Fakultet for elektroteknikk og telekommunikasjon Institutt for teknisk kybernetikk Skrevet av KG Løsningsforslag til EKSAMEN VÅR 2003 I SIE3075 INSTRUMENTERINGSSYSTEMER Bokmål 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.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 2 av 17 Kommentarer til løsningsforslag: Løsningsforslagene gir en pekepinn på hva svarene skal inneholde og må ikke ses på som maksimale svar. For mer utfyllende informasjon må man slå opp på de referanser som det er gitt til pensumstoffet.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 3 av 17 Oppgave 1 Diverse (12 poeng - 15%) a) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: side 1-3 til 1-4 i pensumboka] Instrumenteringssystemet defineres i boken som systemet mellom sensorer, pådragsorganer i feltinstrumenteringen og operatørene i kontrollrommet. Med andre ord er instrumenteringssystemet et overordnet system. Reguleringssystemet er en del av instrumenteringsystemet i den forstand at det henter inn informasjon fra sensorer og styrer pådragsorganer i henholdt til de reguleringskrav som er satt for prosessen. Reguleringssystemet har også som oppgave å sørge for sekvenseringer av operasjoner, foringlinger og gjennomføring av nødstopp. Sikringssystemet har som oppgave å detektere unormale forhold i prosessen som kan være en fare for sikkerheten (risiko) og å forhindre at slike forhold utvikler til en faresituasjon. I offshore industrien er sikringssystemene ofte skilt ut som egne systemer, mens det i landbasert industri ofte er mindre definerte skiller mellom sikkerhetssystemene og og reguleringssystemene. Som man ser er de tre systemtypene innvevd i hverandre. Instrumenteringssystemet, også kalt automatiseringssystemet, fungerer som et overordnet system for alle enheter innvolvert for å måle, overvåke og styre prosessen (NB! styre = sette ut et pådrag, regulere = lukket sløyfe). Systemet som binder enhetene sammen. Reguleringssystemet gjennomfører reguleringen, kontrollen av delprosesser og gjennomfører nødavstenging. For få gjennomført dette er reguleringssystemet avhengig av instrumenteringssystemet (tilgang til enhetene). Sikringssystemet overvåker tilstand, oppdager unormale tilstander og hindrer at slike tilstander får utvikle seg. Sikringsystemet må samarbeide med reguleringssystemet for å få utført sine oppgaver. b) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: side 1-12 til 1-15 i pensumboka] CE-merket er det synlige beviset på at produsenten innestår for at produktet oppfyller de grunnleggende HMS kravene i EU direktivene. Kravene til CE-merking kommer fra flere forskjellige EU direktiver. Kravene kan kategoriseres etter Krav til produktet Krav til dokumentasjon som brukeranvisning og tekniske sesifikasjoner Krav til fremgangsmåte for å dokumentere samsvar med direktivene c) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: side 1-15 til 1-16 i pensumboka] Produktansvar er ansvar for følgeskade på grunn av sviktende produktkvalitet. Følgende forutsetninger må være oppfyllt før leverandøren kan ilegges produktansvar: Skaden har forårsaket et økonomisk tap eller mén
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 4 av 17 Skaden ble forårsaket av en feil (sikkerhetsmangel) ved produktet, og det må foreligge en påviselig årsakssammenheng Feilen innebar et urimelig fare- og risikomoment Feilen fantes da produktet forlot produsenten Den skadelidte brukte produktet på den måten det var tiltenkt å bli brukt og i samvar med anvisningene eller på annen vanlig eller forutsigbar måte d) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: side 2-3 til 2-4 i pensumboka] Enkeltsløyferegulatorer er enkeltstående bokser som kun trenger 220 volt. Den søreger selv for å hente inn målinger og setter selv ut pådrag. Det vil si at det tar for seg en enkelt prosess og regulerer denne. Flersløyferegulatorer er systemer med flerkanals I/O moduler med prosessorer som er i stand til å kjøre flere seperate sløyfer samtidig på samme regneenhet. PLS og DCS systemer er eksempler på dette. e) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: side 7-7 til 7-8 i pensumboka] Analog votering kan gjennomføres på samme måte som for binær votering. En kan benytte alarmgrensene og votere på dem. Hvis en antar at en har et analogt signal der minkende signal betyr at en beveger seg mot det farlige området (fail-safe) vil man få følgende ekvivalente voteringer: Velg minste verdi av to og sjekk at verdien er innenfor lovlig område (1oo2) Velg største verdi av to og sjekk at verdien er innenfor lovlig område (2oo2) Velg median eller middel av tre og sjekk at verdien er innenfor lovlig område (2oo3)
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 5 av 17 Oppgave 2 Informasjonspresentasjon (20 poeng - 25%) a) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: I allefall side 4-1 til 4-7 i pensumboka, men mange andre deler av boka inneholder tema som vedrører dette spørsmålet. I tillegg til dette krever det litt generell kunnskap om menneskelige egenskaper] Faktor som reduserer operatørens evne til å motta og tolke informasjon og handle korrekt ut i fra denne informasjonen er: Stress (antall oppgaver, erfaring, forventingspress, miss tilpassning mellom trusselbilde og tilgjengelige virkemidler, tidspress, motstridende alternativer gir ambivalens, usikkerhet på seg selv og hva en kan og skal gjøre, uklare ansvarslinjer, dårlig opplæring, dårlig tilpasset arbeidsmiljø, motivasjon, personlig egnethet, evne til å håndtere stress, tilpassing av arbeidsoppgaver) Opplæring (med fokus på prosedyrehåndtering, gjenkjenning av kjente problemer og god/dyp kunnskap om prosessen som kontrolleres) Informasjonsmengde og presentasjonsform (presentasjonsmetoder etc.) Arbeidsmiljø (lys. lyd, arbeidsplass, arbeidsverktøy etc.) Personlige egenskaper (alle er ikke egnet til alle type oppgaver; noen liker rutinemessige oppgaver andre hater dem) Psykologiske og mentale modeller (det er viktig med kjennskap til hvordan mennesket bygger og benytter seg av psykologiske og mentale modell slik at man kan tilpasse opplæring, informasjonspresentasjon og arbeidsoppgaver etter dette) Fysisk og psykisk helse b) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: side 4-5 til 4-6 i pensumboka] I følge Ødegård og Rasmussen består informasjonsbehandlingen av: Aktivering (beslutningstakeren blir oppmerksom på at noe skjer) Analyse (skaffer seg nødvendig innsikt i prosessens tilstand) Problemløsning (evaluerer situasjonen og velger målet for de påfølgende inngrep) Planlegging (planlegger de inngrep som er nødvendig for å nå målet) Aksjon (utfører de enkelte funksjonene) De tre hovedmønstrene er: Ferdighetsbasert handling ( reagerer uten å tenke, når den lyser skal jeg trykke på den knappen, krever liten tankevirksomhet, må trenes på regelmessig, hendelser som ofte inntreffer blir ofte en del av et ferdighetsbasert handlingsmønster, problemet er godt visualisert, handlingen kan løses med få operasjoner; kort sagt enkel problemstillinger ) Regelbasert handling ( mønstergjenkjenning, en situasjon gjenkjennes og operatøren vet da at forutbestemt tiltak skal iverksett, operatøren kan nødvendigvis ikke disse utenat, men vet hvor disse tiltakene er beskrevet, denne form for handlingsmønster kan kun løse forutsette hendelser, krever gode og korrekte
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 6 av 17 mentale modeller, litt mer mentalt krevende enn ferdighetsbasert handlingsmønster) Kunnskapsbasert handling (mye mer krevende enn de andre handlingsmønstrene, situasjonene som krever denne form for handling inntreffer sjeldent og krever svært god forståelse av prosessen, god vurderingsevne og evne til å ta korrekte avgjørelser basert på denne forståelsen, gir ny kunnskap om prosessen, langsomt handlingsmønster, inntreffer for uforutsette hendelser) Figuren kan finnes på side 4-6 i pensumboka (figur 4.4). c) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Kapittel 4, side 4-7 til 4-31 i pensumboka] Design av kontrollrom innbefatter både tekniske og menneskelige aspekter. Dette innebærer at det må tas hensyn til følgende overordnede faktorer: Operatøren selv Informasjonspresentasjon Støttesystemer Arbeidsmiljø Design av kontrollrom er mer enn bare å plassere arbeidstasjoner, berøringsskjermer, mus, tablet, joystick, telefon, radiosamband, etc. Designet må ta hensyn til operatørens evne til å motta og tolke informasjon slik at operatøren til en hver tid er i stand til å handle korrekt ut i fra den informasjonen som blir presentert. Informasjonspresentasjon blir dermed et sentralt tema i designet. Erfaring tilsier at det bør presenteres informasjon om: Tilstand (statusinformasjon) Mål (settpunkt) Begrensninger (alarmer) Historikk (trendkurver) Fremtid (prediksjon) Hvordan man faktisk utformer systemene er gjenstand for diskusjon. Likevel er det, ut i fra ønsket om hurtig respons, gitt at informasjonspresentasjonen må underbygge regelbasert handlingsmønster. Det vil si tett integrasjon mellom informasjonpresentasjon og prosedyrestøttesystemer (regelbaserte operatørkommunikasjonsgrensesnitt). Disse systemene må samtidig kunne støtte kunnskapsbaserte handlingsmønstre slik at ukjente feilsituasjoner også kan håndteres sikkert. Generelt bør bilder virke rolige og behaglige å se på i normaltilstand. For å fremheve unormale tilstander kan en bruke farger (ikke mer enn tre forskjellige), blinking og lyd. Arbeidmiljøet vil påvirke ytelsen til den enkelte operatør. I et kontrollrom vil det som oftes være flere operatører med ansvar for hvert sitt kontrollområde. Plassering av arbeidsstasjonene i forhold til hverandre, felles oversiktsbilder, konferanserom osv. blir dermed viktige faktorer å ta hensyn til i designet av kontrollrommet. Utformingen av arbeidstasjonen har også mye å si for arbeidssituasjonen for operatøren. Plassering av skjermer, tastatur, mus, rulleball. programmerbare funksjonstaster, joystick osv. må være tilpasset slik at regelbasert
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 7 av 17 (effektiv tilgang til kontroller og informasjon) og kunnskapsbasert handlingsmønster (mulighet for å hente opp informasjon i mange forskjellige sammenhenger og kombinasjoner; på vegg og skjerm samtidig, hver for seg, til en annen operatør for diskusjon av problemstilling osv.). d) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 4-21 til 4-22 i pensumboka] Typiske funksjoner kan være: Innsamling av data fra prosessen Feildeteksjon Diagnose Beslutningsstøtte Presentasjon av tilstand i prosessen Databaserte manualer og prosedyrer Prosessimulering Alarmbehandling e) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 4-23 til 4-24 i pensumboka] Analytiske modell må valideres mot reelle måledata (nåverdier i prosessen). Til dette kan man benytte simulering. Analytiske modeller er i stand til å detektere alle (felles)feil og konsekvenser av disse, slik at man kan identifisere og lokalisere alle feilårsaker og prosesstilstander. Dette er ikke mulig å gjøre med black-box metoder. I motsetning til analytiske modeller kan black-box modeller utnytte gamle databaser med målinger effektivt. Black-box metoder trekker ut informasjon (kunnskap) fra tilgjengelige måledata (både historiske, manuelt innlagte og reelle måledata) som kan benyttes til beslutningsstøtte. Det er tidkrevende og kostbart å utvikle og vedlikeholde analytiske modeller og simuleringer av disse. Man velger derfor ofte black-box metoder fremfor analystiske metoder hvis det ikke er økonomisk gunstig å lage analytiske modeller av prosessen. Legg merke til at modellene er komplimentære og kan utfylle hverande fordi modellene gir forskjellig informasjon om prosessen. Man ser derfor i dag at hybride metoder blir brukt der man kombinerer egenskapene til begge modeller. f) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 4-28 til 4-30 i pensumboka] For mye stress er en av faktorene som er med på redusere operatørens evne til å utføre de korrekte handlingen. En av de viktigste årsakene til stress er tidspress, mange samtidige oppgaver, for mye og feil informasjon ( støy ). Dette gir operatøren en følelse av at det er en mistilpasning mellom trusselbildet og tilgjengelige virkemidler (får ikke oversikt, klarer ikke å prioritere oppgavene, liten støtte å få fra systemet). For å motvirke dette må informasjonen bearbeides slik at det blir lettere for operatøren å få oversikt og å prioritere, samtidig må systemet kunne selv sortere og prioritere informasjonen for operatøren. Alarmfiltrering er en måte i å implementere dette på.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 8 av 17 hovedoppgavene til alarmhåndteringssystemet er: Varsle operatørene om at det har skjedd noe som gir et uønsket avvik Prioritering. Gi informasjon om hvor viktig hendelsen er og hva det er ved hjelp av koding (tall, bokstaver, farger og lydsignaler). Veilede operatøren i den første fasen og gjennom de første aksjonene Bekrefte så snart som mulig om de aksjonene operatøren har iverksatt virker etter hensikten Filtrering av alarmer Gruppering av alarmer Litt mer spesifikke krav vil være: Varsle farlige situasjoner første feil må registreres/holdes Både akustisk og optisk alarm må kunne gis Ikke for mange typer alarmer Reset (ack.) må finnes lett tilgjengelig være i stand til å filtrere alarmer ved alarmras (fjerning av følgealarmer osv.) Alarmfiltrering er en viktig oppgave i systemer med mange mulig alarmer. Når en uønsket hendelse inntreffer vil det bli generert mange alarmer. Mange av disse er følgealarmer av rotårsaken. Følgealarmer er ikke interessante og kan skjules for operatøren. Kravet til alarmfilteringsystemet er at det skal være i stant til å holde antall alarmer på et slikt nivå at operatøren ikke blir overbelastet. På denne måten klarer systemet å gi en klarere og enklere presentasjon av situasjonen uten falske alarmer og uviktige alarmer. Alarmfiltreringsystemet skal også være i stand til å tilpasse seg operatørens behov ved å gi forskjellige muligheter for strukturering av informasjonen. Filteringsystemet skal aldri fjerne eller filtrere sikkerhetsalarmer for absolutte fysiske grenser i prosessen eller alarmer som varsler om farer for personer og utstyr.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 9 av 17 Oppgave 3 Konfigurering, programmering og sikkerhetssystemer (20%) a) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 5-13 til 5-21 i pensumboka] Separatoren har i denne sammenhengen to tilstander: S_NORMAL og S_NEDSTEGNING. Hendelser som vil få seperatoren over i nedstengingstilstanden er: Nødstopp S1 aktiveres (Hendelse S1 ON). Nivået går over øverste grense LH1 (Hendelse L1 HIGH). Nivået går under nederste grense LL1 (Hendelse L1 LOW). Trykket i separatoren stiger over PH2 (Hendelse P2 HIGH). Separatoren kan kun resettes (RESET) når separatoren har returnert til normal tilstanden. Resetting skjer manuelt. S1 ON LH1 LL1 PH2 S_NORMAL S_NEDSTEGNING RESET && S1 ON && LH1 && LL1 && PH2 Figur 1: Tilstandsdiagram for nedstenging av olje-gass-vann separator (3-fase separator) Når tilstanden separatorern entrer S_NEDSTENGING vil innløpsventilen LV1 og sikkerhetsventilen P2 åpne seg. Tilstandsdiagram for ventilene og motorene er det ikke spurt om. Det er derfor ikke nødvendig å spesifisere tilstander eller hendelser for disse. Det kan også defineres en tilstand for selve nedstengingen, men dette er ikke nødvendig for forståelsen av problemstillingen. b) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 5-5 til 5-8 i pensumboka] Programmering i de forskjellige språkene er gjennomgått på lab og i prosjekt. Det vises her en løsning basert på ST (Structured Text) og FBD (Function Block) : ST if (S1.on or LE1.high or LE1.low or PE2.high)
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 10 av 17 then /* S1 ON LH1 LL1 PH2 */ LV1.close := true; P2.open := true; else /* S1 ON && LH1 && LL1 && PH2 */ if(reset.on) then LV1.open := true; L2.close := true; end_if; end_if; FBD S1.on LE1.high LE1.low PE2.high >=1 (feil) LV1.close P2.open Reset.on S1.on LE1.high LE1.low PE2.high & (reset) LV1.open P2.close Figur 2: Logikken til separatoren i FBD OG-blokken og ELLER-blokken helt til venstre sørger for at feil-signalet har prioritet over reset-signalet (med prioritet menes feil går foran reset ). c) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Ingen spesifikke sider, men alt vedrørende redundans og votering er relevant] Det er i utgangspunktet én trykksensor i separatoren kalt PE2 (ser dette ut i fra oppgaveteksten som oppgir at øvre trykkgrense er PH2). Beskyttelsen mot overtrykk kan forbedres ved å installere en trykksensor til (PE1) til separatoren og votere digitalt på PH1 og PH2 med 1oo2 votering. Løsning basert på mekanisk overtrykksvern godtas også (gir en indirekte 1oo2 votering). Løsninger som legger til en ny overtrykksventil og voterer på trykkventilene kan også godtas. Dette fordi votering knyttes som regel til test av målesignaler for feil. Hvis man antar at alle enheter er fail-safe er dette en alternativ løsning. Informasjonen gitt mellom spørsmål b) og c) har ikke betydning for spørsmål c). Dette er kun tilleggsinformasjon som skal poengtere at regulering utføres i tanken der en av funksjonene er nivåregulering.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 11 av 17 Typiske sikkerhetssystemer på offshoreinstallasjoner er: NAS/ESD (Nødavstengingssystemet): Vanligvis sentralisert i forhold til de andre som er distribuert. Skal alttid virke og være funksjonelt uavhengig av andre systemer. (les mer på side 7-23 i pensumboka) PSD (Process ShutDown system). Samme funksjon som NAS. Kan dele aktuatorer med NAS. Skal har forskjellige/adskilte styringssignaler (les mer på side 7-29 i pensumboka). BGS/F&S (Brann og Gass Systemet). Sørger for deteksjon av gass, røyk, brann og står for slukking (les mer på side 7-26 i pensumboka). BD (Trykkavlastning). Ved for høyt trykk sendes overskudd av gass til fakkel for avbrenning (les mer på side 7-30 i pensumboka). PCS (Prosesskontrollsystemet). Samarbeider med de andre systemene.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 12 av 17 Oppgave 4 Brann- og gassdetektorer/sikkerhetssystem (20%) a) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 9-9 til 9-14 i pensumboka] Røkdetektorer som benyttes i dag bygger på optisk eller ionisk deteksjon av røkpartikler. OPTISKE RØKDETEKTORER kan være basert på spredning eller dempning av lys når det går gjennom røyk i målekammeret. Dempning baserer seg på at lysintensitiviteten avtar når det kommer røyk inn i detektorens målekammer, Dersom minimumsgrensen til lysintensitiviteten passeres gis det alarm. Dette er en usikker måte å detektere røyk fordi den er følsom for forurensning på linse, fotocelle etc. Forensingen vil medføre falske alarmer. Optiske detektorer basert på lysspredning er mindre følsom for forurensning (sikrere) fordi forurensning typisk demper lyset fra lyskilden. Hvis detektoren følger med på hvor mye lys som kommer frem (minimumsgrense) kan detektoren selv gi beskjed om at den er blitt tilsmusset (reduksjon i mottatt lys). Temperatur og fuktighet: Optiske detektorer blir ikke direkte påvirket av temperatur, men sammen med fuktighet kan temperatur medføre kondens. Trykk: Har ingen vesentlig innvirkning på optiske detektorer Lufthastighet: Optiske sensorer er ikke direkte påvirket av lufthastigheten, men transporten av røyk inn i målekammeret vil være det. Forurensning: Støv og forurensning vil påvirke detektoren. Detektorer basert på spredning vil kunne detektere dette og gi beskjed. Støv som reflekterer lys vil kunne medføre at sensorer basert på spredning går i alarm. IONISKE RØKDETEKTORER baserer seg på deteksjon av netto strøm satt opp av positive og negative ioner som trekkes til to elektroder i målekammeret. Ionene oppstår når α - og β stråler fra en radioaktiv kilde treffer nøytrale gassatomer i målekammeret. Røkpartikler er mye større enn gassmolekyler. Ionene vil derfor heller knytte seg til røykpartikler enn gasspartikler. Røykpartikler vil, på grunn av sin store masse, kollidere oftere enn gassmolekyler. Disse kollisjonene medfører rekombinasjoner tilbake til nøytrale molekyler. Resultatet blir en reduksjon i ionestrøm. Når ionestrømmen har passert en mininmumsgrense gis det alarm. Ioniske røkdetektorer er svært vanlige i husdetektorer. Temperatur og fuktighet: Ved romtemperatur vil ioniske røkdetektorer normalt ikke blir påvirket av temperatursvingninger. Kombinert med fuktig luft kan imidlertid kondens oppstå. Kondens (vann) vil absorbere noe av strålingen slik at detektoren kan gå i alarm. Ioniske røkdetektorer detekterer mindre røkpartikler bedre en større (flere partikler i kammeret og bedre mobilitet). Siden varm røyk ofte har mindre partikler enn kald røyk vil ioniske røkdetektorer derfor være best egnet til å detektere flammebranner og mindre egnet til å detektere ulmebranner.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 13 av 17 Trykk: Trykk påvirker partikkeltettheten i kammeret. Økt trykk gir flere partikler i målekammeret. Dette kan benyttes til å øke senitiviteten. Lufthastighet: Er lufthastigheten stor nok kan røkpartikler bli blåst ut fra målekammeret før de når elektrodene slik at detektoren gir alarm. Forurensning: Støv og forurensing kan resultere i falske alarmer (redusert α - og β stråling gir redusert ionestrøm) og krypstrømmer ( falsk ionestrøm ) slik detektoren ikke nødvendigvis er fail-safe (vil alltid gi alarm ved deteksjon av for mange røkpartikler) b) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 9-15 til 9-20 i pensumboka] Når man skal velge ut plassere brann- og gassdetektorer må man ta hensyn til detektorens egenskaper med hensyn på fuktighet/kondens (optiske blir mindre følsomme enn ioniske), forurensing (optiske blir mindre følsomme/dør. ioniske blir mer følsom/gir i alarm), lufttrykk (økt lufttrykk gjør ioniske mer følsomme), lufthastighet (ioniske blir mer følsomme/gir falsk alarm ved store hastigheter) og størrelse på røkpartikler (ioniske best på små, optiske best på store). Uavhengig av detektortype vil plassering av detektoren ha betydning for effektiviteten. Dødsoner og sjikting vil påvirke detektorenes evne til detektere brann og gass. Man må avveie forholdet mellom sansynligheten for for feildeteksjon og alvorligheten med å ikke detektere brann eller gass og velge seg et gitt risikonivå som man kan akseptere. Dette blir spesielt viktig i verkstedet som har sveising, åpen flamme ved skjæring av metall, naturlige gassutslipp ved sveising og skjæring og ikke minst masse forurensing i form av støv og oljepartikler. Bygget til Metall & Sveis AS består av tre hovedområder; kontorer, verkstedhall og gassdepot. Kontorområder er relativt nøytrale områder med hensyn på temperatur, fuktighet, lufthastighet og forurensning (antar at det gjennomføres tilstrekkelig rengjøring slik at støv ikke blir et problem). Det burde derfor være tilstrekkelig å plassere ioniske røkdetektorer i følgende rom (økonomisk og sikkert nok): Datarom: Er mest sannsynlig ventilert (luft suges ut). Plassering av detektor i taket og i nærhet av luftuttak (røk vil bli sugd mot luftuttak). Ikke for nærmt veggen (på grunn av dødsone). En varme/flammedetektor kan benyttes, men det er strengt tatt ikke nødvendig (sikring av viktige data). Kontor 1 og 2: I tak. Ikke for nærmt veggen (på grunn av dødsone). Resepsjon: I tak. Ikke for nærmt veggene (på grunn av dødsone) eller dørene (trekk fra verksted og ute) Gang: En detektor i taket midt mellom kontor 1 og 2 (gir økt sikkerhet og tidligere deteksjon, kan diskuteres både ut i fra et økonomisk synspunkt) På toalettene vil fuktigheten være større enn ellers i kontorlandskapet. Dette indikerer at man kanskje bør benytte en optisk detektor. Fuktigheten vil imidlertid mest sansynlig ikke være så stor at dette er nødvendig (hadde det vært et bad med dusj/ badkar hadde fuktighet/damp vært et problem). Det velges derfor å benytte ioniske røkdetektorer også på toalettene. Disse plasseres i taket, ikke for nærmt veggen (på grunn av dødsone).
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 14 av 17 Datarom Kontor 1 WC WC Ar Kontor 2 Verksted Gass-depot Resepsjon O 2 Detektor Manuell brannmelder Figur 3: Bygningsplan for Metall & Sveis AS med detektorer inntegnet Verkstedshallen har alle de karakteristikkene som indikerer at man IKKE skal plassere brann og gassdetektorer i verkstedshallen. Det vil bli utfører sveising og skjæring i hele området, det er mye forurensing og gass vil være tilstede, både i form av sveise og skjærearbeid. Hvis man skal plassere detektorer i dette område vil man få mange feilmeldinger. Noen flammedetektorer kan konstrueres slik at feilmeldinger reduseres men ikke helt (UV/IR kombinert med votering, obs! hvilken votering man benytter er kritisk for sikkerheten!). Uansett vil flammedetektorer detektere flammer ved skjæring osv. Dette er kontrollerte flammer som IKKE skal gi alarm. Flammedetektorer vil derfor ikke være særlig til nytte i arbeidstiden. Når arbeidstiden er over (må oppgis manuelt) vil flammer detektert være reelle. Det samme gjelder gass. Ved tenning av gassbrenner ol. kan det midlertidig bli tilført moderate mengder med brennbar gass. Hvis det i det hele tatt skal monteres gassdetektorer må disse kalibreres slik at de ikke melder på raske svinginger i gassmengden. Gassdetektoren bør monteres i ved luftuttaket fra verkstedet (i forbindelse med ventilasjonsanlegget). På denne måten vil man kunne vurdere eksplosjonsfaren for hele verkstedsrommet. Man må kunne godta moderate lokale utslipp uten at gassdetektorene går i alarm. Røkdetektorer vil uansett være uaktuelt i verkstedet. Sveising, sliping, skjæring og andre røykproduserende aktiviteter vil alltid være der. Dette kombinert med mye forurensing vil medføre mange feilmeldinger fra røkdetektorene. Fordi man må ha spesielle tiltak for håndtering av feilmeldinger fra detektorer i verkstedet (manuelle utkoblinger, arbeid / ikke arbeid identifikasjon osv) vil det ut i fra et økonomisk og synspunkt være mest hensiktsmessig å kun ha manuelle brannmeldere i verkstedshallen. Det bør plasseres en brannmelder ved hver dør og ved arbeidstasjoner i forbindelse med sveise og skjærearbeid. Siden gassdepotet ligger utendørs med god ventilasjon og den eneste brannfarlige gassen er oksygen vil det ikke være hensiktsmessig å installere noen gass detektorer i hos Metall & Sveis AS. Siden gassdepotet ligger i friluft vil det være vanskelig å plassere eventuelle
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 15 av 17 varme/flammedetektorer (luftbevegelse, fuktighet, forurensning osv). Det vil derfor være en bedre løsning og sørge for at det ikke er brennbart materiale på depotområdet og at depotområdet er avlåst. På denne måten kan man redusere muligheten for eksplosjon som følge en brann i depotområdet. c) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 9-20 til 9-21 i pensumboka] Man kan benytte mer spesialierte og dyre metoder for deteksjon (avanserte detektorer) eller utnytte eksisterende detektorers egenskaper ved å optimalisere forholdene for deteksjon. Dette kan gjøres ved å benytte såkalte aspirasjonsskap. Aspirasjonsskap er en anordning med vifter som suger inn den aktuelle atmosfæren fra flere steder i rommet til en følsom detektor som sitter inne i et sentralt skap. Denne detektoren kan være optisk, ioniske eller begge deler. Krav til full uttelling: Kandidaten må ha nevnt aspirasjonsskap som en løsning.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 16 av 17 Oppgave 5 Prosjektering og dokumentering (20%) a) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 10-6 til 10-9 i pensumboka] En kravspesifikasjon bør inneholde følgende hovedmomenter: Operasjonelle og funksjonelle krav Sikkerhetskrav Felles systemkrav Operasjonelle og funksjonelle krav retter seg IKKE mot detaljer om hvordan systemet skal være oppbygd eller hvordan funksjoner skal realiseres. Spesifikasjonen av funksjoner skal fastsette hvilke ytelse en ønsker av systemet. Det er hensiktsmessig å skille mellom krav til funksjoner ved feilfritt system og krav reaksjoner i forbindelse med feil i systemet. Krav til sikkerhetsfunksjonene som må utføres av sikkerhetsrelaterte systemer skal omfatte barrierer (beskyttelse mot ulykker) og kaskadering (tiltak for å hindre kaskadering av farlige prosesstilstander fra en prosess til en annen). Felles systemkrav omfatter blant annet enhetlig tid (hele systemet skal gå på samme tid; en klokke som gir samme tid i alle systemer), enhetlig operatørgrensesnitt (skjermkommunikasjon bør skje via samme type tastatur for alle systemer og prinsippene for oppbygging av bilder og presentasjon av bildene bør være lik for alle systemer) og krav til miljøet (innetemperatur, støv i lufta, statisk utladning etc.) b) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 10-6 til 10-9 i pensumboka] Det er svært juridiske og avtalemessige mange forhold man skal høyde for ved kontraktsinngåelse eller innkjøpsordre, blant annet er det viktig på forhånd å være klar over hvem som betaler forsering ved forsinkelser og hvem som betaler utbedring av feil. Dette er forhold som skriftlig må avklares mellom kunde og leverandør. På denne måten blir det enklere for både kunde og leverandør og forholde seg til de problemer som måtte oppstå. Det er viktig at avtalevilkårene er levelig for både kundre og leverandør. Derfor må man forsøke å inngå avtaler som sikrer leverandørene de nødvendige rammebetingelsene til å oppfylle sine plikter ovenfor kunden.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 17 av 17 c) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 10-19 til 10-21 i pensumboka] Livsløpskostnader er de kostander materiell/system/løsninger koster kunden fra innkjøp til utrangering. De viktigste faktorene som inngår i livsløpskostnader er Innkjøpskostnader (utstyr, installasjon og igangkjøring, administrasjon og engineering) Drift- og vedlikeholdskostnader (reservedeler og opplæring for D&V, årlige kostnader i forbindelse med D&V, inkludert testing og utskiftning/reperasjon) Kostnader på grunn av driftsstans (taps produksjon, ødelagte produkter/råvarer, ekstraarbeide ved klargjøring og oppstart) Alle kostandene nevnt overfor inntreffer ved forskjellige tidspunkt i livsyklusen. For å ta en avgjørelse må utgifter være sammenlignbare. Til dette benytter man nåverdianalyser på utgiftene (benytter en kalkylrente til å diskontere alle beløp til nåverdi). Med dette som grunnlag sammen med pris/nytte og risiko vurderinger av forskjellige løsninger kan man foreta kvalifiserte avgjørelser for hvilke løsninger man skal satse på. d) [Relevant pensumlitteratur for spørsmålet: Side 11-24 til 11-25 i pensumboka] Det er mange ting man kan gjøre for å effektivisere dokumentasjonsarbeidet. En av dem er følge faste standarder for dokumentasjon (noe man ofte er nødt til uansett). En annen metode er dataassistert doukmentasjon, eller dokumentasjon generert av engineering, kvaliets og administrasjonssystemene benyttet under prosjektarbeidet. Det er dette siste punktet som spørsmålet sikter til. Det finnes mange forskjellige systemer og standarder på markedet i dag. De fleste engeneering-/utviklingssystemene har i dag en eller annen form for automatiske dokumentasjonssystemer innebygget. Eksempler på slike systemer er KEVIN og ESS (andre eksempler er også gitt i gjesteforelesningen om dokumentasjon i engineeringprosjekter). Mange standarder finnes også: EDI, ODA, STEP, POSC/ CÆSAR.