fiable, flexible, fácil de usar folleto · abril 2010 · ejemplos de aplicación prueba de carrera...
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Safety Integrated for Process AutomationFiable, flexible, fácil de usar
Folleto · Abril 2010
Safety Integrated
Answers for Industry.
© Siemens AG 2010
Totally Integrated Automation2
Totally Integrated AutomationApueste por nuevas referencias en productividadpara ventajas competitivas sostenidas
La optimización de los procesos mejora la calidad, acorta los tiempos de lanzamiento de productos y reduce los gastos generales de explotación (Total Cost of Ownership).
Para poder hacer frente a la competencia internacional cada vez más fuerte, en la actualidad es más importante que nunca aprovechar consecuentemente todo el potencial de optimiza-ción cubriendo todo el ciclo de vida de una planta. El factor decisivo para el éxito es el equilibrio perfecto entre calidad, tiempo y costes.
Para ello, Totally Integrated Automation (TIA) de Siemens, una gama sin lagunas de productos, sistemas, soluciones y servi-cios perfectamente adaptados entre sí para todos los niveles de jerarquía de la automatización industrial le ofrece el equi-pamiento más adecuado.
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Totally Integrated Automation 3
Al integrar en TIA funciones de seguridad, la automatización estándar (Basic Process Control System) y la automatización de seguridad se fusionan dando lugar a un sistema global homogéneo. Para la automatización de procesos continuos y discontinuos, secuenicas de control rápidas y precisas, así como funciones de seguridad integradas se pueden utilizar componentes de hardware, ingeniería y gestión comunes.
Esto redunda en un claro ahorro en costes de inversión y ope-rativos. Además, la perfecta interacción de todos los compo-nentes permite incrementar el volumen y la calidad de la pro-ducción.
Contenido
text
Gama de seguridad de Siemens
Automatización de procesos con seguridad integrada. . . 4
Soluciones y productos de seguridad flexibles y conformes a normas, proporcionados por un partner de confianza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Gestión del ciclo de vida de seguridad con el respaldo de Solution Partner altamente cualificados . . . . 7
Fácil integración en el sistema de control/Comunicación de bus de campo variable con seguridad integrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Tolerancia a fallos escalable de forma flexible/ Eficaz ingeniería del ciclo de vida de seguridad . . . . . . . . 9
Safety Integrated for Process Automation: la completa oferta de productos y servicios . . . . . . . . . . 10
Integrated Control & Safety
SIMATIC PCS 7, integración completa del sistema de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Tecnología de bus de campo Safety Integrated
Comunicación de campo unificada con arquitecturas PROFIBUS flexibles . . . . . . . . . . . . . . . 14
PROFIsafe, la comunicación PROFIBUS de seguridad . . . 15
Flexible Modular Redundancy (FMR)
Seguridad con optimización de costes gracias a tolerancia a fallos escalable de forma flexible . . . . . . . 16
Variantes de configuración con FMR . . . . . . . . . . . . . . . 17
Controladores SIMATIC para aplicaciones de proceso de seguridad . . . . . . . . . . . . . . 19
Versátiles sistemas de periferia de E/S descentralizada . 21
Conexión directa de equipos vía bus de campo con un alto nivel de seguridad y disponibilidad . . . . . . . 25
Instrumentación de campo segura sobre PROFIBUS PA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Gestión del ciclo de vida de seguridad
Fase de análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Fase de implementación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Fase de operación y mantenimiento. . . . . . . . . . . . . . . . 30
Ejemplos de aplicación
Prueba de carrera parcial (Partial Stroke Test, PST). . . . . 31
Aplicaciones para la protección frente a sobrepresión, fuego y gas, y para la gestión de quemadores . . . . . . . . 33
Proyectos de referencia
Referencias en los sectores de petróleo y gas, e industria química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Sinopsis de datos de productos y para pedido
Controladores, componentes de software, módulos F,módulos de terminales, sistema de periferia de E/S, paquetes de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
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Gama de seguridad de Siemens4
Gama de seguridad de SiemensAutomatización de procesos con seguridad integrada
Producción segura sin puntos débiles
En la industria de procesos, cuyas operaciones suelen ser ex-traordinariamente complejas, los sistemas de automatización no pueden permitirse ningún punto débil. Cualquier avería o fallo puede tener consecuencias fatales, por lo que deben evitarse al máximo. Por tanto, usted necesita funciones de seguridad para sus procesos a fin de minimizar riesgos y neu-tralizar fuentes de peligro de manera fiable.
Su objetivo fundamental debe ser minimizar los potenciales de riesgo para el ser humano, la planta y el medio ambiente a través del empleo de dispositivos técnicos, sin menoscabo del proceso de producción industrial. En este contexto la denomi-nada seguridad funcional ha de satisfacer elevadas exigen-cias. Para satisfacerlas se necesita un sistema fiable de seguri-dad intrínseca (sistema instrumentado de seguridad, SIS) que, llegado el caso, sea capaz de llevar la planta a un estado segu-ro en todo momento. Para ello las aplicaciones han de satis-facer requisitos especiales definidos en una serie de normas.
Amplia oferta de productos y servicios de seguridad
Safety Integrated for Process Automation, basada en la gama de seguridad de Siemens, es la amplia oferta de productos y servicios que permite disponer de aplicaciones seguras y tole-rantes a fallos en la industria de procesos. Con el sistema de seguridad intrínseca de Siemens se detectan a tiempo señales críticas en toda la planta. Nuestra oferta abarca toda la funcio-nalidad de seguridad: desde la instrumentación segura, pasando por el controlador de seguridad y tolerante a fallos, hasta el actuador (p. ej., posicionadores, válvulas y bombas).
Completamente integrado en la automatización estándar
Los controladores SIMATIC S7-400FH cuentan con una perife-ria adecuada que le ofrece la máxima seguridad, tolerancia a fallos y disponibilidad para sus aplicaciones. Desde el transmi-sor seguro con conectividad PROFIBUS en el nivel de campo, por ejemplo para presión, hasta el sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7: nuestra oferta le permitirá realizar soluciones eficaces y flexi-bles, para aplicaciones de automatización y de seguridad inte-gradas en un sistema global homogéneo.
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Gama de seguridad de Siemens 5
SIMATIC PCS 7 Safety & Security
Con la creciente estandarización, apertura e interconexión de los sistemas en todo el mundo, aumenta también el potencial de riesgo por delincuencia cibernética. Las amenazas surgidas de programas maliciosos o personas no autorizadas son diver-sas, p. ej.:
• Sobrecargas o caídas de redes• Espionaje y robo de datos de acceso o de proceso• Intervenciones no permitidas en la automatización de
procesos • Sabotaje organizado
Para proteger las instalaciones realizadas con el sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7, Siemens ha desarrollado un sistema de seguridad global muy eficaz, que combina y perfecciona constantemente un gran número de medidas de seguridad.
Sin embargo, aplicar todas las medidas de protección conoci-das tampoco garantiza una seguridad absoluta. Gracias a la combinación de SIMATIC PCS 7 IT Security con las funciones de seguridad es posible neutralizar las consecuencias de la delincuencia cibernética o restringirlas a niveles tolerables.
Medidas de protección de SIMATIC PCS 7 Security
Para más información, consulte en Internet www.siemens.com/pcs7/it-security
Segmentación de la instalación
(Células de seguridad)
Red: Subredes,direcciones IP,Resolución de
nombres
Arquitectura de seguridad
escalonada en niveles(Defense-in-Depth)
Active DirectoryDominiosGrupos de
trabajo
Acceso de servicio y
telemanteni-miento (VPN,
IPSec)
Antivirus ycortafuegos
Sincronización horaria
Administración de usuarios
y de derechos
Windows Security
Gestión de parches
Planta de producción
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Soluciones y productos de seguridad flexibles y conformes a normas, proporcionados por un partner de confianza
Una compleja maraña de normas y leyes...
Como propietario de una planta, la legislación le obliga a ga-rantizar la seguridad de la personas y el medio ambiente. Para ello debe aplicar todas las reglas, prescripciones y ordenanzas en vigor en el lugar de operación. Si existe un potencial de riesgo, hay que llevar a cabo un análisis de riesgos y peligros. En él se describirán los riesgos presentes, y se definirán las medidas presentes destinadas a reducirlos, así como otras medidas adicionales. Tras esto, el riesgo residual no debe rebasar nunca el ámbito tolerable.
Desde el análisis hasta el funcionamiento, pasando por la implementación: hay que documentar de forma exhaustiva la totalidad del ciclo de vida de una planta o instalación (p.ej. plan de seguridad). Esta documentación simplifica el diagnós-tico de fallos, así como la reproducibilidad de todos los proce-sos, y sirve como medio de prueba en caso de siniestro.
Además, debe garantizarse la disponibilidad necesaria según los requisitos, por ejemplo, mediante redundancia modular flexible (FMR). FMR permite realizar redundancias flexibles y escalables para conseguir la disponibilidad requerida de la for-ma más sencilla.
... y un partner de confianza que le ayuda a satisfacer todos los requisitos.
Desde hace más de 25 años, Siemens trabaja como partner de confianza de la industria creando soluciones de automatiza-ción de primera calidad para la seguridad de procesos en un gran número de sectores. Nuestras soluciones se caracterizan por ofrecer la máxima eficacia, y permiten aprovechar eviden-tes potenciales de ahorro. Y, como es natural, satisfacen los estándares en vigor, tanto nacionales como internacionales, p.ej. IEC 61508 (hasta SIL 3) e IEC 61511.
IEC 61508, la norma genérica
IEC 61508 define métodos para lograr la seguridad funcional de productos. Su cumplimiento se acredita con los correspon-dientes certificados. Tiene validez mundial y sirve como punto de partida para definir especificaciones, y también para diseñar y operar sistemas de seguridad.
IEC 61511, la norma específica de las aplicaciones para la industria de procesos
IEC 61511 supone la aplicación de IEC 61508 a la industria de procesos. Sirve esencialmente como directiva para proyectar, implementar y operar sistemas de seguridad en plantas de proceso. Incluye un elemento decisivo: la exigencia de una organización supraordenada que contemple todos los proce-sos y operaciones (gestión de la seguridad funcional, FSM).
Safety Integrity Level (SIL)
Las normas IEC 61508 e IEC 61511 definen cuatro niveles de seguridad diferentes. Estos niveles describen medidas para controlar los riesgos en los componentes empleados, que se evalúan a través del denominado nivel de integridad de segu-ridad (Safety Integrity Level). Cuanto más alto sea este nivel, mayor es la reducción de riesgos. Por tanto, el SIL refleja la probabilidad de que el sistema de seguridad cumpla correcta-mente las funciones de seguridad requeridas durante un de-terminado intervalo de tiempo.
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Gestión del ciclo de vida de seguridad con el respaldo de Solution Partner altamente cualificados
La vía segura para disponer de una instalación fiable: Gestión del ciclo de vida de seguridad
IEC 61511 prescribe una justificación de la seguridad para todo el lazo de seguridad (loop), desde el sensor, pasando por los controladores, hasta el actuador. En este contexto no sólo se tienen en cuenta los productos concretos, sino también el ciclo de vida completo de la instalación: desde el análisis de riesgos, pasando por la concepción, instalación y funciona-miento, hasta la puesta fuera de servicio.
Nosotros le respaldamos a lo largo de todo el ciclo de vida de su sistema de seguridad, y le ofrecemos una completa oferta de productos, sistemas y servicios:
• Sistema de seguridad completo y homogéneo: Controlado-res, ingeniería -con Safety Matrix, la herramienta para el ci-clo de vida de seguridad- e instrumentos de proceso segu-ros
• Oferta de servicio para todas las fases del ciclo de vida de una instalación de seguridad, incluida la formación, docu-mentación y el servicio las 24 horas, 7 días a la semana
Para más información, consulte en Internetwww.siemens.com/safety-services
Perfectamente atendido in situ: Solution Partner
A fin de poder satisfacer las crecientes exigencias en el campo de la seguridad, además de ofrecer sus conocidas pretaciones de servicio ténico y asistencia, Siemens Automation and Drives apuesta también cada vez más por partners selectos adscritos a su programa "Siemens Solution Partner Automa-tion". Se trata de empresas asociadas altamente cualificadas que le ofrecen asesoramiento y apoyo profesionales en todos los aspectos relevantes para la seguridad. Gracias a los PCS 7 Safety Specialists tendrá a su disposición Solution Partner cer-tificados para el ámbito Safety Integrated for Process Automa-tion. Éstos están familiarizados con las funciones de seguridad en la industria de procesos y cuentan con:
• know-how sobre el ciclo de vida de seguridad de IEC 61511• conocimientos sobre ingeniería de seguridad con
S7 F Systems y SIMATIC Safety Matrix• una amplia experiencia en proyectos con aplicaciones de
seguridad en la industria de procesos
Para información más detallada sobre nuestros partners, viste la web:www.siemens.com/automation/solutionpartner
Las fases del ciclo de vida de seguridad
Análisis
Realización
Operación
Estimación de riesgos y determinación de los niveles de protecciónVe
rific
ació
n
Estr
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e se
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Ges
tión
y ev
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de
la s
egur
idad
de
func
iona
mie
nto
Instalación, puesta en marcha y validación
Operacion y mantenimiento
Modificación
Puesta fuera de servicio
Diseño y planificación del sistema instrumentado de seguridad (SIS)
Especificación de exigencias de seguridad (SRS) para el sistema instrumentado de seguridad (SIS)
Diseño y planificación de otras medidas para reducir los riesgos
Asignación de tareas de seguridad a niveles de protección
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Gama de seguridad de Siemens8
Fácil integración en el sistema de control/Comunicación de bus de campo variable con seguridad integrada
Fácil integración en el sistema de control
Nuestro innovador sistema de seguridad intrínseca se puede conectar con cualquier sistema de control distribuido (DCS) empleando SIMATIC S7-400FH, SIMATIC ET 200M, ET 200S, ET 200pro y ET 200eco, así como SITRANS P. En este contexto, la posibilidad de integración en nuestro innovador sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 es única en su género. Esta combinación permite acortar las labores de ingeniería, aumentar el rendimiento, ahorrar en la gestión de recambios y rebajar los costes totales de mantenimiento.
Conexión común a través de estándares probados
Al conectar módulos y dispositivos de E/S estándar y de seguridad se emplea la probada tecnología de bus de campo PROFIBUS DP y PROFIBUS PA. En este caso, las comunicaciones estándar y de seguridad se canalizan por el mismo bus. Lo mismo ocurre cuando se conectan transmisores de presión seguros, por ejemplo, SITRANS P DS III a PROFIBUS PA con PROFIsafe de acuerdo con SIL 2 (proven in use).
La tecnología de bus de campo Safety Integrated con PROFIsafe permite una comunicación de seguridad certificada entre controladores, periferia de seguridad descentralizada e instrumentos de proceso de seguridad. Redundancias o topo-logías en anillo en todos los niveles de la comunicación de bus de campo permiten la máxima disponibilidad.
Resumen de las ventajas
■ Mismo sistema de ingeniería para aplicaciones de control y seguridad de procesos
■ SIMATIC S7-400FH, una plataforma de controladores común para SIMATIC PCS 7 y seguridad de procesos
■ Comunicación directa y sin discontinuidades entre DCS y SIS
■ Integración automática con alarmas y avisos de segu-ridad provistos con etiqueta de fecha/hora
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Gama de seguridad de Siemens 9
Tolerancia a fallos escalable de forma flexible/Eficaz ingeniería del ciclo de vida de seguridad
Concepto bien pensado para una mayor disponibilidad
Con Flexible Modular Redundancy, Siemens ofrece un concep-to innovador para implementar soluciones escalables y renta-bles. De este modo se pueden implementar múltiples niveles de tolerancia a fallos justo donde lo requiera la aplicación en cuestión.
Gran simplificación de la ingeniería a lo largo de todo el ciclo de vida de seguridad
La creación del programa estándar y de seguridad se lleva a cabo en el acreditado SIMATIC Manager, con o sin SIMATIC PCS 7, lo que reduce tanto los costes de ingeniería como los de formación y entrenamiento. Usted diseña la parte segura del programa usando Continuous Function Chart (CFC) o SIMATIC Safety Matrix, la cómoda e innovadora herramienta para la gestión y la ingeniería del ciclo de vida de seguridad. Para ello emplea bloques de función homologados por el TÜV pertenecientes a la librería de S7 F Systems.
SIMATIC Safety Matrix, que trabaja según el principio de causa y efecto, reduce considerablemente las labores de ingeniería, puesta en marcha y mantenimiento, además de aportar com-patibilidad automática con IEC 61511.
Resumen de las ventajas
■ Flexible Modular Redundancy (FMR) – Periferia y redundancia de equipos de campo con
independencia de la redundancia de CPU– No hay modo de seguridad limitado en el tiempo
en caso de avería de componentes ("modo degra-dado")
– Selección de la redundancia a la medida de la fun-ción instrumentada de seguridad (SIF)
– La seguridad no está ligada a la redundancia
■ SIMATIC Safety Matrix– Configuración de las funciones de seguridad
usando el probado método de causa y efecto – Generación automática de la lógica de seguridad
en CFC– Representación intuitiva de Safety Matrix en la
interfaz de usuario de SIMATIC PCS 7– Fácil trazabilidad de modificaciones– Funciones integradas de puesta en marcha y man-
tenimiento (ciclo de vida de seguridad)
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Gama de seguridad de Siemens10
Safety Integrated for Process Automation, la completa oferta de productos y servicios
La gama de seguridad de Siemens comprende controladores de seguridad, sistemas de bus y periferia de E/S seguros así como instrumentación de seguridad, por ejemplo, para la medición de presión.
Partiendo de esta base, Safety Integrated nos permite ofrecer soluciones homogéneas y amplias de primera calidad para la industria manufacturera y de procesos, y combinarlas con excelentes servicios para todas las etapas que atraviesa una instalación de seguridad.
A partir de ahora, al presentar Safety Integrated de manera detallada, nos ceñiremos exclusivamente al ámbito de la in-dustria de procesos.
Partiendo de la base de nuestra completa oferta y de nuestra experiencia de décadas, creamos soluciones de automatiza-ción de primera calidad para la seguridad de procesos. Nues-tro amplio abanico de productos comprende:
• Sistemas de parada de emergencia y de parada de proceso (ESD/PSD) según IEC 61511, S84
• Sistemas de gestión de quemadores (BMS) según EN 298, NFPA 85
• Aplicaciones para fuego y gas (F&G) según NE 54, NFPA 72
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Gama de seguridad de Siemens 11
Gama de productos para la industria de procesos
SIMATIC S7-400FH Controladores seguros, tolerantes a fallos, en configuración no redun-dante y redundante (hasta SIL 3) para las gamas baja, media y superior
SIMATIC S7-300F Controlador en configuración no redundante (hasta SIL 3) para la imple-mentación de tareas de automatización estándar y de seguridad en las gamas baja y media
PROFIBUS con PROFIsafe Para una comunicación estándar y de seguridad por un único cable de bus, certificado de acuerdo con IEC 61508 (SIL 3)
SIMATIC ET 200 ET 200M: periferia modular para aplicaciones con gran número de canales y módulo de señales de seguridad: módulos digitales de entrada y salida, así como módulos analógicos de entrada (hasta SIL 3); grado de protección IP20
ET 200S: periferia de modularidad granular con módulos digitales de en-trada y salida de seguridad, así como arrancadores de motor de seguridad (hasta SIL 3); grado de protección IP20
ET 200pro: periferia modular muy compacta con módulos digitales de en-trada y salida de seguridad (SIL 2/SIL 3), switch "F" para desconectar la pe-riferia estándar y controlar interruptores de motor; grado de protección IP65/66/67.
ET 200eco: periferia digital tipo bloque con entradas de seguridad (SIL 2/SIL 3); grado de protección IP65/67
Instrumentos de proceso/dispositivos de proceso
Dispositivos/instrumentos de proceso seguros en PROFIBUS PA:transmisores de presión SITRANS P DS III (SIL 2) sobre PROFIBUS PA con PROFIsafe (proven in use SIL 2)
Dispositivos/instrumentos de proceso de seguridad para la conexión a E/S remotas ET 200M: Pointek CLS 200/300 analógico (SIL 2), Pointek ULS 200 (SIL 1), SITRANS P DS III analógico/HART (SIL 2), SITRANS TW Series (SIL 1), SIPART PS2, 2/4 hilos (SIL 2)
Ingeniería Configuración de las funciones de seguridad mediante Continuous Func-tion Chart (CFC) o SIMATIC Safety Matrix (matriz de causas y efectos) y con bloques de función con certificación TÜV (hasta SIL 3)
Aplicaciones Prueba de carrera parcial ("Partial Stroke Test"): Faceplates y bloques de función preprogramados para la prueba de válvulas en línea para el diagnóstico preventivo de válvulas sin afectar a la producción
Librerías de quemadores: librerías para controladores SIMATIC S7-400FH y S7-300F con bloques de función con certificación TÜV para sistemas de gestión de quemadores
S
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Integrated Control & Safety12
Integrated Control & SafetySIMATIC PCS 7, integración completa del sistema de seguridad
Safety Integrated for Process Automation de Siemens permite integrar de la mejor forma posible el sistema instrumentado de seguridad en el sistema de control de procesos. En esta "integración común", el sistema Basic Process Control (BPCS) y el sistema de seguridad están basados en un hardware común.
La reducción del espacio, del hardware y cableado requeridos, así como del trabajo de montaje, instalación e ingeniería ori-ginan importantes ahorros de costes durante todo el ciclo de vida de la instalación.
Además, gracias al innovador concepto de Safety Integrated, también se pueden cubrir los todos los demás niveles de inte-gración.
En principio se diferencian los tres niveles de integración deta-llados a continuación:
• InterfacedEl BPCS del sistema de control y el sistema de seguridad están basados en diferentes hardwares y están unidos en-tre sí a través de un gateway para el intercambio de datos. Ambos sistemas emplean herramientas de ingeniería inde-pendientes.
• IntegratedEl BPCS del sistema de control y el sistema de seguridad están basados en diferentes hardwares pero tienen un sistema de comunicación unificado y emplean una herra-mienta de ingeniería común.
• CommonEl BPCS y el sistema de seguridad se unen en el sistema de control de procesos. Utilizan hardware común (contro-ladores, bus de campo, periferia de E/S). Los programas estándar y de seguridad funcionan en paralelo y con inde-pendencia entre sí.
La modularidad y flexibilidad de Safety Integrated permiten una definición individualizada del grado de integración. P.ej. usted tiene la posibilidad de decidir por sí mismo si ejecuta las funciones del sistema de Basic Process Control y las funciones de seguridad en un controlador o en controladores indepen-dientes.
Niveles de integración del sistema instrumentado de seguridad en el siste-ma de control de procesos
Ya se pueden aprovechar muchas de las ventajas de Safety Integrated debido a que este sistema se puede integrar en cualquier sistema de control de procesos abierto a través de comunicación estandarizada vía PROFIBUS e Industrial Ether-net. Entre ellas se encuentran:
• Ejecución de funciones de seguridad y estándar en un con-trolador S7-400H
• Comunicación estándar y comunicación de seguridad entre controlador y periferia de E/S descentralizada vía PROFIBUS y PROFIsafe en lugar de emplear un bus de seguridad inde-pendiente
• Funcionamiento mixto de módulos de periferia estándar y de seguridad en estaciones de E/S remotas de los sistemas de periferia descentralizada ET 200M y ET 200S
Ahora bien, sólo se puede aprovechar todo el potencial de Safety Integrated mediante la excelente combinación con el sistema universal de control de procesos SIMATIC PCS 7 de Siemens. De este modo podrá beneficiarse de más ventajas, tales como:
• Un sistema de ingeniería para el sistema de Basic Process Control y las aplicaciones de seguridad
• Una integración homogénea de las funciones de seguridad en el controlador de SIMATIC PCS 7
• Integración de las aplicaciones de seguridad en la cómoda visualización de procesos de la estación de operador SIMATIC PCS 7
• Inclusión automática de los avisos de fallo relevantes para la seguridad en la visualización de procesos con informa-ción de fecha y hora
BPCS SIS
BPCS
BPCS
SIS
SIS
Gateway
ES ESOS
ES OS
ES OS
Comunicado
Integrado
Común
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Integrated Control & Safety 13
Sistema Basic Process Control y sistema de seguridad combinados en el sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7
• Gestión de datos integrada para el sistema Basic Process Control y la automatización de seguridad, incluido el diag-nóstico y la visualización de procesos, con lo que se simpli-fica la manipulación de datos entre BPCS y SIS
• Integración del hardware de seguridad en SIMATIC PCS 7 Asset Management para el diagnóstico y el mantenimiento preventivo
Generalmente, el sistema de seguridad comunica con siste-mas y herramientas para la ingeniería, el control de procesos y el control central, así como el diagnóstico y el manteni-miento a través del bus de planta; cuando se trata de sistemas cliente-servidor puede hacerlo también a través de un bus de terminales. En los modernos sistemas abiertos de control pro-cesos, el bus de campo y el bus de terminales suelen ser LAN Ethernet aptas para el uso industrial. El sistema Safety Integra-ted aparece representado en la interfaz de usuario de estos sistemas y herramientas a través de faceplates manejables.
La integración del sistema Safety Integrated en el bus de plan-ta se lleva a cabo a través de robustas interfaces Ethernet en los controladores y switches Industrial Ethernet como ESM, OSM o SCALANCE X adecuados para el medio de bus empleado.
El bus de planta de SIMATIC PCS 7, basado en Industrial Ether-net de acuerdo con el estándar IEEE 802.3, suele estar ejecu-tado en forma de anillo óptico por motivos de disponibilidad y de inmunidad a perturbaciones. Si las exigencias de disponibi-lidad son muy altas, también se puede configurar como anillo óptico doble, que tolera fallos dobles, como el fallo de un switch en el anillo 1 y el corte simultáneo del cable de bus del anillo 2.
El bus de terminales de SIMATIC PCS 7 también se puede dis-tribuir en dos anillos redundantes unidos con "redundancia en espera" mediante 2 parejas de switches SCALANCE X.
TÜV
TÜV
ET 200S
Sistema de operador
de alta disponibilidadseguro, tolerante a fallos y de alta disponibilidad
Estándar/de seguridad
Estándar/de seguridad
Estándar
simple/redundante simple/redundante
simple/redundante simple/redundante
Estándar
Estándar
Estándar
Sistema de ingeniería
Estación de mantenimiento
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Tecnología de bus de campo Safety Integrated14
Tecnología de bus de campo Safety IntegratedComunicación de campo unificada con arquitecturas PROFIBUS flexibles
Tecnologías de transmisión PROFIBUS
En el nivel de campo, los dispositivos periféricos descentraliza-dos, tales como estaciones de E/S remotas con sus módulos de E/S, transmisores, accionamientos, válvulas o terminales de mando, se comunican con los controladores a través de un potente sistema de bus en tiempo real. Esta comunicación se caracteriza por
• transferencia cíclica de datos de proceso, así como • transmisión acíclica de alarmas, parámetros y datos de
diagnóstico.
PROFIBUS, que con un protocolo de comunicación permite rápidas comunicaciones con estaciones periféricas descentra-lizadas inteligentes (PROFIBUS DP), así como comunicación y, al mismo tiempo, alimentación para transmisores y actuado-res (PROFIBUS PA), es perfecto para estas tareas. Es sencillo, robusto y fiable. Puede ampliarse en línea con nuevos compo-nentes descentralizados y utilizarse tanto en áreas seguras como clasificadas (atmósferas potencialmente explosivas).
Además, ofrece múltiples posibilidades para el diagnóstico de comunicación y de cables, así como de los dispositivos de campo inteligentes conectados. Además, está plenamente integrado en la gestión de activos (Asset Management) global del sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7.
PROFIBUS respalda tanto la coexistencia en una línea de dispo-sitivos de campo de diferentes fabricantes (interoperabilidad) como el intercambio de los mismos, con independencia del fabricante, simpre que obedezcan al mismo perfil.
Además de todas estas propiedades, las siguientes funciones de PROFIBUS son de gran importancia para la automatización de procesos:
• Integración de instrumentos HART ya instalados• Redundancia• Comunicación de seguridad con PROFIsafe hasta SIL 3
según IEC 61508• Sincronización horaria• Etiquetado con fecha y hora
El bus de campo PROFIBUS PA desarrollado para la integración directa de sensores y actuadores se integra en PROFIBUS DP a través de un encaminador de red en ejecución simple o redun-dante. Con un encaminador de red simple se puede imple-mentar un PROFIBUS PA con topología en línea o árbol en un PROFIBUS DP simple o redundante. El encaminador de red redundante, combinado con una topología lineal o de anillo alcanza un mayor nivel de disponibilidad. Una configuración con encaminador de red redundante y estructura de anillo es capaz de tolerar errores aislados como la avería de un acopla-dor DP/PA o la interrupción de la línea de bus.
PROFIBUS DP (RS 485-iS)
PROFIBUS PA (MBP)
PROFIBUS DP (RS 485)
OLM OLM
Industrial Ethernet
Acoplador RS 485-iS
Grandes distancias con fibra óptica
DP/PA Link
Controlador
Separación ATEX y repetidor
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Tecnología de bus de campo Safety Integrated 15
PROFIsafe, la comunicación PROFIBUS de seguridad
El perfil PROFIsafe está implementado en los equipos/sistemas en calidad de capa de software adicional, y no modifica los mecanismos de comunicación del PROFIBUS estándar. Con PROFIsafe los telegramas se amplían con información adicio-nal a partir de la cual los nodos PROFIsafe pueden reconocer y corregir errores de transferencia como retardos, secuencias erróneas, repeticiones, pérdidas, direccionamientos erróneos o falsificaciones de datos. Para ello se efectúan y controlan las medidas de detección de fallos representadas en la tabla en cada nodo de comunicación.
La comunicación PROFIsafe satisface las normas y exigencias de seguridad hasta SIL 3.
Más información
Para información detallada sobre PROFIBUS y PROFIsafe, con-sulte en Internetwww.siemens.com/profibus
o el folleto "PROFIBUS: el bus polivalente para la comunicación en la industria de procesos" enwww.siemens.com/simatic/printmaterial
Los datos estándar y de seguridad se transmiten con PROFIsafe por el mismo cable de bus. Es posible obtener una comunicación sin colisiones a través de un sistema de bus con componentes de red independientes del soporte.
Acciones para la detección de errores PROFIsafe por parte de nodos de comunicación
Datos de seguridad
Protocolo de bus estándar
Protocolo de bus estándar
Capa PROFIsafe
Capa PROFIsafe
Datos de seguridad
Datos estándar
Datos estándar
Acción
ErrorNumeración consecutiva
Espera temporal con confirmación
Identificador para emisor y receptor
Protección de datos CRC
Repetición 4
Pérdida 4 4
Inserción 4 4 4
Secuencia errónea 4
Falsificación de datos 4
Retardo 4
Acoplamiento de avisos de seguri-dad y avisos estándar (enmascara-miento)
4 4 4
Error FIFO 4
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Flexible Modular RedundancySeguridad con optimización de costes gracias a tolerancia a fallos escalable de forma flexible
Flexible Modular Redundancy (FMR) es una característica destacada de Safety Integrated. Dependiendo de la tarea de automatización de que se trate y de las exigencias de seguridad, la FMR permite al ingeniero definir por sepa-rado el grado de redundancia de cada uno de los niveles de arquitectura de controlador, bus de campo y periferia de E/S y coordinarlo con la instrumentación de campo. Dentro de un nivel cada componente se puede configurar de forma redundante, también separado físicamente. Además, todos los componentes satisfacen las exigencias del nivel de seguridad SIL 3.
De esta forma, usted puede implementar arquitecturas indivi-duales, tolerantes a fallos y adaptadas exactamente a cada tarea concreta, capaces de tolerar varios fallos surgidos simul-táneamente. Tal y como pone de manifiesto el ejemplo de una instalación con periferia descentralizada ET 200M, la suma de las tareas puede dar como resultado una mezcla de diversos grados de redundancia dentro de un mismo nivel de arquitec-tura (1oo1, 1oo2, 2oo3).
El análisis de modelos de fiabilidad ha puesto de manifiesto que la Flexible Modular Redundancy de Siemens ofrece nive-les de disponibilidad mayores que las arquitecturas redundan-tes habituales con configuración unificada doble o triple. Como FMR sólo proporciona la redundancia allí donde se ne-cesita, permite aplicaciones de seguridad comparativamente más atractivas y rentables que las arquitecturas redundantes habituales.
Flexible Modular Redundancy en un ejemplo de configuración de instalación de seguridad tolerante a fallos
1oo1 LS
2oo3 PT
Triple Simple
1oo2 Caudal
Doble
Controlador S7-400FH
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Flexible Modular Redundancy 17
Variantes de configuración con FMR
En general, en todos los niveles de arquitectura de un sistema de seguridad basado en Safety Integrated se diferencian dos variantes de configuración:
• Configuración no redundante por un sólo canal • Configuración redundante y de alta disponibilidad tole-
rante a fallos
Ambas variantes de configuración son muy variables y dispo-nen de una gran libertad de diseño por lo que respecta a los diferentes requisitos específicos del cliente. La combinación flexible las funciones estándar y de seguridad no se limita úni-camente al ámbito de la periferia de E/S. En el nivel de contro-lador ya existe la opción de combinarlas en un mismo sistema o separarlas. A esto hay que añadir las variadas posibilidades que resultan de la aplicación de Flexible Modular Redundancy.
Dependiendo de la periferia E/S empleada (estaciones de E/S remotas ET 200M y ET 200S o dispositivos PROFIBUS PA de acuerdo con el perfil 3.0), en cada nivel de arquitectura con-creto (controlador, bus de campo, periferia de E/S) dispondrá de las alternativas de configuración que aparecen representa-das en la figura y en la siguiente tabla.
Variantes de diseño para sistemas de seguridad en el ejemplo de SIMATIC PCS 7 con controladores S7-400H
ET 200MET 200M
ET 200M
ET 200M
ET 200MET 200M
PROFIBUS PA
PROFIBUS PA
PROFIBUS PA
PROFIBUS PA
ET 200S
ET 200S
ET 200M
AS 412F/AS 414F/AS 417F
AS 412FH/AS 414FH/AS 417FH
AS 412FH/AS 414FH/AS 417FH
PROFIBUS DP
Módulos FMódulos F
Active FieldSplitter
Active Field Distributors
Módulos estándar y FMódulos estándar y F
Redundancia modular flexible a nivel de módulos o de aparatos
Módulos estándar y F
Módulos estándar y F
Módulos estándar
Módulos estándar
Redundancia de módulos o vía varias estaciones separadas
DP/PA Link
DP/PA Linkcon acopladores DP/PA redundantes
DP/PA Linkcon acopladores DP/PA redundantesDP/PA Link
Y-Link
Periferia descentralizada y conexión directa al bus de campo
Conexión directa al bus de campoPeriferia descentralizada
Configuración redundante, de alta disponibilidad y tolerante a fallos
Configuración monocanal no redundante
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Resumen de las variantes de configuración
Configuración no redundante por un sólo canal
Controlador No redundante, equipado con una CPU
Bus de campo Periferia de E/S descentrali-zada (E/S remotas)
Una única línea PROFIBUS DP, no redundante, con PROFIsafe
Conexión de bus de campo directa (dispositivos PA)
Una única línea PROFIBUS PA, no redundante, unida con una línea PROFIBUS DP, no redundante, a través de un encaminador de red simple; PROFIsafe incluido
Periferia de proceso Periferia de E/S descentrali-zada (E/S remotas)
Estaciones de E/S remotas ET 200M y ET 200S equipadas de forma unificada con módulos F o estándar, así como aquéllas con equipamiento mixto unidas a una línea PROFIBUS DP
Conexión de bus de campo directa (dispositivos PA)
Sensores/actuadores individuales en una línea PROFIBUS PA con topología en línea o en árbol
Configuración redundante y tolerante a fallos
Controlador De alta disponibilidad y tolerante a fallos, equipado con dos CPU redundantes
Bus de campo Periferia de E/S descentrali-zada (E/S remotas)
Dos líneas PROFIBUS DP redundantes con PROFIsafe
Dos líneas PROFIBUS DP redundantes reducidas a una línea PROFIBUS DP de un solo canal mediante Y-Link; PROFIsafe incluido
Conexión de bus de campo directa (dispositivos PA)
Una única línea PROFIBUS PA, no redundante, (línea/árbol) unida a dos líneas PROFIBUS DP redundantes a través de un encaminador de red simple; PROFIsafe incluido; utilizable hasta la zona 0 ó 1
Una única línea PROFIBUS PA, no redundante, unida a dos líneas PROFIBUS DP redundan-tes a través de un Active Field Splitter (AFS) y un encaminador de red redundante; PROFIsafe incluido. Conmutación automática de la línea PROFIBUS PA al acoplador del encaminador de red redundante activo en ese momento a través de AFS; utilizable hasta la zona Ex 2
Un anillo PROFIBUS PA unido con dos líneas PROFIBUS DP redundantes a través de un encaminador de red redundante; PROFIsafe incluido; utilizable hasta la zona Ex 2
Periferia de proceso Periferia de E/S descentrali-zada (E/S remotas)
Estaciones de E/S remotas ET 200M equipadas de forma unificada con módulos F o estándar y aquéllas con equipamiento mixto unidas de forma conjunta a dos líneas PROFIBUS redundantes
es posible FMR a nivel de módulo o canal abarcando varias estaciones de E/S remotas separadas
Estaciones de E/S remotas ET 200S equipadas de forma unificada con módulos F o están-dar y aquéllas con equipamiento mixto unidas mediante Y-Link a dos líneas PROFIBUS redundantes
Conexión de bus de campo directa (dispositivos PA)
Sensores/actuadores individuales en una línea PROFIBUS PA con topología en línea o en árbol;
es posible FMR mediante agrupación de dispositivos individuales en diversas líneas PROFIBUS PA
Sensores/actuadores individuales integrados en un anillo PROFIBUS PA con terminación de bus automática mediante un máximo de 8 AFD con 4 conexiones de cable de deriva-ción resistentes a cortocircuitos;
es posible FMR a través de agrupación de dispositivos individuales en distintos AFD
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Flexible Modular Redundancy 19
Controladores SIMATIC para aplicaciones de proceso de seguridad
Cuando se trabaja con aplicaciones críticas en las que una ave-ría puede poner en peligro vidas humanas o dañar la instala-ción o el medio ambiente, se emplean controladores SIMATIC de seguridad. En combinación con los módulos F (failsafe, de seguridad) de los sistemas de periferia de E/S descentralizada ET 200, o con transmisores seguros conectados directamente vía bus de campo, estos controladores detectan tanto fallos en el proceso como fallos internos propios y, en caso de funcio-namiento incorrecto, llevan la instalación automáticamente a un estado seguro.
Los controladores SIMATIC S7-412FH, S7-414FH y S7-417FH son perfectos para la realización de aplicaciones de seguridad en la automatización de procesos. Son aptos para el funciona-miento multitarea, es decir, puede haber varios programas funcionando simultáneamente en una misma CPU: tanto apli-caciones BPCS (estándar) como aplicaciones de seguridad. En este caso los programas no tienen efectos secundarios, es decir, los errores que se puedan producir en las aplicaciones BPCS no tienen ninguna repercusión en las aplicaciones de seguridad y viceversa. También se pueden ejecutar tareas especiales con tiempos de reacción muy cortos.
Si se trabaja con aplicaciones de seguridad de procesos de me-nor envergadura, p. ej. controles de quemadores, también se pueden utilizar controladores SIMATIC S7-300F. Habitualmen-te estos controladores se emplean sobre todo en aplicaciones de seguridad en automatización manufacturera.
Todos los controladores mencionados cuentan con certifica-ción TÜV y cumplen las exigencias de seguridad hasta el nivel SIL 3 de acuerdo con IEC 61508. Además, son capaces de pro-cesar en paralelo en una sola CPU tanto las funciones BPCS como las funciones de seguridad. Las interferencias durante el procesamiento se evitan manteniendo estrictamente separa-dos los programas de seguridad y los de BPCS y realizando el intercambio de datos a través de módulos de conversión espe-ciales. Las funciones de seguridad se ejecutan dos veces en distintas partes del procesador de una misma CPU a través del procesamiento de órdenes redundante y diversitario. El siste-ma reconoce la presencia de posibles fallos al comparar final-mente los resultados.
Los programas de seguridad que se ejecutan en los distintos controladores también pueden establecer una comunicación de seguridad entre sí a través del bus de planta Industrial Ethernet. Posibles interlocutores son los controladores S7-400FH y S7-300F que se presentan seguidamente.
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Flexible Modular Redundancy20
Controladores S7-400FH y S7-300F
Controladores S7-412FH, S7-414FH y S7-417FH
Los controladores S7-412FH, S7-414FH y S7-417FH están basados en el hardware de los controladores S7-400H, amplia-do con las funciones de seguridad del paquete de software S7 F Systems. Dependiendo de la configuración se pueden uti-lizar con un sólo canal (una sola CPU) o con alta disponibilidad (dos CPU redundantes).
Para aplicaciones con SIMATIC PCS 7 puede adquirirlos en forma de paquetes preconfeccionados y probados. General-mente estos paquetes contienen componentes tales como bastidores, CPU, fuente de alimentación, memoria de trabajo, memory card y módulo de interfaz a Industrial Ethernet.
Se pueden adquirir en dos variantes de configuración que responden a los siguientes nombres:
• AS 412F, AS 414F o AS 417F como estación individual con una CPU, de seguridad
• AS 412FH, AS 414FH o AS 417FH como estación redun-dante con dos CPU redundantes, de seguridad y con tole-rancia a fallos
Los sistemas FH redundantes que trabajan siguiendo el princi-pio de votación "1 de 2" están compuestos por dos subsiste-mas de idéntica estructura. Están aislados galvánicamente entre sí a fin de optimizar la compatibilidad electromagnética y se sincronizan uno con otro a través de un cable de fibra óptica. Si se produce un fallo se pasa de manera fluida del sub-sistema activo al sistema de reserva. Ambos subsistemas se pueden montar en un bastidor común o separados en el espa-cio a una distancia máxima de 10 km. La separación espacial aporta un plus adicional en seguridad en caso de efectos externos extremos sobre el subsistema activo debidos, p. ej., al fuego.
La redundancia de los sistemas FH tiene como único fin au-mentar la disponibilidad. No tiene relevancia para la ejecución de las funciones de seguridad ni para la detección de fallos asociada.
Para más información, visite el sitio web:www.siemens.com/fh-cpu
Controladores SIMATIC S7-300F
Los controladores SIMATIC S7-300F son muy robustos y com-pactos. Están disponibles en una única variante de configura-ción de un sólo canal con una CPU. Esta serie no cuenta con controladores de alta disponibilidad con CPU redundantes.
Controlador SIMATIC S7-300F
La combinación de los dos modelos de CPU S7-315F y S7-317F con diferentes interfaces de bus de campo (DP o PN/DP) da como resultado una amplia gama de productos que incluye 4 controladores y que se completa con el controlador actual-mente más potente, el S7-319F-3 PN/DP:
• S7-315F-2 DP • S7-315F-2 PN/DP • S7-317F-2 DP • S7-317F-2 PN/DP• S7-319F-3 PN/DP
Los controladores con CPU S7-315F-2 DP o S7-317F-2 DP están diseñados exclusivamente para la comunicación por bus de campo PROFIBUS DP.
Los controladores con CPU S7-315F-2 PN/DP, S7-317F-2 PN/DP o S7-319F-3 PN/DP son compatibles, además, con el estándar PROFINET, ya establecido en la automatización manufac-turera.
Se pueden ampliar las CPU S7-300F de forma centralizada con los módulos F de seguridad del sistema de periferia de E/S ET 200M. También es posible llevar a cabo una ampliación descentralizada con estaciones de E/S remotas y módulos F de seguridad de los sistemas de periferia E/S ET 200M, ET 200S, ET 200pro y ET 200eco.
Para más información, visite el sitio web:www.siemens.com/f-cpu
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Versátiles sistemas de periferia de E/S descentralizada
Los sistemas de periferia descentralizada del sistema Safety Integrated se diferencian como sigue:
• Periferia modular descentralizada ET 200M con grado de protección IP20 (la línea principal de E/S remotas para la automatización de procesos con SIMATIC PCS 7)
• Periferia descentralizada de modularidad granular ET 200S con grado de protección IP20
• Periferia modular descentralizada ET 200pro con grado de protección IP65/66/67- Multifuncional gracias a variada gama de módulos, par-
cialmente con funciones de seguridad - Forma constructiva muy compacta y robusta con
"cableado independiente", permite Hot Swapping• Sistema económico de periferia digital tipo bloque
ET 200eco con grado de protección IP65/67- Módulos de E/S digitales, también con entradas de segu-
ridad- Bloque electrónico reemplazable durante el servicio sin
interrumpir la alimentación eléctrica y la comunicación
Las funciones de seguridad de los controladores SIMATIC están perfectamente adaptadas a los módulos F de seguridad de estos sistemas de periferia.
Con SIMATIC Selection Tool se puede componer de modo rápi-do y sencillo cualquier estación ET 200. Este configurador co-noce las reglas de configuración y ayuda a elegir interactiva-mente todos los componentes y accesorios adecuados.
La SIMATIC Selection Tool, así como amplias informaciones sobre todos los sistemas de periferia de E/S descentralizada ET 200 se encuentran disponibles en internet en www.siemens.com/et200
Los sistemas de periferia de E/S ET 200M y ET 200S represen-tados a continuación son especialmente relevantes para la realización de aplicaciones de seguridad en la industria de procesos.
Sistemas de periferia de E/S descentralizada
ET 200M ET 200S
Características generales
Uso en zona clasificada Zona 2 y 22; sensores/actuadores conectados también en zona 1 y 21
Zonas 2 y 22 (sin arrancador de motor)
Redundancia ■ Interfaz PROFIBUS■ Canal de módulos (módulos en estaciones separa-
das)
no
Funciones de modificación en línea
■ Añadir estación■ Añadir módulos de E/S■ Parametrizar
■ Añadir estación
Número máx. de módulos de E/S 12 63
Posibilidad de combinar módulos F y estándar
Por estaciones en PROFIBUS y dentro de una estación Por estaciones en PROFIBUS y dentro de una estación
Posibilidad de etiquetado con fecha y hora
sí no
Módulos F
DI 12/24 x DC 24 V, 4/8 x NAMUR [EEx ib] 4/8 x DC 24 V
DO 10 x DC 24 V/2 A, 8 x DC 24 V/2 A 4 x DC 24 V/2 A
AI 3/6 x 4 ... 20 mA, 13 bits + signo
3/6 x 0 ... 20 mA ó 4 … 20 mA HART, 15 bits + signo
--
Arrancador de motor -- F-DS1e-x, F-RS1e-x
PROFIBUS
Módulo de interfaz IM 153-2 HF IM 151-1 HF
Referencia base 6ES7 153-2BA. 6ES7 151-1BA.
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Flexible Modular Redundancy22
ET 200M
Configuración de ET 200M con módulo aislador
Módulos de terminales MTA
Configuración de ET 200M
Una estación ET 200M puede albergar hasta 12 módulos de E/S en diseño mecánico S7-300. Si se utilizan elementos de bus activos, los módulos pueden sustituirse y añadirse duran-te el funcionamiento (hot swapping).
Los siguientes módulos F de seguridad se pueden usar en apli-caciones hasta SIL 3 y pueden combinarse en una estación sin módulo aislador de modo ilimitado con módulos estándar:
• SM 326 F-DI 24 x DC 24 V (6ES7 326-1BK02-.)• SM 326 F-DO 10 x DC 24 V, 2 A (6ES7 326-2BF10-.)• SM 326 F-DO 8 x DC 24 V, 2 A (6ES7 326-2BF41-.)• SM 336 F-AI HART 6 x 0/4 … 20 mA (6ES7 336-4GE00-.)
Si se utiliza un SM 326 F-DI NAMUR en aplicaciones SIL 3, en configuración mixta con módulos estándar es necesario siem-pre un módulo aislador.
Para aplicaciones SIL 3 con otros módulos F se requiere asimis-mo un módulo aislador bajo las siguientes condiciones:
• Uso de módulos F como periferia E/S central del controla-dor S7-300F
• Construcción del PROFIBUS DP con cable de cobre• Construcción del PROFIBUS DP con cable de fibra óptica y
funcionamiento conjunto de módulos F y estándar en una estación ET 200M
En caso de que se produzca un fallo el módulo aislador prote-ge a los módulos F de posibles sobretensiones. Debe colocarse a la izquierda delante de los módulos F. En caso de bus poste-rior activo, que permite cambio de módulos en funcionamien-to, debe enchufarse en un módulo aislador de bus especial.
Módulos de terminales MTA
Con los módulos de terminales MTA (Marshalled Termination Assemblies) pueden conectarse de manera sencilla, rápida y segura dispositivos de campo, sensores y actuadores a los mó-dulos de E/S de las estaciones remotas de E/S ET 200M. Existen versiones MTA tanto para módulos estándar de E/S como para módulos de E/S redundantes y de seguridad.
Módulos F
ET 200sólo para fcto. SIL 3, SIL 2 también es posible sin módulo separador
ET 200
Módulo separadorpara bus interno activo
Módulo separador para separar los módulos estándar de los módulos F
Conexión de cobre PROFIBUS
Conexión de cobre o fibra óptica (FO)PROFIBUS
Móduloseparador
IM 153-2
IM 153-2
ET 200Mredundante
ET 200Mno redundante
MTA MTA
Cable preconfec-cionado con conector frontal
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Flexible Modular Redundancy 23
ET 200S
Configuración de ET 200S
En una estación ET 200S se pueden insertar entre el módulo de interfaz y el módulo de cierre hasta un total de 63 módulos de periferia (módulos de potencia, módulos electrónicos, arrancadores de motor y módulos de ampliación). Otras limi-taciones estructurales son la anchura de hasta 2 m, el área máxima de direcciones de 244 bytes para los datos de entrada y salida respectivamente, así como la limitación de paráme-tros de hasta 244 bytes por estación.
Los módulos de potencia son apropiados para estructurar los módulos de periferia en grupos de potencial. En ese caso, un módulo de potencia forma un grupo de potencial junto con los módulos de periferia subsiguientes, cuyo alcance está limita-do por la capacidad de carga eléctrica del módulo de potencia (hasta 10 A, dependiendo del tipo de que se trate). El módulo de potencia se encarga de la vigilancia y, dependiendo de la variante, también de la protección de la alimentación para ese grupo de potencial.
El primer módulo de potencia se debe colocar inmediatamen-te después del módulo de interfaz.
Configuración de ET 200S
El módulo de potencia (PM) empleado en cada caso depende-rá de la aplicación y de los módulos de periferia utilizados para ella. Los módulos de potencia mencionados en la tabla son re-levantes para las aplicaciones de seguridad.
Como reacción a una señal al efecto se pueden desconectar de manera selectiva arrancadores de motor de seguridad ET 200S a través de un módulo de potencia conectado aguas arriba PM-D F PROFIsafe. Los arrancadores de motor ET 200S tienen, además de una combinación de interruptor automático/con-tactores, un circuito electrónico de evaluación segura para de-tectar fallos. Si en caso de una parada de emergencia falla el contactor de corte, la electrónica de evaluación detecta el fallo y abre de forma segura el interruptor automático incluido en el arrancador de motor.
1) Si existe combinación de módulos F y estándar dentro de un mismo grupo de potencial, sólo se puede alcanzar AK4/SIL 2.
SIL 3 SIL 2 SIL 3
PM-D FPROFIsafe
IM 151High Feature
Módulo de potenciaPM-E
Módulo de potenciaPM-E F
Arrancadores de motor Failsafe
Módulos de potencia Finalidad de usoSeguridad alcan-zable (AK/SIL)
Módulos de periferia adecuados
PM-E F pm DC 24 V PROFIsafe
(pm para cargas con potencial flotante; masa y tierra separa-das)
Desconexión segura de módulos DO es-tándar situados aguas abajo 24 V DC
AK4/SIL 2 Todos los módulos electrónicos estándar 24 V DC no de seguridad
PM-E F pp DC 24 V PROFIsafe
(pp para cargas con referencia a tierra; masa y tierra unidas)
PM-E DC 24 V Alimentación de módulos DI F y módulos DO F
AK4/SIL 2 Todos los módulos electrónicos (módulos de seguridad y estándar) en el rango de tensión correspondiente PM-E
24 ... 48 V DC/24 ... 230 V AC
AK6/SIL 31)
PM-D F DC 24 PROFIsafe Desconexión segura de arrancadores de motor F
AK6/SIL 3 ■ Arrancadores de motor (F) F-DS1e-x y F-RS1e-x de seguridad con o sin módulos de ampliación Brake Control xB1 y xB2
AK4/SIL 2 ■ Arrancadores de motor (F) F-DS1e-x y F-RS1e-x de seguridad con o sin módulos de ampliación Brake Control xB3 y xB4
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Flexible Modular Redundancy24
Periferia del proceso para ET 200M
Módulo de entradas analógicas F-AI HART para ET 200M (6 x 0/4 ... 20 mA)
Los módulos de señales F de ET 200M (DI/DO/AI) son capaces de diagnosticar tanto fallos internos como externos. Realizan autocomprobaciones para detectar, p. ej., un cortocircuito o una rotura de hilo y vigilan de forma autónoma el tiempo de discrepancia preestablecido mediante parámetros.
Según la versión de que se trate, los módulos de entradas soportan votación prioritaria 1oo1 y 1oo2 a nivel de módulo. La CPU lleva a cabo otras evaluaciones, p. ej., la votación prio-ritaria 2oo3 para entradas analógicas.
En caso de defecto en una salida, los módulos de salida digita-les permiten la desconexión segura a través de un segundo circuito de corte.
Módulo de entradas analógicas SM 336 F-AI HART
El módulo de entradas analógicas de seguridad SM 336 F-AI HART dispone de 6 entradas para la medida de intensidad en el rango de 0 a 20 mA ó de 4 a 20 mA, diseñadas para SIL nivel 3. En aplicaciones SIL 3 se puede usar sin necesidad de módu-lo aislador. La reducida anchura, sólo 40 mm, permite una configuración que ahorra costes y espacio, todo ello con una densidad de empaquetamiento alta para módulos F.
SM 336 F-AI HART es idóneo en el rango de medida de 4 a 20 mA también para la comunicación HART con aparatos de campo HART. La comunicación HART es activable y anulable con seguridad en el modo online.
Módulo de salidas digitales SM 326 F-DO
El módulo de salidas digitales de seguridad SM 326 F-DO con 10 salidas de 24 V DC, 2 A y redundancia parametrizable amplía la gama de módulos F compactos con una anchura de 40 mm. El módulo que puede usarse en aplicaciones SIL 3 sin módulo aislador se caracteriza por tiempos de reacción cortos. Soporta las siguientes funciones:
• Pasivización por canales• Parametrización de un valor sustitutivo en caso de fallo,
p. ej. "Último valor válido"• Diagnóstico Energized to Trip
Ejemplos de funciones
Los ejemplos funcionales "F Systems: arquitecturas de cablea-do y votación para sistemas ET 200M F-AI" y "F Systems: arqui-tecturas de cableado y votación para ET 200M F-DI y F-DO" muestran diferentes posibilidades para la lectura, evaluación y salida de señales de seguridad Consulte la página web www.siemens.com/process-functional-examples
Dispositivos e instrumentos de proceso seguros para la conexión a E/S remotas ET 200
Para funcionar asociados a E/S remotas ET 200M, Siemens ofrece actualmente los siguientes dispositivos/instrumentos de proceso seguros:
La información detallada, los datos técnicos y los datos de pedido de estos dispositivos pueden consultarse en Internet en la dirección:www.siemens.com/processinstrumentation
Instrumento/dispositivo de proceso
Safety Integrity Level (SIL)
Medición de presión
SITRANS P DS III analógico/HART SIL 2
Medición de temperatura
SITRANS TW Series SIL 1
Medición de nivel
Pointek CLS 200 analógico SIL 2
Pointek CLS 300 analógico SIL 2
Pointek ULS 200 SIL 1
Posicionadores
SIPART PS2, versión para 2 hilos SIL 2
SIPART PS2, versión para 4 hilos SIL 2
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Flexible Modular Redundancy 25
Conexión directa de equipos vía bus de campo con un alto nivel de seguridad y disponibilidad
Ejemplo de configuraciones de PROFIBUS PA de seguridad y tolerantes a fallos habituales hasta ahora
En áreas clasificadas hasta zona 2, los encaminadores de red redundantes combinados con un PROFIBUS PA y topología de anillo permiten aplicaciones de seguridad tolerantes a fallos más económicas que las arquitecturas habituales hasta ahora (ejemplo figura a la izquierda).
PROFIBUS PA con topología de anillo se une a través de un encaminador de red redundante con dos líneas PROFIBUS re-dundantes de un controlador S7-400FH. Cada uno de los has-ta 8 Active Field Distributors (AFD) de ese anillo PROFIBUS PA con terminación automática de bus dispone de 4 conexiones de cable de derivación resistentes a cortocircuitos para la conexión de equipos.
Arquitectura de seguridad tolerante a fallos basada en una estructura de anillo PROFIBUS PA
Tal y como muestra la figura de la derecha, de este modo se pueden realizar aplicaciones de seguridad tolerantes a fallos con un empleo comparativamente menor de equipos y cables. La configuración del anillo también se puede modificar duran-te el funcionamiento. Incluso es posible separar durante un breve lapso de tiempo el anillo para insertar otro AFD sin que deba pararse la producción. El diagnóstico integrado en el en-caminador de red redundante y en los AFD amplía las posibili-dades existentes de diagnóstico de comunicación y de cables, y simplifica la localización de fallos en caso de rotura de cables.
De este modo, la realización del concepto Flexible Modular Redundancy llega hasta el nivel de campo.
2oo3 1oo2 1oo2
PROFIBUS
Controlador S7-400FH
DP/PA Link
PROFIBUS DP
2oo3
1oo2
AFD AFD AFD
Controlador S7-400FH
DP/PA Linkcon acopladores DP/PA redundantes
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Flexible Modular Redundancy26
Instrumentación de campo segura sobre PROFIBUS PA
Equipos PROFIBUS PA para implementar paradas de seguridad
El transmisor de presión digital SITRANS P DSIII es el primer dispositivo PROFIBUS PA adecuado para paradas o cortes de seguridad SIL 2 de acuerdo con IEC 61508/IEC61511-1 presen-te en el mercado. Para ello Siemens ha ampliado con un driver PROFIsafe su instrumento estándar para presión relativa, absoluta y diferencial.
Este trasmisor de presión se puede interconectar a una aplicación de seguridad con un controlador FH de la serie SIMATIC S7-400 vía PROFIBUS PA y PROFIsafe. De este modo, se combinan entre sí ventajas como la conexión de comunica-ción directa y la alimentación de equipos de seguridad intrín-seca, un mayor contenido informativo y la seguridad en la transmisión de las medidas. Para lograr un corte seguro se puede utilizar la entrada digital del posicionador electroneu-mático SIPART PS2 PA para de PROFIBUS PA. En caso de confi-guración diversitaria y redundante, también se pueden reali-zar circuitos de medición hasta el nivel de seguridad SIL 3.
Con el Process Device Manager SIMATIC PDM el transmisor de presión SITRANS P DSIII se pone inicialmente en marcha como dispositvo PROFIBUS PA normal. Y a continuación se activan las funciones PROFIsafe.
Transmisor de presión SITRANS P DSIII PROFIsafe
Encontrará la descripción del dispositivo (DD) y el manual de seguridad, así como otra información de interés, en la siguien-te dirección de Internet:www.siemens.com/sitransp
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Gestión del ciclo de vida de seguridad 27
Gestión del ciclo de vida de seguridadFase de análisis
Función instrumentada de seguridad (SIF) en SIS
El ciclo de vida de seguridad está dividido en tres fases de acuerdo con IEC 61511: análisis, implementación, operación y mantenimiento.
La gestión del ciclo de vida de seguridad comienza siempre examinando el concepto del proceso, el plan de gestión de se-guridad funcional y los registros históricos a fin de determinar los riesgos de seguridad tanto conocidos como potenciales.
A continuación, en un segundo paso, los resultados se some-ten a un análisis de riesgos. El objetivo de este análisis es filtrar los riesgos no tolerables, evaluar la probabilidad de que un peligro aparezca y estimar sus posibles consecuencias. Para ello se dispone de diversos métodos, p. ej. • HAZOP• Análisis de árbol de riesgos• Listas de chequeo• FMEA (Failure Modes and Effects Analysis)
Diversas herramientas disponibles en el mercado respaldan de manera efectiva el análisis de riesgos mediante la automatiza-ción de los procesos antes descritos.
El resultado del análisis de riesgos se documenta en la especi-ficación de requisitos de seguridad. Este constituye la base para la concepción posterior de la planta y se puede represen-tar como matriz causa-efecto.
La probabilidad de que se produzca un problema de seguridad y sus consecuencias se puede reducir con el empleo de medi-das de protección adecuadas (LOPA, Layer of Protection).
Una posible medida de protección consiste en la utilización de un sistema instrumentado de seguridad (SIS). El SIS es un sis-tema de seguridad independiente integrado por componentes cuya gama abarca desde el sensor, pasando por el controla-dor, hasta el actuador. Resulta apropiado para las siguientes tareas:
• Desconexión: un proceso o una instalación se lleva auto-máticamente a un estado seguro siempre que se vulnere una condición definida previamente.
• Tolerancia: la instalación se puede seguir utilizando de forma segura bajo una serie de condiciones definidas.
• Minimización: se minimizan y por tanto restringen las posi-bles consecuencias de un problema de seguridad.
El nivel SIL describe las medidas para la minimización de ries-gos. Cuanto mayor sea el nivel SIL, mayor será también el factor de la reducción de riesgos requerida.
1) Low demand mode of operation
Tabla SIL - IEC 61508 para modo "en demanda"
Reactor
Entradas Salidas Entradas Salidas
Básico de Control de Proceso (BPCS)
Safety Integri-ty Level
Probability of failure on demand (PFD) per year1)
Risk Reduction Factor
SIL 4 � 10-5 a < 10-4 10 000 a 100 000
SIL 3 � 10-4 a < 10-3 1 000 a 10 000
SIL 2 � 10-3 a < 10-2 100 a 1 000
SIL 1 � 10-2 a < 10-1 10 a 100
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Gestión del ciclo de vida de seguridad28
Fase de implementación
La fase de realización o implementación se caracteriza por la elección de la tecnología y la arquitectura, la definición de los intervalos entre las pruebas, el diseño y la instalación del SIS sí como la puesta en marcha.
Siemens proporciona la librería de bloques F integrada en S7 F Systems y SIMATIC Safety Matrix para la configuración y programación de los controladores S7-400FH.
S7 F Systems con librería de bloques F y Safety Matrix
La herramienta de ingeniería S7 F Systems permite la parame-trización de los sistemas S7-400FH y de los módulos F de seguridad de la gama ET 200.
Soporta la configuración mediante funciones para:
• Comparación de programas F de seguridad• Detección de modificaciones en programas F a través de
suma de verificación• Separación entre funciones de seguridad y funciones
estándar.
El acceso a las funciones F se puede proteger por contraseña. La librería de bloques F, integrada en S7 F Systems, contiene bloques de función preprogramados para crear aplicaciones de seguridad usando CFC o SIMATIC Safety Matrix basada en él. Los bloques F certificados son muy robustos y detectan errores tales como la división por cero o el rebase de valores. No requieren la programación diversificada para la detección de fallos y para la reacción a los mismos.
Ingeniería de aplicaciones de seguridad con CFC
SIMATIC Safety Matrix
SIMATIC Safety Matrix, que puede utilizarse como comple-mento de CFC, es una innovadora herramienta de ciclo de vida de seguridad de Siemens que se puede emplear tanto para la cómoda configuración de aplicaciones de seguridad como para su funcionamiento y servicio. Basada en el probado prin-cipio de matriz de causas y efectos, es especialmente adecua-da para procesos en los que ciertos estados definidos requie-ren determinadas reacciones de seguridad.
Safety Matrix: Asignación de reacciones exactamente definidas (efectos) a cada evento surgido (causas).
Con SIMATIC Safety Matrix, la programación de la lógica de seguridad no sólo es más sencilla y cómoda, sino también mu-cho más rápida que con los métodos convencionales. Durante el análisis del riesgo de la planta, el usuario podrá asignar a los eventos surgidos durante el proceso (causas) una reacción exactamente definida (efectos).
En las líneas horizontales de la matriz, comparable con una hoja de cálculo, introduce primero los posibles eventos del proceso (entradas) y configura su clase y cantidad, los enlaces lógicos, los eventuales retardos y bloqueos y los fallos que, dado el caso, sean tolerables. A continuación, define en las columnas verticales las reacciones (salidas) ante un evento determinado.
La vinculación entre eventos y reacciones se consigue hacien-do clic en la celda, en concreto, en el punto de intersección en-tre el renglón y la columna. A partir de estas especificaciones, Safety Matrix genera automáticamente complejos programas CFC de seguridad. Al no ser necesario que el configurador disponga de conocimientos de programación especiales, éste podrá concentrarse totalmente en los requerimientos de seguridad de su planta.
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Gestión del ciclo de vida de seguridad 29
Ventana de introducción de datos para configurar causas analógicas con preprocesamiento de los valores del proceso
Cada valor de entrada se puede combinar con un preprocesa-miento en caso necesario, sin que por ello haya que renunciar a la posibilidad de simulación. El preprocesamiento se puede configurar libremente
Junto a las alarmas derivadas del valor de proceso se pueden generar alarmas también para cada causa y efecto, así como suministrar informaciones de diagnóstico. Al hacerlo se pue-den establecer prioridades y comportamientos de confirma-ción en diferentes perfiles. El esquema de colores para la alar-ma y los mensajes se puede adaptar a las particularidades específicas del cliente o del país. El sistema de gestión de alarmas es apoyado por alarmas agrupadas, priorización de alarmas y confirmación personalizable.
Ventajas de Safety Matrix en la fase de implementación
■ Programación sencilla con el método de causa y efecto
■ No hace falta tener conocimientos de programación
■ Preprocesamiento de valores de entrada
■ Generación de alarma y puesta a disposición de infor-maciones de diagnóstico para cada causa y efecto individual incl. denominación Tag
■ Prealarma para valores analógicos
■ Libre selección de color para alarmas y mensajes
■ Generación automática de los esquemas CFC, inclui-dos los bloques drivers
■ Seguimiento automático de versiones
■ Seguimiento de cambios integrado
■ Impresión 1 a 1 de la matriz de causas y efectos
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Gestión del ciclo de vida de seguridad30
Fase de operación y mantenimiento
Documentación de cambios con Safety Matrix
La tercera y última fase del ciclo de vida de seguridad com-prende la operación, mantenimiento y modificación de la apli-cación de seguridad, así como la puesta fuera de servicio de la instalación.
El visor de SIMATIC Safety Matrix usable en la estación de ope-rador SIMATIC PCS 7 permite manejar y visualizar de modo sencillo e intuitivo la aplicación de seguridad durante el fun-cionamiento.
Mediante el visor el operador tiene acceso directo a los datos relevantes. El estado de señal se representa en línea en la matriz de causas y efectos.
Además de la visualización completa de la matriz también se puede crear una visualización referida a una determinada causa o efecto, a partir de la que se puede cambiar siempre directamente a la matriz total o a la visualización de alarmas.
Visor de Safety Matrix en una estación de operador de SIMATIC PCS 7
Pantalla de tag en modo online con valor de proceso, valor de simulación y valor activo
El visor permite al operador mostrar y guardar avisos de pri-mer cambio de estado, así como indicar incidencias relevantes para la seguridad. Se respaldan tanto las modificaciones de parámetros como las funciones de bypass, reset y corrección. En la pantalla de tag se visualiza siempre el valor de proceso, el valor de simulación y el valor activo.
Las funciones de gestión del ciclo de vida de seguridad para la administración de versiones y para la documentación de las intervenciones del operador y las modificaciones de programa completan con plena eficacia las funciones de configuración, operación y servicio de SIMATIC Safety Matrix y respaldan de manera efectiva la gestión del ciclo de vida de seguridad.
Ventajas de Safety Matrix en la fase de operación
■ Plena Integración en SIMATIC PCS 7
■ Visualizaciones de matriz y alarmas en función de causa y efecto
■ Visualización del tag con alarma
■ Visualización de "Secuencia de eventos" y memoriza-ción
■ Visualización de primera alarma y memorización
■ Funciones de manejo integradas como bypass, reset, corrección y modificación de parámetros
■ Memorización automática de intervenciones del ope-rador para la gestión del ciclo de vida de seguridad
■ Seguimiento automático de versiones
■ Documentación de modificaciones automática
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Ejemplos de aplicación 31
Ejemplos de aplicaciónPrueba de carrera parcial (Partial Stroke Test, PST)
Ejemplo de configuración para la prueba de carrera parcial
Es necesario comprobar regularmente el funcionamiento im-pecable de las válvulas de desconexión de emergencia (válvu-las ESD) de un lazo de seguridad (SIF) a fin de garantizar su perfecto funcionamiento en caso de que se produzca un pro-blema de seguridad.
Si se desconecta la instalación, esta verificación se puede llevar a cabo con una prueba de carrera total. Ahora bien, como en este tipo de prueba la válvula se cierra completamen-te, normalmente este método de comprobación no se puede utilizar durante el proceso.
En ese caso la prueba de carrera parcial constituye una exce-lente alternativa. En esta prueba se verifica la movilidad de la válvula mediante su cierre y apertura parciales, sin detener el proceso. Normalmente la carrera de la válvula está entre el 10 y el 15 %. La longitud de la carrera parcial depende de las con-diciones del proceso y del grado de cobertura de diagnóstico requerido.
Las pruebas de carrera parcial permiten ampliar el lapso de tiempo entre las pruebas de carrera total requeridas sin que sufra mermas el nivel SIL. Si se efectúan estas pruebas de for-ma periódica (p. ej., 4 veces al año), el intervalo de tiempo en-tre dos pruebas de carrera total puede aumentar de uno a dos años.
El sistema de seguridad de Siemens incluye bloques de fun-ción preconfigurados para la ejecución automática de la prueba de carrera parcial en los intervalos de comprobación definidos. Estos bloques envían al operador alarmas y res-puestas sobre el funcionamiento de la válvula y determinan el momento en que ha de llevarse a cabo la próxima prueba de carrera total a partir de cálculos PFD (Probability of Failure on Demand).
Existen faceplates preprogramados para la visualización en el sistema de operador. Estos bloques permiten obtener una rápida visión de conjunto del estado de la válvula. Muestran los parámetros PST así como el estatus de la última prueba de carrera parcial e informan sobre otras pruebas previstas.
S
Controlador SIS
Acopladore DP/PA
Válvula neumática de corte
Aplicación de seguridad
S DIG F
Función Safety Instrumented
Electroválvula
Entrada de aire Consigna posición de válvula
Retroposiciónde válvula
Posicionador de válvula SIPART PS2
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Ejemplos de aplicación32
La prueba de carrera parcial aumenta de uno a dos años el intervalo entre las pruebas de carrera total
Bloques de función
• F_PST ejecuta la prueba de carrera parcial• PST prepara las alarmas y los eventos para la estación de
operador• Opción: F_SOLENOID verifica la electroválvula• Opción: PST_CALC calcula el momento en que hay que lle-
var a cabo la próxima prueba de carrera total
Faceplate para el sistema de operador de SIMATIC PCS 7
PFD (t)
Sin PST Con PST (4 x al año)
Intervalo entre dos pruebas de carrera total en caso de realización del PST
Tiempo
PFDavg
Pruebas anuales = SIL 2 Pruebas cada 2 años= SIL 2
Ventajas de la solución de carrera parcial de Siemens
■ Prueba de válvula en línea sin afectar a la producción
■ Opciones para detectar distintos tipos de avería
■ Diagnóstico preventivo
■ Comprobaciones más flexibles e intervalos de com-probación más largos
■ Minimización del tiempo de puenteo de la válvula ESD o la desconexión del proceso
■ Menor probabilidad de avería de la válvula al deman-dar su actuación
■ Notificaciones sobre pruebas de carrera total necesa-rias para mantener el nivel SIL
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Ejemplos de aplicación 33
Aplicaciones para la protección frente a sobrepresión, fuego y gas, y para la gestión de quemadores
High Integrity Pressure Protection System (HIPPS)
High Integrity Pressure Protection System es la aplicación es-pecífica del sistema instrumentado de seguridad (SIS) para la protección frente a sobrepresión. Se puede emplear como al-ternativa a los reductores de presión, de acuerdo con API 521 y el código ASME 2211, sección VIII, párrafos 1 y 2.
Siemens ha desarrollado, en cooperación con proveedores de soluciones, una serie de exigentes soluciones HIPPS para diferentes aplicaciones sobre la base de su sistema Safety Integrated: www.siemens.com/process-safety
Sistemas de gestión de quemadores
La EN 298 y la NFPA 85 (2001) definen los sistemas de gestión de quemadores (BMS) como "sistemas de control para la com-bustión segura, que tienen como cometido respaldar a los operarios al poner en marcha y al detener las instalaciones de preparación de combustible y de combustión, así como preve-nir fallos y posibles daños en dichas instalaciones".
Su amplia gama abarca desde sistemas muy pequeños, para calderas con un sólo quemador, hasta sistemas de gran enver-gadura para calderas de centrales eléctricas.
Siemens ofrece librerías para gestión de quemadores, así como soluciones completas con bloques de función con certificación TÜV para las plataformas de controlador SIMATIC S7-400FH y S7-300F.
Ejemplo de diseño de armario eléctrico
Fuego y gas
Los sistemas de protección frente al fuego y el gas desempe-ñan un papel importante en los conceptos de protección global de instalaciones industriales dedicadas a la extracción, procesamiento y transporte de petróleo, productos petroquí-micos o gases peligrosos.
Tienen que ser capaces de detectar y avisar de manera fiable de la presencia de fuego y fugas de gas, incluso en situaciones difíciles, por ejemplo, en caso de fallo de la alimentación eléc-trica general. A fin de atenuar las consecuencias de los daños, también están en parte capacitados para introducir automáti-camente medidas de corrección apropiadas, entre otras, la ex-tinción de un incendio o la aspiración de un gas. Para ello el sistema Safety Integrated está certificado de acuerdo con las normas de seguridad requeridas EN 54 y NFPA 72.
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Proyectos de referencia34
Proyectos de referenciaReferencias en los sectores de petróleo y gas, e industria química
Ya se trate de la generación de energía, de la extracción de petróleo o gas, de refinerías, de la industria química, petro-química o farmacéutica: partiendo de la base de nuestro sólido know-how y nuestra amplia experiencia, hemos hecho realidad un gran número de soluciones de seguridad de pro-cesos "llave en mano". Estas soluciones han demostrado mun-dialmente su eficacia en el uso diario.
Energía: Instalación de purificación de gases Afam de la Shell Petroleum Development Company (SPDC) Nigeria
SPDC Nigeria ha construido una instalación de purificación de gases en Afam a fin de garantizar la calidad del gas empleado para abastecer la central estatal de energía eléctrica de 270 MW ya existente y de la central eléctrica de 650 MW cuya construcción concluirá a mediados de 2007.
A la hora de automatizar esta instalación, destinada a la elimi-nación de líquidos y residuos del combustible para las turbinas de gas, y dimensionada para 190 mmscf/d, SPDC Nigeria ha optado por el sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 con las funciones de seguridad tolerantes a fallos. Este siste-ma cumple todas las normas de seguridad y controla todos los dispositivos de parada de emergencia, así como los sistemas de aviso de incendio y de fugas de gas.
La solución• Sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 con
SIMATIC Safety Integrated• Controlador SIMATIC S7-400FH de alta disponibilidad y to-
lerancia a fallos con dos CPU del tipo 417-4H sincronizadas por cables de fibra óptica e interfaces de comunicación para Industrial Ethernet (bus de planta) y PROFIBUS (bus de campo)
• E/S remotas descentralizadas del sistema de periferia SIMATIC ET 200M ,conectadas a PROFIBUS a través de dos módulos de interfaz IM 153-2 High Feature cada una: siete líneas de E/S para señales de campo de las áreas de función SIS, fuego y gas, así como automatización general de pro-cesos
• Ingeniería de seguridad y gestión del ciclo de vida de segu-ridad vía SIMATIC Safety Matrix
• Arquitectura de sistema ajustada al milímetro y eficiente en materia de costes gracias a Flexible Modular Redundancy
Se ha revelado especialmente útil el empleo de la potente herramienta de ciclo de vida de seguridad SIMATIC Safety Matrix en el diseño, implementación y funcionamiento, así como en el diagnóstico y mantenimiento de las aplicaciones de seguridad. De este modo se ha logrado simplificar y acele-rar de forma significativa la configuración y puesta en marcha de las aplicaciones se seguridad.
Instalación de purificación de gases Afam de la Shell Petroleum Development Company (SPDC) Nigeria
Petróleo y gas: Modernización de la estación de compresión de gas de NETG en Elten, Alemania
La estaciones de compresión de gas, que suministran la presión necesaria para el transporte por gasoductos, están so-metidas a exigencias de seguridad muy elevadas. Allí tienen especial importancia los circuitos de seguridad para la regula-ción de temperatura y presión. NETG (Nordrheinische Erdgas-transportleitungsgesellschaft mbH & Co. KG) ha elegido SIMATIC PCS 7 como sistema de control de procesos para su estación de compresión de gas en Elten, que transporta gas a E.ON-Gastransport y RWE-Transportnetz Gas.
SIMATIC PCS 7 supervisa todos los datos relevantes: presión, temperatura y velocidad. El corte de emergencia y sistemas de alarma de incendio y por gas están integrados en el sistema de control de procesos. Esto permite una visualización común de la automatización del proceso completo incluyendo las seccio-nes de seguridad.
La solución• Sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 con
SIMATIC Safety Integrated• Controladores tolerantes a fallos de alta disponibilidad
SIMATIC S7-400FH• Entradas y salidas de seguridad a través de SIMATIC ET 200M• PROFIBUS PA con perfil PROFIsafe• SIMATIC Process Device Manager (PDM) para parametrizar,
poner en servicio, diagnosticar y realizar el mantenimiento de modo global aparatos de campo inteligentes
• Transmisores SITRANS P DS III con PROFIsafe, diseñados para SIL 2, SIL 3 realizable mediante votación redundante 2oo3
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Proyectos de referencia 35
Bayer en Dormagen, Alemania
NETG, E.ON y RWE están muy satisfechos con el resultado de la modernización. Se han cumplido plenamente e incluso se han superado las expectativas asociadas a las funciones inte-gradas de seguridad. Unas funciones de vigilancia mejoradas y una visualización integral aportan considerables ventajas para el funcionamiento y la seguridad de la planta. Gracias a la gestión de activos integrada, el mantenimiento preventivo resulta considerablemente más sencillo y eficiente. Esto se refleja en unos tiempos de parada más breves y una mayor dis-ponibilidad.
Industria química: producción de pesticidas en la planta de Bayer en Dormagen, Alemania
Bayer Crop Science AG estaba muy interesada en conseguir la homogeneidad desde el nivel de campo hasta el nivel ERP (SAP) en su nueva planta polivalente de Dormagen mediante el empleo de SIMATIC PCS 7. Bayer optó por una solución de sistema de control con funciones de seguridad integradas, para 35 secciones de planta, 240 unidades de proceso y 4500 puntos de I&C.
La solución• Sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 con
SIMATIC Safety Integrated• 53 controladores SIMATIC S7-400FH• 1000 entradas y salidas de seguridad en estaciones de
E/S remotas SIMATIC ET 200M• Configuración de la instalación
Safety Integrated conlleva una reducción de los costes de in-geniería a lo largo de todo el ciclo de vida de esta planta poli-valente. Gracias a su alto grado de flexibilidad, la producción se puede adaptar de manera mucho más rápida y sencilla a las exigencias cambiantes. Gracias a la asignación de controla-dores específica para unidades de proceso (un controlador por cada una), los trabajos de mantenimiento y modificación re-sultan muchísimo más cómodos.
Gestión de quemadores en Aalborg Industries, Australia
Petróleo y gas: Gestión de quemadores en Aalborg Industries, Australia
Para la extracción de petróleo o gas de yacimientos submari-nos apartados se pueden utilizar unidades flotantes de pro-ducción (Floating Production Storage and Offloading, FPSO). Para ello se utilizan por lo general petroleros transformados. Estos barcos FPSO evidentemente tienen que cumplir las estrictas normas y estándares de seguridad de la industria off-shore de petróleo y gas. Esto afecta especialmente a los com-ponentes FPSO críticos como la calderas.
Dado que la gestión de quemadores para calderas está ligada a grandes riesgos se presupone un alto grado de conocimien-tos. Además las condiciones físicas, la disponibilidad requeri-da y las normas vigentes suponen exigencias especiales en la plataforma del sistema. Esta es una razón de porqué Aalborg Industries, especialista en gestión de quemadores, ha elegido SIMATIC PCS 7 con controladores S7-400FH de Siemens.
La solución• Sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 con
SIMATIC Safety Integrated• Controladores tolerantes a fallos de alta disponibilidad SI-
MATIC S7-400FH• Entradas y salidas de seguridad a través de
SIMATIC ET 200M• PROFIBUS DP con perfil PROFIsafe• Configuración de la instalación
El sistema de gestión de quemadores de Siemens es capaz de cumplir todas la exigencias de Aalborg Industries. Las fun-ciones de seguridad se integran perfectamente en el sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 manteniendo el elevado Safety Integrity Levels 3. Flexible Modular Redundancy ofrece la posibilidad de adaptar según las necesidades el grado de redundancia para los niveles de controlador, bus de campo y periferia E/S de su planta.
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Sinopsis de datos de productos y para pedido36
Sinopsis de datos de productos y para pedidoControlador S7-400FH
Controladores SIMATIC S7-400FH como paquetes AS para SIMATIC PCS 7
En el entorno de SIMATIC PCS 7, los controladores SIMATIC S7-400FH pueden adquirirse como paquetes preconfigurados ya ensamblados y probados. La selección de unidades de pe-dido preconfiguradas permite componer de forma interactiva el equipamiento de los paquetes AS, así como su referencia.
Un configurador accesible por Internet en el Industry Mall (visitar: www.siemens.com/industrymall) le ayudará eficaz-mente. Para facilitarle la selección de las configuraciones pre-ferentes, éstas figuran de forma aditiva en la lista junto con su referencia completa.
Las unidades de pedido de los paquetes preconfigurados y las configuraciones preferentes también figuran en el catálo-go ST PCS 7 de SIMATIC PCS 7. Los datos de pedido de los com-ponentes individuales aparecen listados en los catálogos ST PCS 7 y ST 70. Ambos catálogos están disponibles en la dirección de Internet:www.siemens.com/simatic/printmaterial
SIMATIC CPU S7-400H
Tipos de controlador AS 412F AS 414F AS 417F AS 412FH AS 414FH AS 417FH
Redundancia no, estación individual con 1 CPU sí, estación redundante con 2 CPU (alta disponibilidad)
CPU 1 x CPU 412-3H 1 x CPU 414-4H 1 x CPU 417-4H 2 x CPU 412-3H 2 x CPU 414-4H 2 x CPU 417-4H
S7 F Systems RT License 4 4 4 4 4 4
Referencia base paquete AS
■ Componentes individua-les
■ premontados, probados
6ES7 654-
7AB0./7BB0.8AB0./8BB0.
6ES7 654-
7BF0./7CF0.8BF0./8CF0.
6ES7 654-
7CN./7DN./7EN.8CN./8DN./8EN.
6ES7 656-
7AB3./7BB3.8AB3./8BB3.
6ES7 656-
7BF./7CF. 8BF./8CF.
6ES7 656-
7CN./7DN./7EN.8CN./8DN./8EN.
Tipo de CPU CPU 412-3H CPU 414-4H CPU 417-4H
Componente de los paquetes AS AS 412F (1 x)/AS 412FH (2 x) AS 414F (1 x)/AS 414FH (2 x) AS 417F (1 x)/AS 417FH (2 x)
Diseño mecánico S7-400 con periferia de E/S descentralizada
S7-400 con periferia de E/S descentralizada
S7-400 con periferia de E/S descentralizada
Memoria de carga, RAM (integrada/memory card)
256 kbytes/hasta 64 Mbytes 256 kbytes/hasta 64 Mbytes 256 kbytes/hasta 64 Mbytes
Memoria principal■ total■ para programa■ para datos
768 kbytes512 kbytes256 kbytes
2,8 Mbytes1,4 Mbytes1,4 Mbytes
30 Mbytes15 Mbytes15 Mbytes
Tiempo de ejecución 75 ns 45 ns 18 ns
Nº de E/S de seguridad aprox. 100 aprox. 600 aprox. 3000
Marcas 8 kbytes 8 kbytes 16 kbytes
Interfaces integradas■ Número y tipo■ Número de líneas DP
1 (MPI/DP)1
2 (MPI/DP y DP)2
2 (MPI/DP y DP)2
Dimensiones (An x Al x P) en mm 50 x 290 x 219 50 x 290 x 219 50 x 290 x 219
Referencia base 6ES7 412-3HJ. 6ES7 414-4HM. 6ES7 417-4HT.
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Sinopsis de datos de productos y para pedido 37
Controlador S7-300F/Componentes de software
Controladores SIMATIC S7-300F
1) Como componentes SIPLUS también para un rango de temperatura ampliado de -25 ... +60 °C y atmósfera agresiva/condensaciones (www.siemens.com/siplus)
2) Basado en versiones predecesoras a la actual estándar con 256 kbytes de memoria de trabajo3) Basado en versiones predecesoras a la actual estándar con 1 Mbyte de memoria de trabajo
Componentes de software para ingeniería, servicio Runtime y gestión del ciclo de vida de seguridad
Tipo de CPUCPU 315F-2 DP
CPU 315F-2 PN/DP
CPU 317F-2 DP
CPU 317F-2 PN/DP
CPU 319F-3 PN/DP
Diseño mecánico S7-300 con periferia de E/S descentralizada o periferia de E/S centralizada de seguridad
Memoria principal 384 kbytes 512 kbytes 1 Mbyte 1,5 Mbytes 2,5 Mbytes
Nº de E/S de seguridad aprox. 300 aprox. 300 aprox. 500 aprox. 500 aprox. 1000
Marcas 2 kbytes 2 kbytes 4 kbytes 4 kbytes 8 kbytes
Conexión de bus de campo PROFIBUS (DP) PROFIBUS (DP), PROFINET (PN)
PROFIBUS (DP) PROFIBUS (DP), PROFINET (PN)
PROFIBUS (DP), PROFINET (PN)
Interfaces integradas■ Número y tipo■ Número de líneas DP
2 (MPI y DP)1
2 (DP/MPI y PN)1
2 (DP/MPI y DP)2
2 (DP/MPI y PN)1
3 (DP/MPI, DP, PN)2
Dimensiones (An x Al x P) en mm 40 x 125 x 130 40 x 125 x 130 80 x 125 x 130 40 x 125 x 130 120 x 125 x 130
Referencia base ■ Versión estándar■ Versión SIPLUS1)
6ES7 315-6FF.6AG1 315-6FF.
6ES7 315-2FJ.6AG1 315-2FH.2)
6ES7 317-6FF.6AG1 317-6FF.
6ES7 317-2FK.6AG1 317-2FK.3)
6ES7 318-3FL.–
Denominación Referencia base
S7 F Systems/S7 F Systems Upgrade 6ES7 833-1CC02-.
S7 F Systems RT License (componente de los paquetes AS) 6ES7 833-1CC00-.
Safety Matrix ToolSafety Matrix EditorSafety Matrix Viewer
6ES7 833-1SM0.6ES7 833-1SM4.6ES7 833-1SM6.
Faceplates y bloques de función Partial Stroke Test (prueba de carrera parcial)■ Engineering License y RT License para un AS■ RT License para otro AS
6BQ2 001-0CA.6BQ2 001-0CB.
Librerías de quemadores, bloques de función■ para controladores SIMATIC S7-400FH■ para controladores SIMATIC S7-300F
9AL3 100-1AA1.9AL3 100-1AD5.
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Sinopsis de datos de productos y para pedido38
Módulos de señal F ET 200MMódulos de terminales MTA
Módulos de señal F para ET 200M en S7-300F y S7-400FH
Módulos de terminales MTA para la conexión de sensores/actuadores a módulos F de ET 200M
Módulo de E digitales
Módulo de S digitales
Módulo de E analógicas
Tipos de módulos
SM 326F SM 326F NAMUR [EEx ib]
SM 326F SM 336F HART
Número de entradas/salidas hasta
24 (1 canal con sensores SIL 2)
12 (2 canales con sensores SIL 3)
con aislamiento galvá-nico en grupos de 12
8 (1 canal)
4 (2 canales)
con aislamiento galvánico por canal
10, con aislamiento galvánico en grupos de 5
De tipo P/P
8, con aislamiento galvánico en grupos de 4
De tipo P/M
6 (1 canal)
3 (2 canal)
15 bits + signo
Conexión a 2 ó 4 hilos
Nivel de seguridad máx. alcanzable según IEC 61508/ EN 954-1
1 canal/1oo1: SIL 2
2 canales/2oo2: SIL 3
(SIL 3 sin módulo aislador)
1 canal/1oo1: SIL 2
2 canales/1oo2: SIL 3
SIL 3
(SIL 3 sin módulo aislador)
SIL 3
(SIL 3 sin módulo aislador)
SIL 3(1 canal/1oo1 y 2 canales/1oo2)
(SIL 3 sin módulo aislador)
Tensión de entrada o salida
24 V DC NAMUR 24 V DC 24 V DC –
Intensidad de entrada o salida
– – 2 A por canal con señal "1"
2 A por canal con señal "1"
4 ... 20 mA o 0 ... 20 mA
Alimentación de sensores resistente a cortocircuitos
4 para cada 6 canales, con aislamiento galvá-nico en grupos de 2
8 para cada canal, con aislamiento galvánico entre sí
– – 6 para cada canal
Características especiales
Soporte de etiquetado de fecha y hora 20 ms (SOE)
Registro de señales de la zona Ex
Parámetro "Mante-ner último valor váli-do", pasivización por canales
– Comunicación HART en el rango de medida de 4 ... 20 mA
Funcionamiento redundante
granular por canales granular por canales granular por canales–
granular por canales
Diagnóstico por módulo y canal
4 4 4 4 4
Dimensiones An x Al x P (en mm)
80 x 125 x 120 80 x 125 x 120 40 x 125 x 120 80 x 125 x 120 40 x 125 x 120
Referencia base 6ES7 326-1BK02-. 6ES7 326-1RF. 6ES7 326-2BF10-. 6ES7 326-2BF41-. 6ES7 336-4GE.
Referencia
Tipo MTA Área de entrada/salida
Redundancia E/S MTA Módulo ET 200M
Cable de conexión
6 canales F Al HART (de seguridad)
4 ... 20 mA (con/sin HART) o
0 ... 20 mA (sin HART)
4 6ES7 650-1AH61-. 6ES7 336-4GE00-. 6ES7 922
-3BD00-0AU. (3 m) -3BJ00-0AU. (8 m)
24 canales DI F (de seguridad)
24 V DC 4 6ES7 650-1AK11-. 6ES7 326-1BK0.
6ES7 922
-3BD00-0AS. (3 m) -3BJ00-0AS. (8 m)
10 canales DO F (de seguridad)
24 V DC, 2 A 4 6ES7 650-1AL11-. 6ES7 326-2BF01-. (a partir de la ver-sión 2) o
6ES7 326-2BF10-.
10 canales DO F relé (de seguridad)
120 ... 230 V AC, 5 A;
24 V DC, 5 A
4 6ES7 650-1AM31-. 6ES7 326-2BF01-. (a partir de la ver-sión 2) o
6ES7 326-2BF10-.
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Sinopsis de datos de productos y para pedido 39
Sistema de periferia descentralizada ET 200SPaquetes de seguridad SIMATIC PCS 7
Módulos de potencia y módulos electrónicos de seguridad (módulos F) para ET 200S en S7-300F y S7-400FH
Paquetes de seguridad SIMATIC PCS 7
Módulos de potencia para módulos electrónicos
Tipos de módulos PM-E
Aplicaciones todos los tipos de módulos electrónicos, también de seguridad (4/8 F-DI, 4 F-DO); limitaciones debidas al rango de tensiones
Tensión de alimentación 24 V DC/10 A 24 … 48 V DC; 24 … 230 V AC; con fusible
Diagnóstico Tensión de carga Tensión de carga y fusible
Referencia base Módulo de potencia 6ES7 138-4CA. 6ES7 138-4CB.
Referencia base Módulo de terminales 6ES7 193-4CC. (2 x 3 bornes), acceso a bornes en AUX1, AUX1 continua6ES7 193-4CD. (2 x 3 bornes), acceso a bornes en AUX1, AUX1 interrumpida6ES7 193-4CE. (2 x 2 bornes), sin acceso a bornes en AUX1, AUX1 continua
Módulos electrónicos de seguridad (módulos F)
Tipos de módulos Módulo de E digitales 4/8 F-DI Módulo de S digitales 4 F-DO
Número de E/S 4 (2 canales con sensores SIL 3/1oo2)
8 (1 canal con sensores SIL 2/1oo1)
4 con 24 V DC/2 A, de tipo P/M1), hasta SIL 31) P/M: para cargas con potencial flotante
(masa y tierra separadas)
Tensión de entrada o salida 24 V DC 24 V DC
Diagnóstico de módulos y canales 4 4
Referencia base Módulo electrónico 6ES7 138-4FA. 6ES7 138-4FB.
Referencia base Módulo de terminales 6ES7 193-4CF. (4 x 6 bornes)
6ES7 193-4CG. (4 x 4 bornes)
6ES7 193-4CF. (4 x 6 bornes)
6ES7 193-4CG. (4 x 4 bornes)
Referencia base Módulo de potencia (para los corres-pondientes módulos de terminales consulte la tabla de módulos de potencia)
6ES7 138-4CA.
6ES7 138-4CB.
6ES7 138-4CA.
6ES7 138-4CB.
Paquetes de seguridad ES SIMATIC PCS 7 Referencia base
Paquete de seguridad ES SIMATIC PCS 7 para AS/OS V7.1, 250 PO
■ SIMATIC PCS 7 Engineering Software con licencia de ingenie-ría AS/OS y Runtime AS/OS 250 PO
■ S7 F Systems
6ES7 651-6AA17-.
Paquete de seguridad ES SIMATIC PCS 7 para AS/OS V7.1, PO ilimitado
■ SIMATIC PCS 7 Engineering Software con licencia de ingenie-ría AS/OS PO unlimited y licencia Runtime AS 600 PO
■ S7 F Systems
6ES7 651-6AF17-.
Paquete matriz de seguridad ES SIMATIC PCS 7 para AS/OS V7.1, 250 PO
■ SIMATIC PCS 7 Engineering Software con licencia de ingenie-ría y Runtime AS/OS 250 PO
■ SIMATIC Safety Matrix Tool■ S7 F Systems
6ES7 651-6BA17-.
Paquete de ES SIMATIC PCS 7 Safety Matrix para AS/OS V7.1, PO ilimitado
■ SIMATIC PCS 7 Engineering Software con licencia de ingenie-ría AS/OS PO unlimited y licencia Runtime AS 600 PO
■ SIMATIC Safety Matrix Tool■ S7 F Systems
6ES7 651-6BF17-.
Paquete de ampliación de ES SIMATIC PCS 7 Safety Matrix
■ SIMATIC Safety Matrix Tool■ S7 F Systems
6ES7 651-6BX00-.
Paquetes OS SIMATIC PCS 7 Safety Matrix
SIMATIC PCS 7 Safety Matrix OS Single Station Package V7.1
■ SIMATIC PCS 7 OS Software Single Station, 250 PO■ SIMATIC Safety Matrix Viewer
6ES7 652-6AA17-.
SIMATIC PCS 7 Safety Matrix OS Client Package V7.1 ■ SIMATIC PCS 7 OS Software Client■ SIMATIC Safety Matrix Viewer
6ES7 652-6CX17-.
Paquete de ampliación de OS SIMATIC PCS 7 Safety Matrix
■ SIMATIC Safety Matrix Viewer 6ES7 652-6BX00-.
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Este folleto contiene descripciones o prestaciones que en el caso de aplicación concreta pueden no coincidir exactamente con lo descrito, o bien haber sido modificadas como consecuencia de un ulterior desarrollo del producto. Por ello, la presencia de las prestaciones deseadas sólo será vinculante si se ha estipulado expresamente al concluir el contrato. Reservada la posibilidad de suministro y modificaciones técnicas.Todos los nombres de productos pueden ser marcas registradas o nombres protegidos de Siemens AG u otras empresas proveedoras suyas cuyo uso por terceros para sus fines puede violar los derechos de sus titulares.
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