Im ersten Teil dieses Beitrages wurde die Notwendigkeit von intermodularen Sicherheitskonzepten zur Beherrschung intermodularer Risiken hergeleitet und begründet. In diesem zweiten Beitragsteil wird das hierzu entwickelte Konzept einer funktionalen Sicherheitsschicht für den modularen Anlagenbau vorgestellt. Analog zur betrieblichen Orchestrierung auf dem Process Orchestration Layer, wird für die Sicherheitsorchestrierung der Begriff des functional Safety Orchestration Layer vorgeschlagen. Zur Reduktion des damit einhergehenden Engineering-Aufwandes werden eine Kommunikationsarchitektur konzipiert, Varianten zur Vereinfachung des Safety-Engineerings beleuchtet sowie die Implementierung einer serviceorientierten Kommunikation über sogenannte Safety-Services integriert. Diese Aspekte sollen in einem Safety-MTP zusammengeführt werden. Abschließend wird die hardwaretechnische Umsetzung eines intermodularen Safety Integrated System beschrieben und anhand eines einfachen Demonstrators validiert.
Die Standardisierung der automatisierungstechnischen Schnittstelle von Process Equipment Assemblies (PEA) durch das Module Type Package (MTP) gemäß VDI/VDE/NAMUR 2658 ermöglicht der Prozessindustrie neue Methoden zur Flexibilisierung von Anlagen. Während das übergeordnete Ziel, gefährliche Zustände prinzipiell zu vermeiden selbstverständlich weiterhin bestehen bleibt, sind insbesondere bei flexiblen Anlagenstrukturen zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen notwendig. Da nicht jederzeit und vorausschauend alle sicherheitsrelevanten Szenarien abgedeckt werden können, wird in diesem ersten von zweiBeitragsteilen eine Sammlung von Anforderungen an die funktionale Sicherheit in modularen Anlagen vorgestellt. Das besondere Augenmerk liegt dabei auf sicherheitsrelevanten Aspekten die über die PEA-Grenzen hinweg gehen. Diese Betrachtungen sind für PEA-Hersteller in Planung sowie Bau relevant und geben Betreibern einen Überblick, welche Sicherheitsmaßnahmen auf Anlagenebene (intra- sowie intermodular) umzusetzen sind. In einem anschließenden zweiten Beitragsteil, der in Ausgabe 10/2020 veröffentlicht wird, wird ein Konzept zur Umsetzung einer intermodularen Sicherheitsverschaltung vorgestellt und an einem Demonstrator validiert.
The modularization of process plants addresses the need for flexible production options in the process industry. In order to maintain the advantages of the adaptability of modular plants, an adaptation of established engineering methods and procedures to their dynamic context of use is required. This paper describes the development and the features of a demonstrator, which makes it possible to investigate aspects of modular plant topology, the design of modular process units, and the functional safety of modules and plants. During the engineering of the modules, modular planning principles are applied and evaluated with respect to the requirements for functional safety and with a strong focus on the modification of safety systems through the exchange of PEAs and FEAs. For the design and modification of the safety systems, a safety life cycle, which meets the requirements of modular automation and takes the provisions of IEC 61508 and IEC 61511 into account, is applied. Practical insights into the construction and the implementation of the distributed Safety Instrumented System as well as the Basic Process Control System are described. In addition to the validation of safety concepts related to the interconnection of Safety Instrumented Functions, the demonstrator is used to study human working environments in modular plants.
To leverage the full potential of cyber-physical production systems (CPPS) in terms of flexibility and adaptability, the development of such systems must go beyond digitization and modularization. During the engineering and operation of CPPS, humans are essential enablers for the system’s changeability. In this paper, we propose a model of an iterative conducive design process that incorporates perspectives and competencies from several research disciplines such as process control, industrial engineering, computer science, and instructional and cognitive psychology. The goal of this approach is to enhance human-machine interaction and to realize efficient functioning of the system via a combination of the unique potentials provided by humans and the system. The proposed iterative approach is exemplified on a practical level in the engineering of a demonstration plant that tests safety systems for modular plants.
Die Flexibilisierung modularer Anlagen stellt die Vorgehensweisen zur Risikoreduktion mit PLT-Sicherheitseinrichtungen vor neue Herausforderungen. Um Flexibilitätseinbußen zu verringern, muss der gesamte Sicherheitslebenszyklus sowie die darin enthaltenen Tätigkeiten für die Anforderungen der modularen Automation angepasst werden. In diesem Beitrag werden die bestehenden Lebenszyklusmodelle aus IEC 61508 und IEC 61511 hinsichtlich ihrer Eignung für die Anwendung in modularen Anlagen untersucht. Dafür werden die Anforderungen aus Sicht der Process Equipment Assemblies und modularen Anlagen aufgelistet, die einzelnen Phasen der Normen dagegen verglichen und entsprechend ihrer Eignung bewertet. Zur Evaluierung wurden die abgeleiteten Sicherheitslebenszyklen im Rahmen mehrerer Fokusgruppen-Workshops mit Fachexperten auf die Erfüllung der normativen Anforderungen sowie auf Verständlichkeit und Durchführbarkeit geprüft. Das Ergebnis ist jeweils ein Sicherheitslebenszyklus für das PEA- sowie das Anlagenengineering, in dem die Anforderungen umgesetzt wurden.
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