Carte d'entrée analogique triple redondante TRICONEX 3504E

TRICONEX 3504E carte d'entrée analogique triple redondante

La carte d'entrée analogique TRICONEX 3504E a une structure de redondance modulaire triple (TMR). Elle fait partie des composants centraux du système de sécurité instrumentée (SIS) et est principalement utilisée pour la surveillance et le contr?le de processus industriels critiques. Son principe de fonctionnement repose sur le mécanisme de vote "2oo3" (de trois à deux) et atteint une haute disponibilité et une tolérance aux pannes grace à une conception redondante du matériel et du logiciel. Voici une explication détaillée de son principe de fonctionnement :

Architecture de redondance modulaire triple (TMR)

La TRICONEX 3504E adopte une architecture TMR unique. Chaque carte contient trois canaux indépendants (A, B, C), et chaque canal a son propre processeur, sa propre mémoire et ses circuits d'entrée/sortie. Ces trois canaux traitent en parallèle les mêmes signaux d'entrée et échangent continuellement des données via le bus interne pour une comparaison en temps réel :

Répartition du signal d'entrée : Chaque canal re?oit indépendamment le même signal d'entrée analogique (par exemple 4 - 20 mA ou 0 - 10 V).

Traitement des données : Les trois canaux échantillonnent, numérisent et traitent simultanément le signal d'entrée.

Mécanisme de vote : Pendant la phase de sortie, le système effectue un vote "2oo3" sur les résultats des trois canaux - si les résultats de deux canaux ou plus sont cohérents, ils sont considérés comme une sortie valide. S'il y a une incohérence, une réponse de sécurité passive sera déclenchée.

2. Flux de traitement du signal

2.1 Conditionnement du signal d'entrée

Le signal d'entrée analogique est d'abord filtré, isolé et amplifié via le circuit de conditionnement du signal pour éliminer les interférences et adapter la plage d'entrée de l'ADC (convertisseur analogique-numérique).

Les circuits de conditionnement du signal de chaque canal fonctionnent indépendamment pour garantir qu'une seule panne n'affecte pas les autres canaux.

2.2 Conversion analogique-numérique (ADC)

Le signal analogique conditionné est converti en valeurs numériques (habituellement avec une résolution de 16 bits ou plus) par un ADC de haute précision.

Pendant le processus de conversion, l'ADC de chaque canal est échantillonné indépendamment, et le moment d'échantillonnage est synchronisé ou aligné via des algorithmes pour garantir la cohérence des données.

2.3 Traitement du signal numérique

Le signal numérisé entre dans les processeurs de chaque canal (habituellement des ASIC dédiés ou des microcontr?leurs) pour des traitements tels que la linéarisation, la conversion d'unités d'ingénierie et la vérification de plage.

Le processeur exécute simultanément un programme d'auto-diagnostic pour détecter les pannes matérielles dans le canal (telles qu'une panne de l'ADC, des erreurs de mémoire, etc.).

2.4 Comparaison des données et vote

Les résultats de traitement des trois canaux sont transmis à l'unité logique de vote via le bus de communication interne.

La logique de vote compare continuellement les données des trois canaux :

Si les trois sont cohérents ou si l'erreur est dans la plage autorisée, cette valeur est sortie.

Si l'écart d'un certain canal par rapport aux deux autres canaux dépasse le seuil, la panne de ce canal est déterminée et il est automatiquement isolé (appelé "déconnexion du canal").

Même si un seul canal tombe en panne, les deux autres canaux peuvent toujours continuer à fonctionner normalement pour maintenir le fonctionnement du système.

3. Détection des pannes et mécanisme de tolérance aux pannes

3.1 Auto-diagnostic au niveau matériel

Chaque canal est équipé de plusieurs circuits d'auto-diagnostic pour surveiller en temps réel l'état des composants clés, tels que l'alimentation, l'horloge, l'ADC, la mémoire, etc.

Si une panne matérielle est détectée, une alarme sera déclenchée immédiatement et le système sera averti de couper le canal.

3.2 Comparaison des données et vote

La comparaison continue des données sur les trois canaux est le mécanisme de tolérance aux pannes central de l'architecture TMR. En comparant les résultats incohérents, le système peut rapidement localiser et isoler les canaux en panne.

3.3 Réponse de sécurité passive

Si une panne empêche le système de maintenir le vote "2oo3" (par exemple lorsque deux canaux tombent en panne simultanément), la 3504E déclenchera des actions de sécurité passive (telles que la sortie de valeurs prédéfinies, la coupure de la boucle de contr?le ou l'activation du système de secours) pour garantir l'arrêt s?r du processus industriel.

4. Communication et intégration du système

Interface de communication redondante : La 3504E communique avec d'autres cartes TMR (telles que les cartes de processeur et les cartes de sortie) via des buses redondants (tels que le Triconnet de TRICONEX ou les buses industriels standard) pour garantir la fiabilité de la transmission des données.

Synchronisation au niveau du système : Toutes les cartes TMR sont synchronisées via l'horloge principale pour garantir la cohérence temporelle de l'ensemble du système de sécurité.

Interface de configuration et de diagnostic : Prend en charge la configuration, l'étalonnage et le diagnostic en ligne via un logiciel dédié (tel que TriStation), et permet la surveillance à distance de l'état de la carte et des enregistrements d'anciennes pannes.

5. Scénarios d'application

La TRICONEX 3504E est principalement utilisée dans les systèmes de contr?le critiques ayant des exigences extrêmement élevées en matière de sécurité et de fiabilité, tels que :

Systèmes d'arrêt d'urgence (ESD) dans l'industrie pétrochimique

Contr?le et protection des turbines à gaz

Circuits critiques non nucléaires du système de contr?le d'instrumentation de l'énergie nucléaire

Surveillance de sécurité des grands groupes électrogènes

Détection et contr?le des fuites dans le transport par pipeline