EKSAMEN TTK4175 INSTRUMENTERINGSSYSTEMER. Fredag 22. mai 2009 Tid: kl Sensurfrist 12. juni Totalt 4 timer

Transkript

1 Fakultet for informasjonsteknologi, matematikk og elektroteknikk Institutt for teknisk kybernetikk Faglig kontakt under eksamen Navn: Kenneth Gulbrandsøy Tlf.: EKSAMEN I TTK4175 INSTRUMENTERINGSSYSTEMER Fredag 22. mai 2009 Tid: kl Sensurfrist 12. juni 2009 Bokmål Totalt 4 timer Antall sider: 5 (inkludert forsiden og vedlegg) Hjelpemidler: D - Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. - Bestemt enkel kalkulator tillatt (HP30S) NB! Tallene i parantes angir den relative vekt oppgaven tillegges ved bedømmelse.

2 NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 2 av 5 Oppgave 1 Diverse (30 %) Hvilke forutsetninger må være oppfylt før en produsent kan ilegges produktansvar? Historisk kan en skille mellom fire prinsippielt forskjellige måter å styre et prosessanlegg på. ii) Beskriv kort hver måte å styre på. Tips: formannens rute. IEC1131 definerer tre grafiske og to tekstbaserte programmeringsspråk. ii) Vis hvert programmeringsspåk med en figur/eksempel I programmerbare feiltolerante systemer består årsak-virkningskjeden ved feil av to prinsipiellt forskjellige årsaker og én hendelse. ii) Beskriv kort hvert steg i årsaks-virkningskjeden. Oppgave 2 Arbeidsprosess og informasjonspresentasjon (30 %) Det skal utvikles en ny og innovativ arbeidsprosess for feltoperatører på et prosessanlegg, kalt distribuert alarmhåndtering. Arbeidsprosessen skal støttes ved å implementere et lokalt og bærbart operatørgrensesnitt som gir feltoperatøren mulighet til å observere de prosesstilstandene, samt motta og bekrefte et utvalg av alarmer, som er relevant for operatøren der operatøren er. Hvilke ergonomiske hensyn må tas ved valg av fysisk utstyr for informasjonspresentasjon? Hvert hensyn skal begrunnes. Rasmussen (1986) skiller mellom kunnskapsbasert, regelbasert og ferdighetsbasert handlingsmønster til operatører, der hvert handlingsmønster er avhengig av hvilket stimuli (oppgave) operatøren gis. Diskuter fordeler og ulemper ved implementering av distribuert alarmhåndtering med hensyn til i) feltoperatørens tilgjengelighet ii) feltoperatørens evne til å utføre flere oppgaver samtidig iii) handlingsmønster (Rasmussen, 1986) Skriv kort og presist. Besvarelsen bør ikke være mer enn 3 sider for b). Diskuter forskjellen mellom distribuert alarmhåndtering og alarmfiltrering. Skriv kort og presist. Besvarelsen bør ikke være mer enn 2 sider for c).

3 NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 3 av 5 Oppgave 3 (30 %) En funksjon består av en smart trykktransmitter, logikk, solenoide og nedstengningsventil. Det er gitt at funksjonen testes årlig. i) Hvilke type votering gir dette, og hvilken Hardware Fault Tolerance (HFT) tilsvarer det? ii) Hvilke type subsystem (A/B) tilhører hver enkeltkomponent? Tips: se vedlegg iii) Beregn PFD for funksjonen ved hjelp av verdier i fra vedlegget. Funksjonen i oppgave 3a) skal tilfredsstille SIL 3. i) Hvilke Safety Integrity Level tilfredsstiller funksjonen i oppgave 3a) slik den er nå? Svaret skal begrunnes. ii) Endre løsningen, hvis det er nødvendig, slik at du kan dokumentere at den nye løsningen tilfredsstiller kravene til SIL 3. Årsaken til at en endring er nødvendig skal begrunnes. Hvis en endring er nødvendig skal den nye funksjonen også testes årlig. e ) Beskriv og forklar hvilke feilmodi som er definert i IEC Hvilke tiltak kan overføre en feil fra en tilstand til en annen? Den resulterende feilraten for en IR gassdetektor forutsetter at selvtesten i detektoren finner 50% av de farlige feilene og rapporterer disse ved å gi et utgangssignal på 3mA. Hvilken feilrate må vi bruke for detektoren hvis vi kobler den til en 4-20mA inngang som ikke klarer å skille 3mA fra 4mA? Tips: se tabell 1 i vedlegget. I kravspesifikasjonen for overtrykksikring av en separator er det angitt at funksjonen skal oppfylle SIL 2 og stenge ventilen på 20 sekunder. i) Hvorfor er det krav om responstid på funksjonen? ii) Hvordan kan man finne maksimalt tillatt responstid? Oppgave 4 (20 %) Hvilke prinsipielle forskjeller er det på egenskapene (ikke virkemåte/prinsipp) til en optisk og en katalytisk gassdetektor? Forklar med figur og tekst hvordan en infrarød gassdetektor virker. En oppgir ofte det som måles med en gassdetektor som for eksempel 20% gass. Hva er det dette regnes som prosent av? Tips: hva er 100%? Hvordan virker en infrarød flammedetektor og hvorfor vil den vanligvis ikke gi alarm ved sveising, men likevel reagere på flammen fra en brann.

4 NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 4 av 5 Vedlegg Table 1: Dataark for enkeltkomponenter Komponent Feilrate (feil per 10 6 time) (ved 1oo2 votering) SFF (secure failure fraction) PT 0.3 2% 91% Logikk 1.0 1% 95% Solenoide 0.9 2% 72% Ventil 2.0 2% 62% IR gassdetektor 0.7 5% 83%

5 NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 5 av 5 Uttrykk for beregning av PFD ved 1oo2 votering: PFD = DU -- 2 Definisjon for subsystem av type A (IEC ): Enkeltkomponenter (subsystem) av type A i en funksjon er definert som enkle komponenter med velkjente svikt modi og solid driftshistorikk. Definisjon for subsystem av type B (IEC ): Enkeltlomponenter av type B i en funksjon er definert som komplekse komponenter (sammenlignet med komponenter av type A). Typiske subsystem av type B er mikrokontrollere og programmerbar logikk.