Weniger Handarbeit beim SIL-Nachweis

Software schlägt die Brücke zwischen PLT-Planung und SIL-Berechnung

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15.02.2013 Beim SIL-Nachweis von PLT-Schutzeinrichtungen dominiert heute noch meist Handarbeit: In der Regel werden die für die SIL-Berechnung notwendigen Daten nicht nur im PLT-Planungswerkzeug, sondern auch in separater Software oder Excel-Tools zur SIL-Berechnung erfasst. Eine unnötige und fehlerträchtige Arbeit.

Entscheider-Facts Für Planer und Betreiber

  • Beim rechnerischen SIL-Nachweis werden PLT-Daten meist per Hand in separate Softwarewerkzeuge oder Excel-Berechnungstools eingetippt. Das bedeutet Aufwand und ist fehlerträchtig.
  • Das Engineering-System Planeds vereint mit seinem für Version 4.1 verfügbaren Add-on die PLT-Planung und die SIL-Berechung.
  • Da ein eigener Arbeitsbereich für die SIL-Berechnung genutzt werden kann, lässt sich diese komplett von der Modellierung der Automatisierungstechnik trennen.

Das Engineering-System Planeds für die Planung, Betriebsbetreuung und Instandhaltung der Automatisierungstechnik in verfahrenstechnischen Anlagen stellt ab Version 4.1 ein Add-on für die Durchführung von SIL-Berechnungen zur Verfügung. Der Clou: Sowohl PLT-Planung als auch SIL-Berechnung nutzen ein und dieselbe Datenbank. Durch Variieren der Parameter lassen sich damit sehr einfach Fragen beantworten, wie die, ob durch häufigere Prüfintervalle ein höherer SIL möglich ist.

Im Modul Funktionswelt des Engineering-Systems ist die Logik der Prozessleittechnik in Form von PLT-Stellen, deren Gerätespezifikationen sowie Stellenplänen erfasst und wird dort gepflegt und administriert. Das Add-on stellt Hilfsmittel bereit, um in der Funktionswelt zusätzlich SIL-Kreise zu modellieren, die auf die Gerätespezifikationsdaten der PLT-Stellen zugreifen, die in SIL-Betrachtungen einbezogen werden.

Während die PLT-Stellen sich in das Kennzeichnungssystem des Anlagenbetreibers eingliedern, liegen die SIL-Kreise im Engineering im Allgemeinen quer zur Hierarchie. Das heißt, die im Rahmen einer SIL-Berechnung gemeinsam zu berücksichtigenden PLT-Stellen können in unterschiedlichen Verfahrensabschnitten, ja sogar in unterschiedlichen Verfahren angesiedelt sein.

Die hier beschriebene Lösung nutzt zwei Arbeitsbereiche. In dem einen Arbeitsbereich befinden sich die Modelldaten der PLT-Stellen gemäß Kennzeichnungssystem und in einem zweiten die SIL-Kreise. Hier wird die Hierarchie (Bild 2) derart interpretiert, dass die Ebene 2 als Kategorie der SIL-Kreise verwendet wird, deren Sicherheitsfunktion (z.B. Drucküberschreitung) sinnstiftend ist. In Hierarchie-Ebene 3 wird die Anlage notiert. Die Zuordnung erfolgt insoweit, als normalerweise die Sicherheitsfunktion sich auf ein Anlagenteil bezieht, welches selbst wieder in dem Kennzeichnungssystem verortet ist. Dementsprechend zeigt die SIL-Kreisbezeichnung in einem Bestandteil auf ein Anlagenteil (z.B. „CA030″), das sich in der Anlage in Ebene 3 befindet.

Varianten rechnen

Bild 3 zeigt das Feinmodell des in Bild 2 hervorgehobenen SIL-Kreises. In Ebene 5 der Hierarchie sehen wir das Blattsymbol der Zeichnung, in der der SIL-Kreis grafisch dargestellt und die Berechnung dokumentiert ist. Darunter folgen die Symbole der Architekturen, aus denen der SIL-Kreis besteht. Sie werden, wie in der Funktionswelt üblich, als Stellenelement angelegt.

„-M001″ repräsentiert die oberste Ebene des SIL-Kreises und enthält die Resultate der Berechnung (Bild 5).  „-M002″ bis „-M011″ stehen für die elementaren Architekturen vom Typ „1oo1″. Sie enthalten die Definitionswerte der sicherheitsrelevanten Geräte, die in der SIL-Berechnung zu berücksichtigen sind. „-M012″ bis „-M015″ repräsentieren die nicht-elementaren Architekturen. Bild 1 gibt eine Überrsicht über die strukturellen Zusammenhänge des SIL-Kreises und zeigt den Weg der Berechnung von unten nach oben. Der grüne Zweig repräsentiert die Sensorik, der gelbe die Logik und der rote die Aktorik.

Die nicht-elementaren Architekturen errechnen ihren eigenen PFD- und SIL-Wert der strukturellen Eignung aus den ihnen untergeordneten Architekturen. Die Berechnung wird konservativ durchgeführt, indem bei der Auswahl gleichartiger Werte immer der ungünstigere verwendet wird (in Bild 4 „Strukturelle Eignung“ ist SIL 2 und „Erreichter SIL“ ist SIL 1). Bei vereinfachter Rechnung des PFD (Wahrscheinlichkeit des Ausfalls bei Anforderung) kann als Durchschnittswert der Maximalwert der untergeordneten Architekturen verwendet werden. Erreicht man damit den „SIL-soll“ (Bild 4), dann ist man auf der sicheren Seite. Eine korrekte Berechnung des PFD verwendet im Fall einer parallelen Struktur (M ? N) das geometrische Mittel und im Fall einer seriellen Struktur (M = N) das arithmetische Mittel der untergeordneten Architekturen.

Die Verknüpfung zwischen PLT-Planung und SIL-Berechnung

Für die Realisierung der Funktionalität in Planeds spielt das freie Datenmodell eine zentrale Rolle. Alle Modellinformationen entstammen der Funktionswelt. Die Gerätespezifikationsdaten zur SIL-Berechnung und die Daten zur Verarbeitungsfunktion gibt es nur einmal. Das freie Datenmodell ist so konfiguriert, dass jeder dieser beiden Datensätze beliebig oft in einem SIL-Kreis zitiert werden kann. Dabei ist die Definition für „SIL-1oo1″ so vorgenommen, dass wenn immer im Arbeitsbereich „SIL-FW“ oder im Arbeitsbereich „SIL-Kreise“ eine Änderung vorgenommen wird, diese überall wirksam ist. Die Verknüpfung beider Modelle geschieht dadurch, dass die Daten im Arbeitsbereich „SIL-FW“ kopiert und als Verweis im Arbeitsbereich „SIL-Kreise“ eingefügt werden.

Führt ein kürzeres Prüfintervall zu höherem SIL?

Um diese Frage zu beantworten, muss der gesamte SIL-Kreis betrachtet werden. Die Frage, ob ein kürzeres Prüfintervall zu einem höheren SIL führt ist dann sinnvoll, wenn eine instrumentelle Änderung vermieden werden soll. Im hier dargestellten Beispiel liegt die Ursache für SIL1 in Herstellerangaben zu einem elektrischen Erhitzer. Er ist Bestandteil der „3oo3″-Architektur der Aktorik. Da die Berechnungsmethode das Prüfintervall als Parameter einbezieht, kann ein höherer SIL durch häufigere Prüfungen erreicht werden. Bild 4 zeigt oben den Zustand vor der Änderung  des Prüfintervalls (jährlich) in der „3oo3″-Architektur und unten den Zustand nach Änderung des Prüfintervalls auf halbjährlich.

Das Engineering-Werkzeug bietet den üblichen Benutzerkomfort bei der Erstellung eines SIL-Kreises. Modellieren aus dem Objektmanager oder auch aus der Grafik kann sich nach Belieben abwechseln und ergänzen. Allerdings werden die Resultate der Berechnung nur grafisch dargestellt. Die Darstellung der nicht-elementaren Hierarchie-Ebenen (N > 1) des SIL-Kreises lassen stets Korrekturen in den Angaben zum Durchschnittswert des PFD und der strukturellen Eignung zu. Besonders bei einer grenznahen Einstufung zwischen zwei SIL, kann es angeraten erscheinen, den niedrigeren SIL zu nehmen. Durch Eingabe von erläuternden Texten in die Zeichnung kann die Transparenz der Berechnung erhöht werden. Mit Hilfe der allgemeinen Report-Funktionalität der Software können weitere alphanumerische Dokumentationen erstellt werden.

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Heftausgabe: Februar 2013

Über den Autor

Arno Schmidt, Planets Software

Arno Schmidt ist Produktmanager bei Planets Software

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