TTK4175_V19

1/18

Forsideeksamen

ForsideeksamenInstituttfortekniskkybernetikkEksamensoppgaveiTTK4175InstrumenteringssystemerFagligkontaktundereksamen:ProfessorMaryAnnLundteigenTlf.:93059365Eksamensdato:31.5.2019Eksamenstid(fra-til):09:00-13:00Hjelpemiddelkode/Tillattehjelpemidler:D:Ingentrykteellerhåndskrevnehjelpemidlertillatt.Bestemt,enkelkalkulatortillatt.Anneninformasjon:Sensurfrist21.6.2019Merk!StudenterfinnersensuriStudentweb.Harduspørsmålomdinsensurmådukontakteinstituttetditt.Eksamenskontoretvilikkekunnesvarepåslikespørsmål.

Praktiskeopplysninger

VelkommentileksamenifagetTTK4175Instrumenteringssystemer

Eksamenbestårav4hovedoppgaver,hvermedsinedeloppgaver.

Forhverdeloppgaveer%vektangittutfraentotalscorepå100%forheleoppgavesettet.Deterogsågjortensummeringav%vektforhveravde4hovedoppgavene,slikatderekanfåenenklereoversikt.

Andreopplysninger:

Alledeloppgaveneeravtypenlangsvar.Dettebetyripraksisatdetikkeernoengrensefortekstderekanleggeinnsomdelavbesvarelsen.Jeganbefalerdereimidlertidtilåværesåkortfattetogkonkretsommulig,ogdetskalideallerflestetilfellerværenokmednoenfåsetninger.MerkatdetermuligålageenkleskisserogskriveinnformlerogtalliInspera-verktøyetomdereønskerdet.Dereharogsåmulighetforålageskisserogutregningerforhånd.Merkdaatderetrengeregnearkfordetteformåletogatdissescannesinnettereksamen.Arkenemåmerkespårettmåte.Detkanværelurtåseigjennomalledelspørsmålførst,førderestarteråsvare.

Erdetspørsmål,såkommerjeginnomderderesitterca10:00-10:30.Erdetnoesomhaster,hareksamensvaktenekontaktinformasjontilmeg(ogmobilnummeretmittstårpåførsteside).Dagjensteårdetåønskederelykketil.Ønskerdereogsåengodsommernårderekommersålangt.MvhMaryAnnLundteigen

TTK4175_V19

2/18

Oppgave1

Oppgave1:Generellespørsmåloganvendelser(30%vekt)Nårdunåtrykkerdegviderevildufåseksdeloppgaver:deloppgave1a.tildeloppgave1f.Hveravdissehar5%vekt,tilsammen30%.Underhverdeloppgave,kandetværemerennettspørsmål,mendaerdenummerert.Erdetbareettspørsmål,erdetofteuthevetsomkulepunkt.

1 Oppgave1a.(5%)

Oppgave1a.Iførsteforelesningintrodusertefaglærerdetsombleomtaltsom"instrumenteringssystemsløyfen".

Lagenenkelskisseogforklarkortdeenkelteutstyrsenhetenesominngåridenne.

Merknad:DukanentenlageskissenvedhjelpavtegnemenyiInsperaellertegneforhåndpåegetarksomscannesinn.Kontakteksamensvaktomduikkeharetsliktarkforhånden.Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

TTK4175_V19

3/18

2 Oppgave1b.(5%)

Oppgave1b.Bådereguleringsfunksjonerogsikkerhetsfunksjonerereksemplerpåinstrumenteringssystemsløyfer.

Forklarhvasomforventesåværeforskjelligiensikkerhetsfunksjonsammenlignetmedenreguleringsfunksjonnårdetgjeldertopologi/arkitekturogvalgavutstyr.

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

TTK4175_V19

4/18

3 Oppgave1c.(5%)

Oppgave1c.Mangebransjerstillerkravomåskillereguleringsfunksjonerogsikkerhetsfunksjonerfrahverandre.

Forklarhvorforetsliktskillekanværeviktigogutdypforklaringenmedettpraktiskeksempel.

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

TTK4175_V19

5/18

4 Oppgave1d.(5%)

Oppgave1d.Enavforelesningenebelysteinstrumenteringssystemsløyfenforhavbunnsanlegg,inkludertkoblingtilsystemerpåplattform/produksjonsskip.

1. Gieksemplerpåutstyrsenhetersomvilinngåiinstrumenteringssystemsløyfenforethavbunnsanleggogmellomhavbunnsanleggetogtopside.

2. Hvilkespesielleutfordringergirhavbunnsmiljøforinstrumenteringsutstyr?3. Hvordanhardettepåvirketutformingavsubseacontrollmoduler,basertpåforklaringenegitti

forelesningen?

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

TTK4175_V19

6/18

5 Oppgave1e.5%

Oppgave1e.Enavforelesningeneomhandletutformingavsystemerforbrann-oggassdeteksjonogdeteksjonsprinsipper.

1. Forklarvirkemåtenforioniskeogforoptiskerøykdetektorer,ogkommenterkortpåfordelerogulemperfordissedeteksjonsprinsippene?

2. Detkanskillesmellomdigitale(binære)detektorermedadresseringoganalogedetektorermedadressering.Hvilkefordelerharanalogedetektorermedaddressering?

3. Innenformaritimtregelverkerdetkravom"dualsafety"forbrannoggassdeteksjon.Hvabetyrdetteforutformingenavdeteksjonssystemet?

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

TTK4175_V19

7/18

6 Oppgave1f.(5%)

Oppgave1f.Feltbussinngåroftesomendelavinstrumenteringssystemsløyfen.

1. Forklarhvasommenesmedfeltbussoggieksemplerpåhvasomkarakterisererdennetypenkommunikasjon.

2. Endelprosessanleggvelgeråbruke4-20mAsignaloverføringfrasensorer/transmitteretilstyringssystemet.Hvilkenfeltbuss-typekankombineresmed4-20mAsignaloverføringoghvaerenviktigbetingelseforvalgavnettverksstrukturforatdetteskalfungere?

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

Oppgave2:Utarbeidelseavtekniskdokumentasjon(25%)

Oppgave2:Utarbeidelseavtekniskdokumentasjon(25%vekt)Nårdunåtrykkerdegviderevildufåfiredeloppgaver.Oppgave2aog2bharhvervekt7.5%,mensoppgave2cogoppgave2dharhvervekt5%.Dettebetyratoppgave2tilsammenteller25%.Underhverdeloppgave,kandetværemerennettspørsmål,mendaerdenummerert.Erdetbareettspørsmål,erdetofteuthevetsomkulepunkt.

7 Oppgave2a.(7.5%)

Oppgave2a.Somendelavetengineeringsteamskaldudeltaiutarbeidelseavdokumentasjonforetseparatorsystemmedtilhørendeinstrumentering.Systemetbeståravenseparatortankogrørsystemer,inkludertfakkelsystem.Fakkelsystemetbrukestiltrykkavlastningdersomtrykketi

TTK4175_V19

8/18

separatorenerforhøytogandretiltakikkeharvirket.Enenkeltogforeløpigskisseavsystemetervistifig.1.

Fig.1.Enkelskisseavseparatorsystemet.Somvistifiguren,erdetettinnløptiltanken(blandingavhydrokarbonerogvann)ogfireutløp:Ettforseparertvann,ettforseparertolje,ettforseparertgass,ogettfortilkoblingtilfakkelsystem.Prosessingeniøreneforeslårbådetrykkreguleringognivåreguleringforseparatoren.Trykkreguleringenskalstyreenreguleringsventiliutløpetforgass,mensnivåreguleringenskalstyreenreguleringsventiliutløpetforolje.

1. LagenskissetilP&ID(piping&instrumentdiagram)sombrukerrelevantegrafiskesymbolerforseparatoroginstrumenteringfornivåogtrykkregulering.(Herkanduskissereforhåndpåegetarksomscannes,ellerbruketegnefunksjoneriinspera)

2. ForeslånummereringavhvertfeltinstrumentvedbrukavbokstavkoderogsløyfenummeriP&ID.Forklarkortbetydningenavbokstavkodene.

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:7.5

TTK4175_V19

9/18

8 Oppgave2b(7.5%)

Oppgave2b

Desomeransvarligforteknisksikkerhethargjennomførtenrisikoanalyseogidentifisertbehovforfiresikkerhetsfunksjoner:

Sikkerhetsfunksjon1:Overtrykksbeskyttelseseparatortankv/brukavmekanisksikkerhetsventil.Sikkerhetsventilskalåpneautomatiskmotfakkelpåhøyttrykkogharinnebyggettrykkmåling.

Sikkerhetsfunksjon2:Overtrykksbeskyttelseseparatortanksomlukker(dvs.stenger)åpne/stengeventiliinnløpsrørdersomdetmåleshøyttrykkitanken.Settpunktfordenneersattlavereennforsikkerhetsfunksjon1.

Sikkerhetsfunksjon3:Nivåbeskyttelseseparatortankvedhøytnivå.Skalhindrevæskeinnigass-systemet.Skallukkeåpne/stenge-ventiliinnløpsøretoglukkeåpne/stenge-ventiliutløpsrørgassvedmålthøytnivåitank.

Sikkerhetsfunksjon4:Nivåbeskyttelseseparatortankvedlavtnivå.Skalhindregassinnivæskesystemet.Skallukkeåpne/stenge-ventiliutløpsrørvannoglukkeåpne/stenge-ventiliutløpsrøroljevedlavtnivåitank.

DufårnåioppgaveåoppdatereP&IDmeddennyeinformasjonen:

1. TegninndissefirefunksjoneneiP&ID’enmedriktigegrafiskesymbolerogforslagtilnummereringmedbokstav/sløyfenummer.Kommenterkortpåbetydningavbokstavkodene.(DukanleggetildennyeinformasjonenpåP&IDdutegnetideloppgave2a.)

2. Erdetfornuftigåbrukesammenivåmålerforsikkerhetsfunksjon3og4(forklarkorthvorfor/hvorforikke)

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:7.5

TTK4175_V19

10/18

9 Oppgave2c.(5%)

Oppgave2c.Detlagesofteetsystemcontroldiagram(SCD)påbakgrunnavenP&ID.Duskalikkegjøredette,menhellerbesvarefølgende:

1. HvaerforskjellenmellomenSCDogenP&IDoghvilkeninformasjonvilduforventeåfinnepåenSCDsomikkefinnespåenP&ID?

2. HvilkenfagdisiplinharmestbrukforSCDerogtilhva?

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

TTK4175_V19

11/18

10 Oppgave2d.(5%)

Oppgave2d.

Deterogsåbehovforålageetcause&effect(C&E)diagram.

1. ForklarkortformåletmedetC&Ediagram.

2. LagetforslagtiletC&Ediagramsominneholdersikkerhetsfunksjon2,3og4.

Hint:Tabellfunksjoneniinsperakanværenyttigforpunkt2,mendetkanogsålagesdiagrampåarksomscannes.

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

Oppgave3:Standarderogdirektiver(20%)

Oppgave3:Standarderogdirektiver(20%vekt)Nårdunåtrykkerdegviderevildufåtredeloppgaver.Oppgave3ahar8%vekt,oppgave3bhar5%vektogoppgave3char7%vekt.Dettebetyratoppgave3tilsammenteller20%.Underhverdeloppgave,kandetværemerennettspørsmål,mendaerdenummerert.Erdetbareettspørsmål,erdetofteuthevetsomkulepunkt.

TTK4175_V19

12/18

11 Oppgave3a(8%)

Oppgave3a.IEC61508erenstandardvibruktetoforelesningertilåbelyse.Dennestandardenkallesengeneriskstandardforåivaretafunksjonellsikkerhetvedbrukavelektrisk/elektronisk/programmerbartelektroniskutstyr.Kommenterpåfølgendepåstander(detvilsi:ompåstandenerriktigellerfeilogutdyphvorfor)

1. IEC61508brukesavprodusentersomlevererutstyrtilsåogsiallebransjer.2. Safetyintegritylevel(SIL)kravkanbarebestemmesutfrarisikoanalysen.3. SILkravharkunbetydningfordesignavkomponenter,ikkeforhelesikkerhetsfunksjoner("ende-til-

ende").4. IEC61508gjelderkunfor"low-demand"systemer.5. DeterfåforskjellerihvilkekravsomstillestilprogramvarepågrunnavSIL-krav,sålengemanjobber

medSIL-godkjentutstyr.

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:8

TTK4175_V19

13/18

12 Oppgave3b.(5%)

Oppgave3b.Maskindirektivetgjelderforalleproduktersomomsetteskommersieltogsomomfattesavdettedirektivet.

1. Hvamåværegjennomførtforåkunnedokumenteresamsvarmedmaskindirektivet?2. Hvamenesmedperformancelevel(PL)oghvabrukesdettetil?3. ErSILogPLdetsamme?(kommenterkortpåhvorfor/hvorforikke)

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

TTK4175_V19

14/18

13 Oppgave3c(7%)

Oppgave3c.ATEXdirektivetgjelderutstyrmontertieksplosjonsfarligeområder.Besvarfølgendedelspørsmål:

1. ErdetbareelektriskutstyrsomomfattesavATEXdirektivet?(forklarkorthvorfor/hvorforikke)2. Ex-dkallesekplosjonssikkerutførelseogflammespaltererenviktigdelavdennebeskyttelsen.

Hvilkenrolleharflammespaltene?3. Ex-iutstyr(egensikkerutførelse)kreveratdetinstalleresbarrierer(zenerellertrafo-baserte)

mellomfeltogstyringssystem.Hvilkenhovedfunksjonharslikebarrierer?4. Hvaertypiskinformasjonsominngåriex-merking/ATEX-merkingavutstyr?

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:7

Oppgave4:Sikkerhetogpålitelighet(25%)

Oppgave4:Sikkerhetogpålitelighet(25%vekt)Nårdunåtrykkerdegviderevildufåfiredeloppgaver.Oppgave4ahar8%vekt,oppgave4bhar5%vekt,oppgave4char5%vektogoppgave4dhar7%vekt.Dettebetyratoppgave4tilsammenteller25%.Underhverdeloppgave,kandetværemerennettspørsmål,mendaerdenummerert.Erdetbareettspørsmål,erdetofteuthevetsomkulepunkt.

TTK4175_V19

15/18

14 Oppgave4a.(8%)

Oppgave4a.Vistartermedåavklareendelbegreperknyttettilpålitelighetogsikkerhetsanalyser.Gikortfattedesvarpåfølgendedelspørsmål:

1. Hvaskillerentilfeldig(random)feilfraensystematiskfeil?2. Hvaergrunnentilatfeilraten(ellersviktintensiteten)ofteharformsomenbadekarskurve?3. HvaerforskjellenmellometSILkravogetoppnåddSILnivåforensikkerhetsfunksjon?4. Enviktigegenskapforetsikkerhetskritiskutstyrkanværeatdeter"feil-sikkert"(fail-safe).

Hvilkenavdetoparameternesafefailurefraction(SFF)ogdiagnosticcoverage(DC)tarbestinndenneeffekten?(Gienkortbegrunnelse)

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:8

TTK4175_V19

16/18

15 Oppgave4b(5%)

Oppgave4b.Viantaratsikkerhetsfunksjonnr2(overtrykksbeskyttelse)fraoppgave2harfåttetSIL2krav.FraforelesningenomIEC61508vetviatdettefårbetydningforhardwareløsningen(forvalgavvoteringsomsikrernødvendigfeiltoleranse).Duskalherbarefokuserepådelsystemetfortrykkmåling(dvs.fortrykktransmittere).

Følgendeinformasjonerfremskaffet:TabellerfraIEC61508forminimumfeiltolreranseogfrasertifikatetfortrykktransmittertypenhardufunnetatsafefailurefraction(SFF)=83%.Trykktransmitterneeravtypensmartetransmittere.

Forklarhvorfordumeddisseopplysningenekanvelgebåde1oo2voteringog2oo3voteringfortrykkktransmitterne.(Beskrivalleantagelserdugjør)

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

TTK4175_V19

17/18

16 Oppgave4c.(5%)

Oppgave4c.Viantaratsikkerhetsfunksjon2eravtypen"low-demand".Dettebetyratprobabilityoffailureondemand(PFD)måværemindreenn0.01(oppgittområdeforSIL2er0.001<PFD<=0.01).

HvorforharsomregelDU-feilratenstørreinnvirkningpåPFDsammenlignetmedDD-feilraten?

Merknad:Deterikkenødvendigmedutregningforåforklaredette.DU:Farligudetektert(dangerousundetected)DD:Farligdetektert(dangerousdetected)Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:5

TTK4175_V19

18/18

17 Oppgave4d.(7%)

Oppgave4d.Engineeringsteametvelgerågåfor1oo2voteringfortrykktransmitterne.Dufåroppgittfølgendeformelforet1oo2votertsystem:

1. Forklarkortbetydningenavparameterne og sominngåridenneformelen.2. BeregnPFDfortrykktransmitternemeddeoppgitteverdienenedenfor,ogangi%-visfordelingav

bidragettilPFDforuavhengigefeilogforfellesfeil.3. HvorhøyPFD-verditillatestotaltfordetogjenværendedelsystemene(logikkogventiler)?Gienkort

begrunnelse.

Parameter Verdi 5.0E-6pertime

8760timer5%

Skrivdittsvarher...

Words:0

Makspoeng:7