 2oo2 hay 2oo3, sơ đồ được chọn sẽ xác định cách hệ thống phản ứng với sự không chắc chắn và lỗi.
Hệ thống điều khiển tấm gia nhiệt mạnh mẽ được xây dựng trên nền tảng logic-an toàn, trong đó dự phòng không chỉ đơn thuần là phần cứng bổ sung mà còn là một phương pháp có cấu trúc để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy.
