1 Faglig kontakt under eksamen Fakultet for informasjonsteknologi, matematikk og elektroteknikk. Institutt for teknisk kybernetikk Navn: Tor Onshus Tlf: 73594388 EKSAMEN I TTK4175 INSTRUMENTERINGSSYSTEMER Mandag 23. mai 2011 Tid: kl 09.00-13.00 Totalt 4 timer Antall sider: 5 (inkludert forsiden og vedlegg) Bokmål Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt enkel kalkulator tillatt (HP30S/Citizen SR-270X) Tallene i parantes angir den relative vekt oppgaven tillegges ved bedømmelse. Deloppgaver som krever mer omfattende besvarelse veier tyngre ved sensur. Dersom du mener at det er nødvendig med flere opplysninger i en oppgaveformulering, gjør kort rede for de antagelser og forutsetninger som du finner nødvendig. Generelt: Det presiseres at alle besvarelser bør være korte og konsise.
2 Oppgave 1 Diverse (16%) a) Beskriv en analog 2oo3 votering med single og multippel feil deteksjon. Bruk gjerne figur og/eller tekst. b) IEC61131 definerer tre grafiske språk og to tekstbaserte for PLS programmering, hva heter språkene og vis hvert språk vha en figur/eksempel. c) Nevn forskjellige typer vedlikehold og forklar hva de innebærer. d) Kan vedlikehold ha negative konsekvenser for sikkerhet og kostnad? Begrunn svaret. e) Forklar begrepene barrierer og kaskadering innenfor sikkerhet. Er barrierer bra for sikkerhet? Er kaskadering bra for sikkerhet? Begrunn svara. f) Hva er livsløpkostnader(lcc), og hvorfor er det en bedre måte å regne kostnader på enn innkjøpskostnader? g) Hva er og hvor gjennomføres følgende; Loop-Test, FAT, IAT og SAT? h) Nevn fem begreper/egenskaper ved et produkt som kan oppfattes som kvalitet. Oppgave 2 OPC (9%) a) OPC standardene ble laget for en grunn. Hva var denne grunnen, eller hvilket problem løste OPC standardene? b) Nemn tre fordeler ved OPC standardene. c) Tre OPC standarder i tillegg til Unified Architecture(UA) ble speiselt gjennomgått. Hva heter disse og hvilke typer data blir utvekslet? Oppgave 3 Design av operatørgrensesnitt (27%) Skriv kort og konsist. Besvarelsen for hvert punkt i oppgave 3 skal ikke være mer enn 2 sider. a) Forklar nærmere menneskets tre hovedhandlingsmønstre ved problemløsning. Hva er de og hva kjennetegner de? Tegn figur. b) En del faktorer reduserer en operatørs evne til å motta/tolke informasjon og handle rett, hvilke er disse? c) Alarmfiltrering er viktig, hvorfor? Oppgave 4 Store ulykker (16%) a) Nevn viktige årsaker til tre forskjellige store ulykker.
3 b) Hvorfor er store ulykker vanskelig å forutse/planlegge mot? c) Nevn noen generelle erfaringer som er gjort fra store ulykker. d) Forklar begrepene: i) Fail-safe. ii) Forrigling. Oppgave 5 Databasert dokumentasjon/norsok I-005 (12%) Som instrumenterings/automasjon ingeniører i offshore bransjen fikk vi en egen standard, NORSOK I-005. Her fikk vi System Control Diagram(SCD) for å presentere kontroll logikk og instrumentering. Siden svært mye av et kontrollsystem består blokker som gjør det samme funksjonene har NORSOK I-005 maler for funksjons blokker som består av definerte innganger/utganger og en beskrivelse av virkemåte. De viktigste funksjons malene(function Templates) er: CA Modulating Control(PID controller) / PID controller/analog kontroll av utstyr. LB PSD Shutdown Level / Vippe for bruk ved nedstenging av prosess. MA Monitoring of analogue variables / Overvåkning av analog variabel. MB Monitoring of binary variabler /Overvåkning av diskret variable. SBE Control of electrical equipment / Binær kontroll av elektrisk utstyr. SBV Control of pneumatic/hydraulic equipment / Binær kontrol av pneumatisk/hydraulisk utstyr. Symbolet for en funksjonsblokk ser ut som i figur 1. For denne oppgaven er det viktigst å ha med Funksjonblokk type, Tagnummer og eventuelt et tekstfelt med supplerende informasjon. Figur 1 Elementene i symbolet for en funksjonsblokk a) Hva er fordelen med en SCD framfor en P&ID? Som ansatt i Automation for the People AS skal du instrumentere og regulere en trefase separator. Inn i separatoren kommer det en blanding av råolje, gass og vann. Hvis nivået av vann inne i separatoren går over en viss grense blir en ventil på innstrømningsrøret stengt. Ut i fra tanken blir det tappet vann og olje fra 2 ventiler basert på nivåmålinger av henholdvis vann og olje. Gass blir tappet vha en ventil basert på en trykkmåling.
4 b) Lag et SCD diagram for trefase separatoren med tags for alle instrument og regulatorer. Plasser tilkoblinger for vann, olje og gass riktig. Hint: det kan være en ide å lage en P&ID og så basere SCDen på P&IDen. Oppgave 6 Maskinsikkerhet (20%) a) Hva er en harmonisert standard og hva innebærer det? b) For å redusere risiko har en tre hovedtiltak. Hva er disse og minsker de frekvensen eller konsekvensen av ulykker? c) For å utvikle et sikkerhetskritisk system har en fem steg iht ISO 13849, hva er disse? d) En sikkerhetsfunksjon for en robot består av en nærhetsdetektor og en kontaktor som skal åpne for å stoppe roboten når døra inn til roboten blir åpnet. Det overordnede kravet til systemet er SIL3. Bruk data for komponentene og formlene i vedlegget til å bestemme om kravet er oppfylt. Begrunn svaret og eventuelt foreslå en løsning som oppfyller kravet.
5 Vedlegg Komponent DC B 10 B 10d n op (per time) MTTF d (timer) λ D (timer) Nærhetsdetektor 90% 9 000 000 200 000 000 15 133 333 333 7,5E-09 Kontaktor 70% 5 000 000 20 000 000 15 13 333 333 7,5E-08 DC = λ DD / λ D SFF = (λ TOT - λ DU )/ λ TOT