simatic s7- 400f/fh systèmes de sécurité tolérance aux défauts

A&D AS V6 Folie 1Bernard Mysliwiec

CERN 22.06.2000SIMATIC S7-400F/FH

SIMATIC S7- 400F/FHSystèmes de sécurité

Tolérance aux défauts Bernard MysliwiecA&D AS V6

Tel.: 0911/895-4581

[email protected]



Sommaire

Buts

Structures Système de sécurité

Système tolérant aux défaillances

Concepts Programme pour la sécurité

Module de périphérie de sécurité

Highlights



Motivations

Pourquoi utiliser un système de sécurité ou tolérant aux défaillances?

Éviter les accidents et dommages en cas de défaillance

!

Garantir la plus grande sécurité possible aux hommes, aux machines et a l‘environnement



Important Standards

IEC 61508 Application-independent standard *) Functional safety of electrical / electronic / programmable electronic safety-related systems“

DIN V VDE 0801 Fundamentals for computers in systems with safety tasks

VDI/VDE 2180 Ensuring the safety of process plants using instrumentation and control

prEN50156 Standard for burner controls “Electrical equipment for burner systems…” (en)

EN 298 Standard for burner controls “Automatic gas burner control systems …”

EN 954 Standard for the safety of machinery “Safety related parts of control systems”

*) DIN V 19250 “Fundamental safety considerations for protection facilities in measuring and control technology”



Risk parameters:Severity of injury/damage

Frequency and/or exposure time to hazardF1: Seldom to quite oftenF2: Frequent to continuous

Possibility of avoiding the hazardP1: Possible under specific conditionsP2: Scarcely possible

Probability of occurrence ofthe undesired event *)

)* W1: Extremely low W2: Low W3: Relatively high

1

2 (1)

3 (1)

5 (3)

7 (4)

8 (4)

S1P1

P2P1

P2

F1

F2

S2

S3

S4

F1

F2

W3 W2 W1

DIN requirementclasses(... ) IEC-SIL

-

2

2 (1)

3 (1)

4 (2)

5 (3)

6 (3)

7 (4)

-

-

1

2 (1)

3 (1)

4 (2)

5 (3)

6 (3)

S1: Slight personal injury; minor environmental damageS2: Serious irreversible injury to one or more persons or the death of a person; temporary serious environmental damageS3: Death of several people long-term serious environmental damageS4: Catastrophic effects, many deaths

4 (2)

6 (3)

Safety Risk (2)



The task for safety engineering: Reducing the safety risk to the limit risk by using suitable measures

Limit risk(acceptable risk)

Risk withoutprotection measure

Actual residualrisk

Risk parameters: Hazard identification and analysis Risk assessment and classification

Necessary minimum reduction in risk

The task for safety engineering:

Safety Risk (1)



Risk Consideration

Failsafe (F-...)Property of a system that uses suitable organizational and technical measures either to prevent hazards

deterministically or to reduce them to a tolerable level.

Risiko derRisk of the controlledequipment Risiko

Acceptable riskRest-Risiko

Residual risk

Necessary risk minimization

Actual risk minimization

Risk minimization achieved through all safety systems and e.g. organizational measures

From IEC 61508:

Partial risk covered by other technologies (mechanical, optical, etc.)

Partial risk covered by electronic and electrical safety systems

Partial risk covered by external facilities and measures

Growing risk



Domaines d‘application

Chimie, Pétrochimie

Produits de base

Environnement

!

Production d‘énergie

Système de manutention

Presses

Lignes de fabrication Transport de personnes

et beaucoup d‘autres



Intégration complète dans le système

Safety Integrated: une gamme complète de produits pour des applications de

sécurité

Communication via PROFIBUS-DP (PROFISafe)

Automatisation et Sécurité intégrée

Totally Integrated Automation: Des solutions d ’automatisation

pour l ’avenir

Triple continuité (Programmation, mémorisation, communication)

Réduction sensible des coûts d ’ingénierie

T.I.A.



Caractéristiques

Base sur l‘automate de disponibilité S7-400H CPU 417-4H avec bibliothèque spécifique de

fonctions de base de sécurité

Logiciel particulier de paramétrage des fonctions de sécurité

Programmation en CFC

Traitement de programmes Standard et de programmes de sécurité

Blocs d‘entrées/sorties de sécurité (F-SMs)

Protocole spécifique pour communication de sécurité (PROFISafe)

ET 200 M-F



S7-400FSystème de sécurité S7-400 F

Classes de sécurité: SIL 3 / AK 6 / Cat.4

Communication standard et de sécurité via standard PROFIBUS-DP

Blocs d’E/S spécifiques pour les fonctions de sécurité



Architecture: Îlot de sécurité en mode mixte

PCStandard-Progr. software• STEP7• CFC• HW-Config• WinCC Integration in PCS7/ TIA

F-Programmingtool• F-FB-Library• F-Tool• OMs for F-SMs

RU

N-P

RU

NS

TO

PC

MR

ES

1 Standard-CPU 417-4H F-Application programmF-FBs with time diversitary redondancy

Standard-ProfibusDP PROFISafe-Safety profil

F-SMs in ET 200M



S7-400F/FHSystème S7 tolérant aux défaillances

Disponibilité Deux CPUs

Structure de bus redondante

Modules de périphérie

SIL 3 (AK 6) Pas de limite de temps en

marche dégradée



Architecture: mode twin et modularité

RU

N-P

RU

NS

TO

PC

MR

ES

red. CPUS7-400FH

redondant Standard-SMs

redondant Profibus DP

redondant F-SMs

RU

N-P

RU

NS

TO

PC

MR

ES

PC

Programmes Standard- et de securite- dans une CPU

Standard- et F-SMsun seul Profibus DP

Communication Standard- et PROFISafe- via Profibus DP



Ilot F protégé

Programme de securite

CPU-Systeme d‘exploitation

Standard proramme application

CPU-Hardware

Telegramme securise

CEM, tout types de defauts

Modules dePeripheriede securite

(F-SM)



Traitement double par des instructions diversitaires

Operanden

Codierung

DiversitäreOperanden

Operation

DiversitäreOperation

Ergebnis

DiversitäresErgebnis

Vergleich Stop

ZeitZeitredundanz

A, B

/A, /B

C

D = /C

bei D /C

UND

ODER

Redondance temporelle et Diversité sans redondance structurelle

S7-F concept: Redondance temporelle diversitaire

Traitement logique du programme et contrôle de flux des données



S-7F Concept:Programmer avec des blocs CFC certifiés TÜV

CFC



S7-400F/FHStructure du programme applicatif

Programme StandardOB1

programme Failsafe(OB35)


programme Failsafe (OB35)




S7-F Composants logiciels

F-Programmingtool 6ES7 833-1CC00-0YX0

including F-Blocks library

F-Copy Licence, for one F or FH system 6ES7 833-1CC00-6YX0 including TÜV stickers

CFC V5.1 6ES7 813-0CC04-0YX0if not installed

S7-SCL V5.1 6ES7 811 0CC04-0YX0 if not installed

Dokumentation Systeme de securite, Ausgabe 1, 12.99, Bestell-Nr. 6ES7 988-8FA10-8AA0



Module de périphérie de sécurité (F-SMs)

Architecture 1oo2 Microcontrôleur redondants Diagnostic de défauts internes et externes par exemple:

Comparaison des deux microcontrôleurs Autotests des microcontrôleurs Tests des entrées et des sorties Les signaux d‘entrées sont lus par les deux microcontrôleurs et

analyse de discordance des signaux d‘entrées redondés Relecture des signaux de sortie et analyse de discordance

deuxième circuit de coupure pour les sorties SIL2 ou SIL3 par paramétrage l‘unité centrale dispose des informations d‘état et de défaut Communication avec la CPU via PROFISafe



S7-F - Architecture des modules E/S

Microcontroleur

Etage de sortie

Liaisonsure

Interface Bus

Deuxieme moyen de coupure

(avec relecture)

L+

F-DA

Microcontroleur

BorniersSortie Alimentation externe



S7-F SMsModules d‘entrées et de sorties de sécurité

SM326F, DI 24xDC24V,de sécurité, 6ES7 326-1BK00-0AB0avec alarme de diagnostic

SM326F, DI 8xNAMUR [EEx ib], de sécurité, 6ES7 326-1RF00-0AB0 avec alarme de diagnostic

SM326F, DO 10xDC24V/2A, commutant a P, 6ES7 326-2BF00-0AB0de sécurité, avec alarme de diagnostic

SM336F, AI 6x14Bit, de sécurité, 6ES7 336-1HE00-0AB0avec alarme de diagnostic



Highlights du Produit

Peripherie decentralisee de securite via PROFIBUS Coexistence de

fonctions de securite et fonctions standard dans une meme unite centrale dans un seul bus PROFIBUS

Tolerance aux defaillances par Redondance independante des CPU, PROFIBUS et des modules de peripherie

Integration dans TIA / PCS7 SIL 3 / AK 6 / Categorie 4 dans une seule CPU Ouverture par

raccordement direct de tous les composants PROFISafe



S7-400F/FHIntegration systeme

S7-400

PROFIBUS or industrial Ethernet optional

redundantStandard Ethernet

PC

Engineering

S7-400 S7-400H

PC

PC PC

S7-400FH

ESD,Boiler-

protection

ESD,Boiler-

protection



SIMATIC S7 - Concept d‘installations de securite et tolerantes aux defaillances

Plant

Proces

Field

PROFIBUS/ Ethernet

Profibus-DP

RedSV

SW-Redundanzwarm standby

RedundanterDP-BUS

Red. IM 153

Medien-Redundanz

ServerParallel-Redundanzmit Archivabgleich

ClientsParallel-Redundanz

PC-Netzwerk / Terminalbus

Medien-Redundanz

HochverfügbareKommunikation

F

F-CPU

Profibus-DPIM 157 (DP-PA-Link)

DP-PA Koppler

RedundanterDP-BUS

Red. IM 157

F- Peripherie

F

FRed. Peripherie

F

H/FH-CPUs (hot standby)

Red. IM 153

möglicheF- PA-Geräte

Red. IM 153F- Peripherie

möglicheF- DP-Geräte



A&D Safety IntegratedSecurite garantie SIEMENS

Toujours une longueur d‘avance!

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