Présentation 13 sept 2011 ff association france

© 1999 – 2008 Fieldbus Foundation1

Bus de terrain FF France

Rencontre clients du 13 Septembre 2011


Programme

• 9:00 INTRODUCTION : Samuel SAMOUELIAN, MTL

• 9:15 TECHNOLOGIE : Christian MARTZ, ABB

• 10:00 FF en ZONE DANGEREUSE : Christophe PARIS, PEPPERL & FUCHS et Fabien ROY, STAHL

• 10:30 PAUSE

• 11:00 DEMONSTRATIONS

– INTEGRATION - contrôleur et instrumentation de terrain en zone normale et ATEX - Maître d’œuvre, Laurent RAILLIER, Schneider Electric

– MAINTENANCE - contrôleur et ensembles capteurs / actionneurs en mode standard et en mode de protection sécurité intrinsèque - Maître d’œuvre, Christian MARTZ, ABB

• 11:40 NEWS

– DIAGNOSTICS - Dominik BRAND, ENDRESS HAUSER

– SIS - Laurent RAILLIER - Schneider Electric

• 12:20 CONCLUSION - Stéphane VANOUCHE, ASCO NUMATICS

• 12:40 BUFFET - MINI-SALON


FieldBus Foundation Comité Marketting France

• FF France a été crée en Juin 2005

• Regroupe un ensemble d’industriels qui désirent promouvoir la Technologie FF en France

• L’objectif est de faire connaître cette technologie et d’aider les entreprises Française à l’apréhender

• Nous sommes membre du réseau FF EMEA et FF Monde

• Retour d’expérience et participation aux groupes de travail FF pour l’évolution technique


Association Bus de terrain FF Association Bus de terrain FF FranceFrance

PEPPERL ET FUCHS

•Promouvoir la technologie FF•Développer le marché en France et Afrique de Nord


Signaux d’Instrumentation

• Les communications Digitales sont la prochaines étape technologique dans le monde de l’automatisation des process.

1940 1960 1980 2000

TechnologieDominante

Time

PneumatiquePneumatique

DigitalDigitalPropriétairePropriétaire

AnalogiqueAnalogique Bus de TerrainBus de Terrain


Positionnement des Bus de TerrainB

it-Le

vel

Equ

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Con

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Info

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Discrete Process Continu

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T


• Blocs de Fonction

• Données Communes

• Base de temps Commune

• Déterminisme

• Principe Publication / Souscription

• Haute disponibilité

• Diagnostiques

• SIL

• Management de réseau normalisé

La technologie FF intègre les principaux aspects de ce que ARC appelle “The Collaborative Process Automation System”.

FF – Une architecture dédiée au Contrôle de Processus


Perform

anceEmploi des

Ressources, Rendement,

Qualité, Disponibilité &

Sécurité, Capacité de production

coûts

Consomation d‘Energie & de

Matières premières, Stocks, Main d‘oeuvre et

Capitaux investis

Les véritables objectifs des

utilisateurs d‘Automation

Source: Bayer Technology

Services GmbH

FF – Au service des bénéfices de l’entreprise


Données de Marché

68% des projets développés avec La technologie FOUNDATION Fieldbus

Plus de 12 000 Systèmes &1 Million d’Instruments installés


NA27%

LA5%

AP24%

EMEA44%

Data from ARC

Répartition GéographiquePlus de 12 000

Systèmes &1 Million

d’Instruments


Oil & Gas 17%

Refining15%

Chemical23%

Electric Power10%

Other6%

Food & Beverage

4%

Pulp & Paper5%

Water & Waste Water

4%Mining & Metals

3%

Petrochemical10%

Pharmaceutical

3%

Data from ARC

Types d’industries


Quid de la France ?

• Des statistiques qui montrent qu’on peut améliorer les choses…

• 20-30% des boucles de régulation en “manuel”

• 75% des boucles pas ou mal réglées

• Les arrêts non prévus sont la principale source de perte de revenus dans les usines

• 86% de la maintenance est réactive (trop tardive) ou préventive (pas forcément nécessaire)


CONCLUSIONSCONCLUSIONS

• Notre message :

• Oui, la technologie FF est au point, l’offre existe

• Oui, l’interopérabilité est effective

• Oui, FF peut apporter des gains très importants

• Oui, FF est utilisable sur des unités neuves ou existantes

• Oui, FF est intéressant pour d’autres secteurs d’activités

que la pharmacie, la chimie fine,…

• Oui, FF contribue à la compétitivité des sites industriels

français


Rejoignez nous au sein de FF FRANCE…Rejoignez nous au sein de FF FRANCE…

IntégrateursIntégrateurs

End UsersEnd Users

Pensez à FF pour vos prochains projets!Pensez à FF pour vos prochains projets!


Bus de terrain FF France

Technologie

Christian MartzChristian Martz

ABB FRANCEABB FRANCE


Conception, Conception, communication,communication,Application Application


Sommaire Sommaire

• Architecture générale

• Les blocs

• Les communications : " LAS "

• Description d’appareil : " DD “

• Application


H1• Conçu pour le procédé (transmetteurs, vannes…)• Réseau numérique dédié aux équipement de terrain• Communication bi directionnelle – 31,25 kbit/s• Paire torsadée - utilisation possible du câblage

existant• Equipements alimentés par le bus• Sécurité Intrinsèque • IEC 1158

FF – Conception et architecture:FF – Conception et architecture:H1 et HSEH1 et HSE

Bus de terrain: H1H1

Coupleur ou contrôleur

Ethernet rapide:HSE

Coupleur “Linking Device”

Segments

HSE - High Speed Ethernet • Conçu pour interconnexion des bus H1, des sous –

systèmes , PLC…• 100 Mbit/s, câblage Ethernet, selon IEEE820.3• Support toutes les fonctionnalités de H1 ainsi que les

blocs spécifiques « Flexible Function Blocks » (FFBs)• IEC 1158


FF - FF - ComposantsComposants du bus de terrain du bus de terrain

TerminaisonTerminaison

Boite de jonctionBoite de jonction

TerminaisonTerminaison

Interface H1Interface H1

HMIHMI

AlimentationConditionneurAlimentationConditionneur

E/S DéportéesE/S Déportées

Barrière sécuritéintrinsèqueBarrière sécuritéintrinsèque

CâbleCâble

AfficheurAfficheur

DI/DO

MultiplexeurtempératuresMultiplexeurtempératures


FF- FF- TopologieTopologie H1 H1

HSE

Cartes Système

Système

Point à Point

Bus avec brins

Arbre

BJ

Chaîne(peu conseillé)

FF permet de combiner plusieurs topologiesFF permet de combiner plusieurs topologies



• Les blocs



• Application


Bloc Transducteur

Bloc Fonction

BlocRessource

Bloc RessourceDécrit les Caractéristiques physiques de l’équipement :- Repère- Constructeur- N° Série

Bloc FonctionDécrivent la stratégie de contrôle- AI, AO, DI, DO, PID, etc.- Blocs configurés par le Host pour mettre en place une stratégie de contrôle- Liens sur le Bus de Terrain

-

Bloc TransducteurInterface avec les Capteurs :- Type de capteur- Données de Calibration- Information & Diagnostic

FOUNDATION™ fieldbus: Les BlocsFOUNDATION™ fieldbus: Les Blocs


Validation des Validation des mesuresmesures

• A chaque transmission, le signal est accompagné d’un état (“status”)

• A la fois le signal et le status sont utilisés pour les stratégies de contrôle


Exemple de Exemple de contrôle sur le terraincontrôle sur le terrain

I/PFT

AO 110

PID 110

AI 110

Blocs de fonction dans le DCS

FC

FT

AO 110AI 110

PID 110

Avec Fieldbus, les blocs de fonction de contrôle

peuvent être distribués au niveau des instruments de

terrain


Blocs de fonction basiqueAnalog InputAnalog Output Bias & GainControl SelectorDiscrete Input Discrete OutputManual LoaderPD ControlPID ControlRatio Control

Contrôle de Procédé “basique”

Blocs de fonction avancéeAnalog AlarmArithmeticDeadtimeDevice ControlInput SelectorIntegratorLead/LagSetpoint Ramp GeneratorSignal CharacterizerSplitterTimer

Contrôle de Procédé avancé

H1 + HSE

Blocs de fonction flexibles - BasiquesMultiple Input/Output - 8 Channel I/O

Discrete and Analog Remote I/O and Data Acquisition

Blocs de fonction flexibles – Spécifiques (IEC 61131 -3)

Batch/Discrete/Hybrid Control Sequencing – Startup/Shutdown Variable Speed Drive Control Gateways to Other Protocols Supervisory Data Acquisition Advanced I/O Interfacing Multivariable Control and Optimization

Contrôle Batch/Logique/Hybride

Les différents Blocs de FonctionLes différents Blocs de Fonction

SIS Function BlocksAnalog InputAnalog ComparatorDiscrete Input Discrete OutputLock

Safety Instrumented Systems

Les Blocs de fonction suivent le standard IEC61804



• Les blocs



• Application


Séquenceur actif du segment Séquenceur actif du segment LAS (Link Active Scheduler)LAS (Link Active Scheduler)

– Gère les communications sur le réseau– Gardien du « temps »– Garantit le séquencement des messages de données

de processus - Contrôle « déterministe »– Contient la « liste à jour des produits connectés »– Redondance possible (carte H1 ou équipement)

Communication Acyclique

(Non synchronisée)

Communication cyclique

(synchronisée)


Redondance LASRedondance LASLAS Redundancy

Link Master(Primary LAS)

Basic Device

Link Master backup(LAS Backup)

Basic Device

Link Master

LAS

LASLAS


Quand c‘est le moment pour un instrument d‘envoyer un buffer, le LAS envoie un message CD (Compel Data) à l‘instrument.

Dès réception du CD, l‘instrument diffuse les données du buffer à tous les instruments du réseau.

Transferts planifiés: Transferts planifiés: Publieur / SouscripteurPublieur / Souscripteur

Utilisés pour les échanges cycliques des données des boucles de régulations entre les instruments du réseau.

LAS

ABC

Device A

Publieur

CD

Device B

Souscripteur

Device B

Souscripteur

message


Quand l‘instrument reçoit le jeton, il est autorisé à envoyer des messages jusqu‘à ce qu‘il ait fini ou que le temps maximum d‘utilisation du jeton ait expiré.

Le message peut être envoyé vers des destinations uniques ou multiples.

Transferts non planifiés: Transferts non planifiés: Passage de jetonPassage de jeton

Utilisés pour les modifications initiées par l‘utilisateur. Cela inclus les changements de consigne, de paramètres et les transferts de configuration.

LAS

ABC

Device A

PT

Device B Device B

messages



• Les blocs

• Les communications : ordonnancées, non ordonnancées

• Description d’appareil: " DD “

• Application


H1 Device

BlocFonction

H1Stack

DD

RegisteredH1 Device

H1Testers

RegisteredDD

DD : Driver d’appareilDD : Driver d’appareil

Le stack H1 doit passer le test de conformitéLes blocs fonction doivent être conformes au standardLe device doit passer le test d’interopérabilité



• Les blocs

• Les communications : ordonnancées, non ordonnancées

• Description d’appareil: " DD “

• Application


Blocs Fonctions :

Application

Boucle de régulation : Application à partir des blocs fonctions

PID

AO

AIVCR


Example Macrocycle

Device 2Device 1

VCR

AI25 ms

VCR20 ms

PID50 ms

AO40 ms

Tm = 135 ms + x


Macrocycle détaillé

A

B

C

D

A: exécution simultanée des blocsB: transmission séquentielle par le bus

C: applications multiplesD: exécution multiple pendant le macrocycle


Guides techniquesGuides techniques• Pour plus de détails vous pouvez télécharger la dernière version du guide

d’installation et de câblage de sécurité intrinsèque AG163 sur http://www.fieldbus.org


Le Bus de Terrain FFAVANTAGES


Bénéfices Bénéfices

• Une norme et une technologie

• Réduction des coûts des Investissements (CapEx)

• Réduction des Coûts de Maintenance (OpEx)

• Structure ouverte : échanges avec les autres bases de données


Le Bus de terrain FFLe Bus de terrain FF

Norme mondiale

• Engagement de tous les constructeurs de produits

• Engagement de tous les vendeurs de systèmes.

Avantages Technologiques

• Est purement numérique

• Possède un langage de description des produits (EDDL)

• Supporte la sécurité Intrinsèque sans modification de câblage

• Garantit le séquencement des messages de données de processus - Contrôle « déterministe »


WiringWiringcomponentcomponent

PowerPowerConditionerConditioner

Développement en cours de la partieDéveloppement en cours de la partiesécurité fonctionnelle (SILsécurité fonctionnelle (SIL))

T

T

Conception et ArchitectureConception et Architecture

Choix du matériel et de la topologieChoix du matériel et de la topologie

Limitation de l’énergie pour les zones ExLimitation de l’énergie pour les zones Ex


Outils de diagnostics RéseauOutils de diagnostics Réseau

Courtesy of P+F


DD et Blocs de FonctionDD et Blocs de Fonction

– Les Descripteurs de Produits (DD)

– Auto reconnaissance et Auto adressage des équipements (Plug & Play)

– Structure Commune de Blocs de Fonction - AI, AO, DI, DO, PID, etc.


Le seul bus Le seul bus qui permette le contrôle sur le terrainqui permette le contrôle sur le terrain

I/PFT

AO 110

PID 110

AI 110

Blocs de fonction dans le DCS

FC

FT

AO 110AI 110

PID 110

Avec Fieldbus, les blocs de fonction de contrôle

peuvent être distribués au niveau des instruments de

terrain


H1 Device

BlocFonction

H1Stack

DD

RegisteredH1 Device

H1Testers

RegisteredDD

Enregistrement des Enregistrement des devicesdevices

Le stack H1 doit passer le test de conformitéLes blocs fonction doivent être conformes au standardLe device doit passer le test d’interopérabilité


FDI = Future Device IntegrationFDI = Future Device Integration


Réduction des CoûtsRéduction des Coûts

• Réduction du coût total de possession

• CapEx – Matériel, Encombrement des locaux techniques, Étude, Mise en Exploitation.

• OpEx – Diagnostics avancés, Réduction du nombre d’interventions de test.


CapExCapEx Economies d’Etudes Economies d’Etudes

0 5 10 15Hours

Traditional

Fieldbus

Tâche Temps / Produit

Traditionnel Fieldbus

Développement de la stratégie de contrôle (PID)

2 1

Développement des index des instruments / production

0.5 0.5

Assignation des adresses d’E/S 0.3 0.1

Développement de la liste des E/S 1.5 0.5

Conception / documentation des schémas des boucles de contrôle

4 2

Conception / documentation des panneaux de répartition des câbles

.3 0

Conception / documentation des boîtiers de connexion

.3 0.1

Liste des câblages et terminaisons 2.25 0.7

Configuration des instruments et préparation à la mise en exploitation

0.5 0.5

Total 11.65 5.4


CapExCapEx Mise en Exploitation Mise en Exploitation

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Loop Integrity Calibration Total

Analog

Fieldbus


CapExCapEx Démarrage Démarrage

Minutes / Device

0 200 400

Traditionnel

FieldbusTerminations

Loop Checks

Configuration

Troubleshooting


• Câblage et Rack

• Junction box

• Passage de Câble

• Marshalling

Système conventionnel

Système FF

Armoire Cable

350 I/O points

CapExCapEx Réduction espace nécessaire Réduction espace nécessaire


OpExOpEx Déplacements sur site évités grâce Déplacements sur site évités grâce aux Diagnostics à Distanceaux Diagnostics à Distance

63%

Vérifications Périodiques

Pas deDéfaillance

Instrumenten Panne

Lignesd’Impulsion

Décalagedu Zéro

Dérive deCalibration

Source: Dow Chemical Company

35%28%

20%

6% 6%4%

0%

10%

20%

30%

40%

50%


OpExOpEx La Maintenance Prédictive associée La Maintenance Prédictive associée à FF a un Impact significatif sur les coûtsà FF a un Impact significatif sur les coûts

-60 -40 -20 0 20 40

Unplanned Breakdowns

Inventory Costs

Downtime

Defects

Equipment Life

Workforce Efficiency

Equipment Productivity

% Improvement vsTraditional Maintenance

-60 -40 -20 0 20 40

Unplanned Breakdowns

Inventory Costs

Downtime

Defects

Equipment Life

Workforce Efficiency

Equipment Productivity

% Improvement vsTraditional MaintenanceIMPACT (%) comparé à la maintenance traditionnelle

Productivité des Équipements

Efficacité des équipes

Durée de vie des Équipements

Défaillances

Temps d’arrêt

Coût des stocks

Pannes intempestives


Une autre façon de TravaillerUne autre façon de Travailler

• Nécessite la prise en main d’une nouvelle mine d’informations – Intégrant le déploiement de la Maintenance Prédictive sur le terrain

• Systèmes en Réseau plutôt que centralisés

• Produits Standards utilisés à tous les niveaux, Bus, système, Logiciels et Technologies réseau


Une meilleure façon de travaillerUne meilleure façon de travailler

• Foundation fieldbus augmente l’efficacité – En améliorant la Qualité du Produit, la Rendement du

Processus et la Disponibilité des Équipements

– En abaissant les Coûts d’exploitation et de Maintenance, de Maintien de la Sécurité, des Énergies et des Pertes



• OpEx - Petrochimie– 10% de gain en fluidité de processus, « nous travaillons de

façon plus efficace » (Greg Flinn, Callery Chemical) – 30% d’augmentation de capacité sans personnel ajouté

(Jody Verret, Calcasieu Refining)– 20% d’augmentation de l’efficacité globale du site

(Richard Lemaire, Agrium Inc.)– 25% d’augmentation en capacité sans ajout de personnel

(Randy Soileau, Witco)• « La qualité du Gaz est supérieure aux spécifications du Grade

A » (Liu Yi, Changqing)



• OpEx - Pharmacie / Agro-alimentaire– 25% de réduction en temps de maintenance

(Tim Durham, Ingomar Foods)– 40-65% de diminution des temps de maintenance grâce aux

documentations générées de façon automatique et aux test d’instruments

(Davide Spendore, ACS Dobfar)• « Une planification Plus efficace de nos activités de

maintenance » (Ian Campbell, SmithKline Beecham)• La documentation automatique des activités de maintenance

élimine l’écriture à la main de rapports et les coûts associés. (Ian Campbell, SmithKline Beecham)


Bénéfices Bénéfices • Réduction des coûts des Investissements (CapEx)

– Réduction significative des longueurs de câbles

– Moins de ressources humaines – Mais plus qualifiées

– Requiert moins d’espace en salle de contrôle

– Configuration de boucle en mode fonctionnement, Réduction des temps de démarrage

• Réduction des Coûts de Maintenance (OpEx - TCO)

– Architectures bien structurées

– Base de données intégrées

– Vaste potentiel de diagnostics de maintenance

• Structure ouverte : échanges avec les autres bases de données

– Instruments de terrain

– Matériel de bureautique

– Systèmes de maintenance (SAP, MAXIMO)

– Systèmes de gestion de production (SAP, OSI PI)


Stratégie de sécurité en zone Atex

Christophe ParisResponsable Grands Comptes

PEPPERL&FUCHS France

Fabien RoyResponsable Solutions Globales

STAHL FRANCE



Réseaux en zone Atex

Réseau avec instruments en SI (zone 0, zone 1)

Réseau avec instruments en Ex d, …etc. (zone 1)

Réseau avec instruments en Ex nl ou Ex ic (Zone 2)


Topologies possibles

Réseau en sécurité Intrinsèque

Concept FISCO

Concept High-Power Trunk


Réseau en Sécurité Intrinsèque

Instruments de SI

Spurs

Isolateur EEx i

Nombre d’instruments max : 10Longueur de réseau max : 1Km pour IIC

Longueur de spur max : 60m Documentation complète à fournir

Boites de jonction passive

TerminaisonDe réseau


Réseau en Sécurité Intrinsèque / Contraintes

Le nombre max. d’instruments dépend de :

Courant de sortie de l’alimentation : 100mAConsommation des participants : 10..12..mA

Chute de tension le long du câble : Longueur ?

- Pas de Protection : Si 1 instrument en court-circuit, tout le réseau est HS.- Peu d’Instruments par rapport à un réseau Hors zone

utilisation de boites de jonction active : - Plus de risque de Court-circuit

Mais : la consommation de ce type de boîte diminue encore le nombre d’instruments.Risque : Nombre d’Instruments : 5..4..3…..


Concept Fisco

Fieldbus

FISCO autorise plus de puissance dans le segment SI.

Intrinsically Safe

Concept

Quand il est utilisé avec des instruments approuvés FISCO,

FISCO élimine aussi la nécessité de calculer les paramètres d’inductance et de capacitance des câbles.


Concept Fisco

Fieldbus Intrinsically Safe Concept

Basé sur IEC 61158-2.

Tous les participants, exceptée l’alimentation IS, sont passifs.

Seulement un participant actif est autorisé.

Les valeurs Ui, Ii et Pi de chaque instrument doivent être supérieures au valeurs U0, I0 et P0 de l’alimentation FISCO. (bases de la sécurité

intrinsèque )

Les valeurs Ci et Li de chaque instrument doivent être inférieures ou égales à 5 nF et 10 µH.

La consommation de courant minimum du système est 10 mA.


Concept Fisco

Résistance:~

Inductance:~

Capacitance:~

Longueur max des spurs:~

Longueur max du trunk:~

15 to 150 /Km

0.4 to 1 mH/Km

80 to 200 nF/Km

60m in IIC or IIB

1 Km in IIC

Aucune autre recommandation n’est nécessaire


Concept Fisco

Vérification de la sécurité intrinsèque

Choisissez une alimentation SI selon FISCO

Vérifiez :

UO (alimentation ) < Ui (de chaque instrument)IO (alimentation ) < Ii (de chaque instrument)PO (alimentation ) < Pi (de chaque instrument)

Choisissez des instruments selon FISCO

Choisissez un câble selon FISCO


Structure concept Fisco

Instruments Fisco

Spur

Nombre d’instruments max : 16Longueur de réseau max : 1Km en IIC

Longueur de spur max : 60m Montage et démontage à chaud

Documentation et calculs simplifiés

Alim Fisco

TerminaisonDe réseau

Boite de jonction passive


“FNICO” Class I, Div.2

Zone 2

Salle de contrôle

Class I, Div.1Zone 1FISC

O

SI

HOST


Concept High Power Trunk

Le réseau principal est en Exe – Sécurité Augmenté Les branches (spurs) restent en Exi

Les "boites de jonctions" assurent la conversion Exe / Exi. Suppression des contraintes SI sur le réseau principal.

Alim. FF

Terminaison de bus

Instruments FFCoupleurs

Spur


Concept High Power TrunkInstruments en Exia, ib

Nombre d’instruments max : 16Longueur de réseau max : 1900m

Longueur de spur max : 60m pour 16 instruments , 120m pour 12 instruments


Concept High Power TrunkInstruments non Exi (Exd,ExnL,...)

Nombre d’instruments max : 31Longueur de réseau max : 1900m

Nombre d'instruments L pour 1 inst. par spur

1-12 120m13-14 90m15-18 60m19-24 30m25-32 1m


Zone 0,1

Zone 1

Zone 2

Applications avec coupleurs FF

Concept High Power Trunk


Norme sécurité augmentée

Parties sous tension recouvertes Emploi de matériaux isolants de qualité. Distances dans l’air et lignes de fuite

spécialement dimensionnées. Raccordement électrique sans possibilité d’auto

desserrage. Etanchéité de l’enveloppe IP54 mini. Respect des classes de température.

Conformité des entrées de câbles Marquage


Diagnostic

Le comportement de l'alimentation du segment Le courant et la tension sur le segment Le défaut de terre ou la fuite de terre

Le bruit sur le segment Le niveau du signal des instruments

La polarité du signal Gigue (Jitter)

Choix du type des statistiques de communication Liste des segments vivants

Compteur d'erreurs CRC , Compteur d'erreurs de trame

Nombre de trames reçues

Assistance au démarrage d’une

installation. Edition de rapports en

clair. Fonction statistiques.

Exportation des données vers Excel…etc.

Historique des informations mesurées.

Oscilloscope intégré. Surveillance permanente

de l’installation avec proposition d’opérations

de maintenance.



© 1999 – 20011 Fieldbus Foundation

EMEA 2011

Advantages and possibilities of Diagnostic

Dominik Brand

Marketing Manager FOUNDATION Fieldbus

Endress+Hauser



EMEA 2011

CapEx / OpEx savings and life cycle phases

Use of an open standard technologyReduction in cost for wiring, barrier, marshalling rack and Junction box Reduction in cost for control system - I/O interfaceReduction in cost for power supply unit and number of cabinetsReduction in control room sizeEngineering and documentationFast commissioning, lower start-up costs

FAT,SAT, Commissioning

Renewal

Operation

Maintenance

InstallationDesign

OPEX SavingsCAPEX Savings

Use of an open standard technologyIncreased information for better operation, accuracy of measurement & controlEnhancement in control function and the performanceImproved throughputOn-line diagnosis enables true preventive maintenanceImproved trouble shooting



EMEA 2011

Increase Plant Availability



EMEA 2011

Types of Maintenance Activities

Source: Rong Gul, Shell Global Solution, Diagnostics from Safety Devices using FOUNDATION™ Fieldbus.



EMEA 2011

Potential for improvements

Potential for Predictive Maintenance with Pressure Transmitters

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

Routinecheck

NoProblem

Calibrationshift

Zero Off Pluggedlines

Failed

35%35%

28%28%

20%20%

6%6% 6%6% 4%4%

Shell Global Solutions

63% of instrument maintenance labor results in no action taken

-> waste of resources



EMEA 2011

Fieldbus Diagnostic Products

PC Tool

Fix installed diagnostic toolsFix installed diagnostic tools



EMEA 2011

Presentation



EMEA 2011

Fieldbus Diagnostic Products - Statistic

With bus statistic, it is possible to check the “quality” of the communication

• Frames– Frame errors

• PDU– FDL_PDU

• Bus idleCycle communicationA cycle communicationBus idle



EMEA 2011

Every Fieldbus Instrument is an Information Provider

TC

TT

DT PT

Q

O ilH e a te r B o ile r w ith

w a s te so lve n t

D is tilla t io n C o lu m n

Device Diagnostics• Plugged Line Diagnostics• Open Sensor Detection

• Electrode Signal Fault Detection• Reynolds Index

• Valve Performance Diagnostics • Vortex Sensor Diagnostics

• RTD Calibration Drift Detection

Loop Diagnostics• Flow Loop Diagnostics• Level Loop Diagnostics

• Measurement Loop Diagnostics• Cascade Loop Diagnostics

• Fieldbus Comm Diagnostics

Process Diagnostics•Variability Index

•Statistical Process Monitoring•Process Noise Monitoring

•Process Performance Index•Heat Exchanger Diagnostics

•Pump Diagnostics•Process Diagnostics (Vortex)



EMEA 2011

Device Diagnostic – Categories

Application issues or

process conditions

affecting measurement

Instrument issues

Human intervention

issues

(during commissioning,

setup, function check

and service activities)



EMEA 2011

Collaboration with NAMUR *) *) NAMUR is an international user association of automation technology in process industries with today 121 member companies.

Using the power of FOUNDATION Fieldbus, and considering NAMUR requirements, the standard diagnostic profile aim to:– Standardize the integration of diagnostic information

– Guarantee valuable information to the user



EMEA 2011

Diagnostic Categories



EMEA 2011

Maintenance Urgency – Wear Reserve



EMEA 2011

Diagnostic Module



EMEA 2011

Increasing Priority at device level

Manufacturer Specific Conditions

32 bit Bitstring

SD_FAIL_ENABLE SD_OFFSPEC_ENABLE SD_MAINT_ENABLEBitstring32 bits

ALARM DETECTION ENABLE

SD_FAIL_ACTIVE SD_OFFSPEC_ACTIVE SD_MAINT_ACTIVEBitstring32 bits

ALARM INDICATION(POLLING)

SD_FAIL_MASK SD_OFFSPEC_MASK SD_MAINT_MASKBitstring32 bits

ALARM BROADCASTENABLE

SD_FAIL_ALM SD_OFFSPEC_ALM SD_MAINT_ALM

DS87ALARM BROADCASTRECORD

SD_FAIL_PRI SD_OFFSPEC_PRI SD_MAINT_PRI

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

09

08

07

06

05

04

03

02

01

00

SD_CHECK_ENABLE

SD_CHECK_ACTIVE

SD_CHECK_MASK

SD_CHECK_ALM

SD_CHECK_PRI

CHECK

Field Diagnostics Profile

Manufacturer defined

SD_RECOMMENDED_ACTION

User defined

User defined



EMEA 2011

Role Based Diagnostics

1

Asset ManagementMaintenance Station

Process ControlEngineering Station

Control Network

H1

Plant operators

Plant maintenance engineering



EMEA 2011

Test and Registration

• Field Diagnostics are required for new device registrations starting with ITK 6.0

• Field Diagnostics support is required for host registrations for the host profile 61b


Fieldbus Foundation

Sécurité fonctionnelle

“BEYOND THE BUS”

L.Raillier 13 septembre 2011

20‘


• Une directive est un acte juridique communautaire pris par le Conseil de l’Union européenne.

• Les États membres doivent transposer la directive dans leur droit national.

• Les directives sont publiées au Journal officiel des Communautés européennes.

Introduction

DIRECTIVE = LOIIL EST OBLIGATOIRE DE

RESPECTER UNE DIRECTIVE!

Qu’est-ce qu’une directive?


Introduction

• Qu’est-ce qu’une norme– Une norme est une spécification technique , un recueil de bonnes

pratiques rédigé par un comité d’experts (utilisateurs, constructeurs, fabricants)

dont l’observation n’est pas obligatoire.

• Qu’est-ce qu’une norme harmonisée?– Une norme harmonisée respecte la directive par rapport à laquelle

elle est rédigée– elle donne présomption de conformité pour l’obtention du marquage

Les normes


Evironnement2%

Fiabilité des équipements

29%

Autres5%Organisation

53%

Erreur opératoire

11%

Source: Major Accident Reporting System 1998

« Sur la période 1992-2006, les défaillances d'ordre humain ou organisationnel sont à l'origine de près de la moitié des accidents […] »

Source: bureau du Ministère chargé de l’environnement (Bureau d’Analyse des Risques et Pollutions Industrielles).

http://aria.ecologie.gouv.fr

Causes d’accidents dans l’industrieIntroduction


La norme EN61511EN61511 Méthodologie et cycle de vie

• Management de la sécurité fonctionnelle

– spécifier les responsabilités de chacun, de chaque service

• Planification– Spécifier organisation

pour chaque étape du cycle de vie

• Vérification– Vérifier la bonne

exécution de chaque étape


L’analyse des risques

La norme EN61511

• identification des risques

• Exemple de méthode d’analyse: Hazard and Operability analysis (HAZOP)


• Indiquer les descriptions de toutes les fonctions de sécurité – Détection, traitement logique, actionneur– Temps de réaction maximum– Niveau d’intégrité sécurité SIL

Spécification du système instrumenté de sécuritéLa norme EN61511

SortieCapteur EntréeElément

final

Détection Traitement Logique Actionneur

SIL

Temps de réaction

Logique de traitement


● Architectures et tolérance aux pannes (HFT)

La norme EN61511

1oo1

1oo2

HFT= 0

HFT= 1

Contraintes d’architecture

DD DU

S

- DU SFF=

----------

nota:- Une tolérance aux défauts matériels (HFT) de N signifie, que N+1 défaillances causera la

perte de la fonction de sécurité.


• Le niveau d’intégrité maximal de la fonction complète est déterminé par le sous système au niveau d’intégrité de sécurité du matériel le plus bas (tableaux précédents)

CPU Sorties

Module

Entrées

Module

Capteur ActionneurLogique de traitement

Type A ->SIL2 Type B -> SIL3 Type B ->SIL1

SIL maximum de cette fonction de sécurité: SIL1

Module

CPU Sorties

Module

Entrées

Module Module

Evaluation du SIL – Contraintes d’architectureLa norme EN61511


MTTRMTTRT

PFD DDDUooG *1

11, 2

Evaluation du SIL – Contraintes probabilistesLa norme EN61511

MTTRT

MTTR

ttPFD

DUDDD

GECEDUDDDooG

2

112

1

2

21,

● Le calcul des probabilité de défaillances (PFD, PFH) de chaque sous-système est fonction de:

● , ß, MTTR, … (Données de fiabilités)● TI ( intervalle de test)● 1ooX (architecture)

Formule de calcul du PFD pour une architecture 1oo1 (EN61508)

Formule de calcul du PFD pour une architecture 1oo2 (EN61508)


Mode de sollicitation basse

Mode de sollicitationélevé ou continu Safety integrity level

(SIL) de la fonction de sécurité

Probabilité de défaillance à la sollicitation

Probabilité de défaillance par heure

SIL 4 PFD < 10-4 PFH < 10-8

SIL 3 10-4 PFD 10-3 10-8 PFH 10-7

SIL 2 10-3 PFD 10-2 10-7 PFH 10-6

SIL 1 10-2 PFD 10-1 10-6 PFH 10-5

● Le SIL de la fonction de sécurité dépend du PFD ou du PFH● Mode de sollicitation

• Mode de sollicitation basse: fréquence < 1/an• Mode de sollicitation élevé ou continu : > 1/an

Evaluation du SIL – Contraintes probabilistesLa norme EN61511


• Extension de la technologie FOUNDATION™

• Développé selon les exigences de la norme de sécurité IEC61508

• Certifié pour une utilisation dans des fonctions de sécurité jusqu’au niveau SIL3

• Permet d’utiliser des architectures Hybrides – instrumentation de sécurité sur bus de terrain et SNCC classique

• Ouvert et Interopérable grâce à l’utilisation de:– Function Blocks– Electronic Device Description Language

(EDDL)

Fieldbus Foundation & Sécurité fonctionnelle

Télécharger le livre blanc FOUNDATION SIF www.fieldbus.org/SIL3

H1


– Implémentation, vérification et validation plus rapides• Des outils sûrs pour réduire les temps de mise en œuvre

– Optimisation de l’encombrement• Moins d’armoires et de boites de jonction

– Moins de matériel• Elimine les multiplexeurs HART• Fins de courses non requis avec des positionneurs digitaux• Moins de câblage, moins de BJ

Bénéfices: Réduction des coûts d’investissements


– Diagnostiques étendus• Meilleure détection des défaillances aléatoires et systématiques• Amélioration de la sureté de fonctionnement et de la disponibilité

– Réduction des tests périodiques• PST (partial stroke testing) intégrés

• Taux de diagnostiques (DC) élevés, meilleur taux de défaillances sûres (SFF)

– Maintenance facilitée• Diagnostics intégrés étendus• Meilleure traçabilité des composants

Bénéfices: Réduction des coûts d’exploitation


Non détectées détectées

dangereuses

sûres

Taux de défaillances et FOUNDATIONTM SIF

Amélioration des diagnostiques réduction des défaillances non détectées


– La trame de base H1 est inchangée (Black Channel)

– Protocol de sécurité conforme aux exigences de la norme EN61508

Diagnostiques intégrés à la communication

H1

Extensions du protocole de communication

Communications sûres


– Blocs fonctionnels de sécurité

– Blocs fonctionnels dédiés au diagnostics

BlocsFonctionnels de sécurité

&Diagnostiques intégrés

H1

Fonctions et applications sûres


Architecture Foundation SIF (H1)


Architecture d’instrument SIF

PHY

STACK

SIL Environment

SISLogic

LAS

Backup

FF-SIS Protocol

Extensions

Black Channel

Logic

DO

Fieldbus

PHY

STACK

SIL Environment

SISLogic

LAS

Backup

LASLAS

Backup

FF-SIS Protocol

Extensions

Black Channel

Logic

DO

Logic

DO

Fieldbus

FOUNDATION-SIS H1 Device SIS Layer

Communication Stack

FBAP OD

FMS Interface to StackFMS FMSSMKP

SMK

NMA

SMIB OD

NMIB

UserLayer

ApplicationLayer

Layers1-6

Physical Media

SIS Layer

Communication Stack

FBAP OD

FMS Interface to StackFMS FMSSMKP

SMK

NMA

SMIB OD

NMIB

UserLayer

ApplicationLayer

Layers1-6

Physical Media

FOUNDATION-SIF protocole de sécurité

Architecture instruments SIF


La sécurité du logiciel – cycle en V. La norme EN61511


Offre produits Schneider Electric

Protection et commande

Détection

Dialogue

Traitement

AS-i Safety Contrôleur

APS

Actionneur


● Obligation aux industriels de respecter les directives.● Analyse de risque, calculs de probabilités défaillances obligatoires.

● Les points forts de Schneider Electric:

● Une offre produits couvrant tous les besoins de la chaine de sécurité.● Une base de données complète des données de fiabilité des composants.

● Une offre de services pour aider les intégrateurs dans leurs démarches.●Formations (produits, normes de sécurité)

●Assistance technique●Validation

Résumé

Merci


Conclusions

Stéphane VANOUCHE / ASCO NumaticsStéphane VANOUCHE / ASCO Numatics



• Aujourd’hui FF vous offre :

• Une technologie éprouvée partout dans le monde

Domaine: Pétrochimie, Pharmacie, Industrie du papier, Chimie, Agro-alimentaire …




• Des fonctionalités pour des process plus performants

Productivité

Disponibilité de l’outil de

production

Flexibilité des installations




• Un réseau de terrain qui s’installe en atmosphère explosible

Installation en zone 1-21, Zone 2-22




• Des diagnostics pour une maintenance efficace

Identification à la voie près du défaut


CONCLUSIONSCONCLUSIONS• Aujourd’hui FF vous offre :

• Une solution sachant gérer les aspects de sécurité



• Foundation fieldbus augmente l’efficacité – En améliorant la Qualité du Produit, la Rendement du

Processus et la Disponibilité des Équipements

– En abaissant les Coûts d’exploitation et de Maintenance, de Maintien de la Sécurité, des Énergies et des Pertes



• Notre message :

• Oui, la technologie FF est au point, l’offre existe

• Oui, l’interopérabilité est effective

• Oui, FF peut apporter des gains très importants

• Oui, FF est utilisable sur des unités neuves ou existantes

• Oui, FF est intéressant pour d’autres secteurs d’activités

que la pharmacie, la chimie fine,…

• Oui, FF contribue à la compétitivité des sites industriels

français


Merci de votre attention…Merci de votre attention…

Et pensez à FF pour vos prochains projets!Et pensez à FF pour vos prochains projets!
