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O sistema SIS é a abreviação para Safety Instrumented System, ou seja, um sistema de instrumentação de segurança. Ele se desenvolveu a partir do ESD (Emergency Shutdown Device), ou sistema de parada de emergência, com o objetivo de fornecer proteção completa e em todos os aspectos durante todo o processo de partida e parada das instalações de produção. Com o aumento do tamanho das instalações petroquímicas e a complexificação dos sistemas de proteção por intertravamento, os sistemas SIS vêm sendo cada vez mais utilizados. SOE é a abreviação para Sequence Of Event, que se refere ao registro da sequência dos eventos. É utilizado para registrar o momento e o tipo de falha (parada) que ocorre. Geralmente, os sistemas SIS vêm equipados com seu próprio software SOE, destinado à análise de acidentes e à identificação de falhas. Como as instalações químicas modernas se tornam cada vez mais complexas, existem muitas causas que podem levar a paradas operacionais. Por isso, tanto os processos quanto os instrumentos dependem cada vez mais dos registros SOE para ajudar a identificar as causas dessas paradas. Endereço original: yunrun.com.cn/tech/1934.html 1. Razões pelas quais o SOE no sistema SIS é, atualmente, inútil Em muitos casos de produção, em comparação com a lógica de intertravamento, que é completa, rigorosa e detalhada, a maioria dos projetos não dá a devida importância à configuração do SOE. Isso faz com que o sistema SOE fique inoperante, sem conseguir ajudar efetivamente na análise e identificação das causas dos acidentes. Isso se manifesta principalmente nos seguintes aspectos: ① Os eventos relacionados às SOEs são desorganizados ； ②Existem muitas variáveis SOE; algumas delas, que não estão relacionadas aos eventos de estacionamento, se misturam com elas ； ③O tempo de registro do SOE e o tempo de registro das tendências do DCS (Sistema de Controle Distribuído) não são consistentes ； ④Bloqueio ao disparo do evento, falha no bloqueio ao restaurar ； ⑤As variáveis de entrada e as variáveis de saída estão misturadas ； Tudo isso se deve, principalmente, à falta de um planejamento geral para o SOE durante a configuração do sistema. Isso não só dificulta os testes lógicos posteriores, mas também complica a análise dos eventos após a entrada em operação. Changhui Instruments yunrun.com.cn 2. Estratégias de configuração do SOE no sistema SIS Diante dos problemas mencionados, a Changhui Instruments, com base em sua experiência acumulada ao longo de anos em manutenção, estabeleceu as seguintes estratégias de configuração para o SOE. ①Otimizar a variável SOE: o objetivo do SOE é ajudar na análise da sequência de ocorrência dos eventos, especialmente na análise de acidentes de parada. Nem todas as variáveis SIS precisam ser consideradas como variáveis SOE. Selecionar cuidadosamente as variáveis SOE, de modo a reduzir seu número ao mínimo, é o trabalho preliminar mais importante na configuração das SOE. O critério de seleção é se a variável é necessária para nos ajudar a analisar o acidente. As variáveis que fazem parte da lógica do processo, mas que não estão relacionadas ao evento de parada, como o temporizador de tempo, o status dos canais, as condições de operação do veículo, as variáveis de alerta relacionadas ao DCS e as luzes de aviso no painel de controle auxiliar, devem ser evitadas ao incluí-las nas variáveis SOE. Garantir que as variáveis SOE sejam todos os dados importantes necessários para analisarmos acidentes e identificarmos falhas. ②Otimização do ciclo de operação do sistema SIS. Os sistemas SIS são desenvolvidos com base em hardware de PLC (Programmable Logic Controller). O ciclo de varredura do sistema é determinado com base no tempo de resposta real do programa, além de um margem adequada. A tarefa do sistema SIS é monitorar os parâmetros do processo e exercer um “controle” final sobre quaisquer situações que possam causar consequências graves. A maioria das ações realizadas por esse sistema é irreversível. Assim que as condições de parada são ativadas, exige-se que o dispositivo a ser protegido pare de forma rápida, segura e estável, ficando em um estado seguro. Portanto, exigimos que o sistema tenha um ciclo de resposta rápido, uma carga de trabalho baixa e que alcance um alto nível de confiabilidade e segurança. Quanto menor for o período de varredura do sistema, menor será o número de registros que aparecem em um único ciclo nos registros SOE. Isso permite reduzir efetivamente a ocorrência de vários sinais de parada no mesmo período de varredura, facilitando assim a identificação de acidentes. De acordo com as exigências da norma “GB/T50770-2013 – Especificações para o projeto de sistemas de instrumentação de segurança em indústrias petroquímicas”, o tempo de resposta do controlador (tempo de leitura de entradas e saídas, mais o tempo de processamento) deve estar entre 100 e 300 ms ； A carga do controlador não deve exceder 50%. Como reduzir o tempo de execução do programa, mantendo a integridade lógica, a confiabilidade e a legibilidade, é outra tarefa importante na configuração de engenharia. a) Reduzir o trabalho de pré-processamento dos dados de entrada. Processos como a extração da raiz quadrada dos sinais, a linearização, o tratamento do ruído e a atenuação, que são comuns nos sistemas DCS, devem ser realizados, na medida do possível, fora do sistema SIS. Por exemplo, realizar a extração da raiz quadrada dos sinais e o processamento de amortecimento no transmissor local, bem como converter os sinais de temperatura em sinais padrão com antecedência, de modo a reduzir ao máximo a carga do sistema SIS. b. Utilizar de forma flexível tipos de dados e estruturas de dados simples. Ao utilizar os tipos de dados de maneira flexível na configuração de projetos, é possível reduzir efetivamente o consumo de memória e diminuir o tempo de processamento. Por exemplo, na configuração lógica, use o mínimo possível de operações aritméticas, substituindo-as por operações lógicas ； Quando for necessário usar operações aritméticas, prefira adição e subtração, e use multiplicação e divisão com menos frequência ； Quando não há operações como multiplicação, divisão ou extração de raízes, devem ser utilizados números inteiros em primeiro lugar ； Para valores analógicos utilizados apenas para intertravamento, se forem usados números inteiros, a faixa de medição é muito pequena, o que resulta em precisão insuficiente; nesse caso, é possível ampliá-la adequadamente (em múltiplos inteiros). Ao realizar operações de comparação numérica, use sempre os módulos de comparação, e utilize o mínimo possível, ou mesmo nenhum, os testes de igualdade ； Além disso, ao realizar operações com diferentes tipos de dados, é necessário tratar cada um deles de maneira separada, a fim de evitar sobrecargas indevidas no controlador e erros significativos. Por exemplo, nas operações de divisão, deve-se verificar se o divisor é zero ； A operação de extração de raiz verifica se o número cuja raiz é buscada é negativo ； Ao usar operações como multiplicação, divisão e extração de raízes, é necessário utilizar números em ponto flutuante; caso contrário, ocorrerão grandes erros nas operações. c. Use com cautela tipos de dados e algoritmos complexos. Os sistemas SIS atuais suportam vários linguagens de configuração, e, por motivos relacionados à proteção de direitos autorais e à legibilidade, foram desenvolvidas também muitas bibliotecas de funções. Essas ferramentas de configuração facilitam enormemente a implementação de funções lógicas. Mas, ao usá-lo, deve-se evitar uma lógica excessivamente complexa, que aumente a carga do controlador. Por exemplo, use a biblioteca de funções do sistema sempre que possível, e utilize construtores o mínimo necessário ； Use menos blocos funcionais (Function Blocks ou FB) e mais funções (Function ou FC), pois os blocos funcionais ocupam espaço de armazenamento separado ； Reduzir ou evitar o cálculo PID ； Reduzir o uso de instruções de repetição ； É estritamente proibido o uso de algoritmos recursivos, entre outros. Preservando a correta lógica, a segurança e a legibilidade, simplifique-se a estrutura lógica tanto quanto possível, com o objetivo de reduzir a carga do controlador. ③Agrupamento das variáveis SOE: A definição das variáveis SOE tem como principal objetivo auxiliar na análise das causas dos eventos, da ordem de execução das ações, entre outros. As consultas acima não são utilizadas simultaneamente; por exemplo, para buscar o motivo do estacionamento, basta inserir a sequência correta das variáveis ； Para analisar as ações, basta organizar a ordem temporal das variáveis de saída. Se as variáveis SOE não forem agrupadas previamente, os registros SOE podem misturar variáveis de entrada, variáveis de saída e variáveis intermediárias, o que dificulta a identificação e análise dos eventos. Além disso, às vezes um sistema SIS abriga simultaneamente a lógica de vários dispositivos ou áreas funcionais relativamente independentes, o que também exige a agrupação das variáveis SOE. É importante ressaltar que, dependendo do sistema, as variáveis SOE de muitos sistemas precisam ser agrupadas já na fase de definição. Portanto, no início da configuração do projeto, é necessário agrupar antecipadamente as variáveis SOE. a. Primeiramente, agrupe-se de acordo com as diferentes áreas funcionais do sistema, como, por exemplo, várias linhas de produção que operam em paralelo, ou o controle de vários equipamentos que são relativamente independentes entre si. Mesmo que essas séries de produção ou unidades de controle estejam distribuídas em diferentes controladores SIS, é necessário agrupar as variáveis SOE, pois esses controladores SIS podem compartilhar um mesmo servidor SOE. b. Agrupar de acordo com o tipo de entrada e saída; as variáveis intermediárias não devem ser incluídas ； Para os valores analógicos envolvidos na interligação, o valor lógico resultante da comparação por meio dos módulos de votação é considerado um ponto DI, e não como uma variável intermediária ； c. Para projetos que exigem um controle rigoroso do cronograma, a sequência das etapas de execução também é um parâmetro importante para analisar o processo dos eventos; portanto, deve ser agrupada separadamente. ④Sincronização de tempo (Time Synchronize): Para garantir a consistência nas tendências históricas e nos dados SOE entre os diferentes sistemas dentro de um mesmo dispositivo, é necessária a sincronização dos relógios entre esses sistemas. Por exemplo, no registro da SOE, o tempo da variável é o rótulo de tempo (Time Stamp) fornecido pelo controlador; ele é baseado no relógio do controlador ； E o relógio da estação SOE pode ser o relógio do PC da estação de engenheiros atual; os dois não necessariamente estão sincronizados ； Da mesma forma, ele também pode não ser o mesmo que o relógio da estação do operador. Só com um ponto de referência temporal é possível comparar e avaliar as tendências dos valores analógicos com os registros de eventos SOE. Existem muitos métodos de sincronização de relógios, como a sincronização por GPS (Global Positioning System), a sincronização por NTP (Network Time Protocol) e a correção de desvios por DCS. Às vezes, é necessário usar vários métodos de sincronização ao mesmo tempo. Ao realizar a sincronização de relógios, deve-se prestar atenção aos seguintes pontos: a) A unicidade da fonte de clock. Na coexistência de vários sistemas como DCS, SIS e ITCC, as estações de operação, estações de controle, estações de engenheiros e estações SOE dos diferentes sistemas mantêm o mesmo padrão de tempo, evitando a necessidade de sincronização repetida. b. O sistema único deve garantir a consistência e a direção unidirecional na transmissão de tempo entre as estações de operação e as estações de controle, em todos os níveis. c. Ao utilizar o método de correção de tempo, é necessário evitar o uso do tempo exato em horas inteiras (dia inteiro, semana inteira, etc.), a fim de prevenir erros significativos causados por mudanças bruscas no sinal. d. Ao corrigir os atrasos na transmissão do tempo, é necessário garantir que o sinal de tempo permaneça estável e livre de interferências. Além disso, deve-se usar corretamente os módulos de atraso, para evitar atrasos na transmissão do tempo. e. Verificar periodicamente a consistência dos sinais de relógio, para detectar prontamente erros na sincronização do tempo. Devido a interferências, falhas nos switches, problemas com os cabos e conflitos de endereços IP, o sinal de sincronização pode ser interrompido. Por isso, é necessário que os técnicos realizem inspeções periódicas, reiniciem o serviço de sincronização quando necessário ou corrijam manualmente os desvios na sincronização. ⑤O registro de inicialização e desligamento do SOE: em um conjunto de servidores SOE que possuem vários controladores SIS ou várias unidades ou dispositivos de controle independentes, os registros de SOE de cada unidade (dispositivo) desse sistema não necessariamente ocorrem ao mesmo tempo. Por exemplo, existem vários conjuntos de equipamentos de produção; alguns deles estão em funcionamento normal, enquanto outros estão passando por manutenções de rotina ； Algumas unidades (módulos, dispositivos) podem sofrer paradas temporárias. Nos dispositivos que passam por manutenção ou paradas temporárias, os registros SOE do sistema devem ser interrompidos. Caso contrário, durante o período de parada, serão gerados muitos registros inválidos devido a testes de intertravamento, testes de válvulas e ajustes no sistema. Esses registros não são úteis para analisarmos acidentes ou falhas, mas ocupam bastante espaço de armazenamento. Na verdade, a configuração padrão da maioria dos fabricantes de sistemas é a de iniciar automaticamente o registro SOE assim que o sistema DCS é ligado. Portanto, há muito espaço para otimização nessa parte. Por exemplo, o TS3000 da Tricon: o sistema oferece até 16 grupos de registros SOE, sendo que cada grupo pode armazenar no máximo 20.000 registros (buffer, FIFO). Cada grupo de registros SOE pode ter funções de inicialização, parada e limpeza configuradas. Dessa forma, em estações SOE que possuem muitos dispositivos, unidades, séries ou grupos de máquinas relativamente independentes, é possível definir de maneira adequada os grupos de variáveis SOE. Além disso, é possível estabelecer condições apropriadas para o início (parada, exclusão) do registro das informações SOE, garantindo assim que a estação SOE registre apenas as informações necessárias. Para alguns sistemas SIS cujos SOE utilizam software de terceiros, o registro do início e fim das operações do SOE é feito pelo computador principal. É necessário entrar em contato com o fabricante com antecedência para garantir que essas funcionalidades sejam implementadas. Além disso, ao configurar o SOE, é preciso prestar atenção ao fato de que alguns softwares do sistema, por padrão, registram apenas a hora do alarme e não a hora da restauração. Portanto, essas variáveis importantes precisam ser definidas manualmente. Os pontos acima são os principais problemas na configuração de SOE, além de serem áreas onde frequentemente surgem problemas durante a manutenção diária. Em resumo, o sistema SIS só consegue aproveitar ao máximo a função dos registros SOE por meio de estratégias de configuração como otimização adequada da lógica, redução das variáveis SOE, diminuição da carga nos controladores e agrupamento eficaz dos dados. Dessa forma, os registros SOE podem realmente servir como ferramentas para análise e diagnóstico de falhas. Autor: Xu Qiang, Centro de Operações e Manutenção da filial Qilu da Sinopec