ما هو معيار IEC 61511؟ دليل السلامة الوظيفية في الصناعات التحويلية

1.0 ما هو IEC 61511؟

IEC 61511 هو معيار دولي تم تطويره بواسطة اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، وهو مصمم خصيصًا لـ السلامة الوظيفية في صناعة العملياتيُعد هذا المعيار بمثابة تطبيق خاص بقطاع معين للمعيار IEC 61508، وهو معتمد على نطاق واسع عالميًا. يركز هذا المعيار على تصميم وتنفيذ وإدارة أنظمة السلامة الآلية (SIS).

1.1 مقدمة عن صناعة العمليات

على عكس الصناعات التحويلية المنفصلة - مثل تلك التي تنتج الصواميل أو البراغي أو أجزاء السيارات - صناعة العمليات يتعامل مع تحويل ومناولة المواد السائبة. تشمل القطاعات النموذجية ما يلي:

• إنتاج النفط والغاز
• التكرير
• التصنيع الكيميائي
• المستحضرات الصيدلانية
• عمليات المعالجة المستمرة الأخرى

ونظرًا للطبيعة عالية المخاطر لهذه البيئات، فإن السلامة الوظيفية ضرورية لضمان التشغيل المستقر والموثوق به لأنظمة التحكم في السلامة.

1.2 غرض وتعريف المعيار

يحدد المعيار IEC 61511 مجموعة شاملة من المتطلبات لتحقيق السلامة الوظيفية في قطاع العمليات. ويتناول هندسة النظام، وتطوير الأجهزة والبرمجيات، وبرمجة التطبيقات، بهدف شامل يتمثل في ضمان يمكن لـ SIS تقليل المخاطر بشكل موثوق في حالة حدوث أعطال أو ظروف غير طبيعية.

بموجب المعيار IEC 61511، نظام السلامة الآلي (SIS) يتم تعريفه على أنه نظام آلي مصمم لتنفيذ مهمة واحدة أو أكثر وظائف الأجهزة الآمنة (SIF). وهو يتألف عادة من ثلاثة عناصر أساسية:

• أجهزة الاستشعار
• حلول منطقية
• العناصر النهائية

1.3 نطاق التطبيق

يغطي IEC 61511 دورة الحياة بأكملها نظام سلامة مُجهّز بأجهزة - بدءًا من التصميم النظري وتحليل المخاطر، وصولًا إلى الهندسة التفصيلية، والتركيب، والتشغيل، والصيانة، والتفكيك النهائي. كما يتضمن متطلبات تعديلات النظام أثناء التشغيل.

1.4 هيكل المعيار

يتكون IEC 61511 من ثلاثة أجزاء رئيسية:

• IEC 61511-1: السلامة الوظيفية - متطلبات النظام
  يحدد التعريفات الأساسية وبنية النظام والمتطلبات الفنية للأجهزة والبرامج.
• IEC 61511-2: إرشادات التطبيق
  يقدم إرشادات عملية حول تنفيذ المتطلبات من الجزء الأول.
• IEC 61511-3: إرشادات لتحديد مستويات سلامة السلامة (SILs)
  يساعد المستخدمين على تحديد مستوى السلامة المطلوب لكل وظيفة أمان بناءً على تحليل المخاطر.

1.5 تطور المعيار

استُخدمت أنظمة السلامة المُجهزة بالأجهزة لأكثر من نصف قرن للحد من المخاطر الصناعية. اعتمدت أنظمة السلامة المُجهزة بالأجهزة في بداياتها على دوائر هوائية أو هيدروليكية أو كهربائية، وتميزت بهياكل بسيطة وأنماط أعطال مفهومة جيدًا.

في سبعينيات القرن الماضي، بدأ استخدام الأنظمة الإلكترونية القابلة للبرمجة في أنظمة المعلومات المتكاملة (SIS)، مما وفر مرونة أكبر، ولكنه أضاف أيضًا تعقيدات وشكوكًا جديدة. زادت هذه التغييرات من صعوبة إدارة المخاطر، مما استدعى تحديث المعايير. وقد تطور المعيار IEC 61511 تبعًا لذلك:

صدرت الطبعتان الأولى والثانية في 2003.

الطبعة الثانية قدمت ما يقرب من 200 تحديث، بما في ذلك المتطلبات الخاصة بـ مواصفات متطلبات السلامة (SRS)، مراقبة الأداء، وتقييمات معدل الفشل، وأمن تكنولوجيا المعلومات، و إدارة السلامة الوظيفية (FSM).ملخص العناصر الرئيسية في IEC 61511

1.6 التكوين القياسي وأصحاب المصلحة

غالبًا ما يُشار إلى IEC 61511 باسم معيار السلامة الوظيفية لصناعة العمليات، خاصة بالنسبة ل أنظمة السلامة الآلية (SIS). وهو يتكون من:

1. الجزء 1: الإطار والمتطلبات الخاصة بالأجهزة والبرامج
2. الجزء الثاني: إرشادات بشأن التنفيذ
3. الجزء 3: منهجية تحديد مستوى السلامة

وهو مناسب لجميع الموظفين المشاركين في وظائف الأجهزة الأمنية، بما في ذلك موردي النظام، ومشغلي المصانع، وفرق الصيانة، ومصممي SIF، ومحللي SIL، ومقاولي EPC.

1.7 دورة حياة السلامة الوظيفية

IEC 61511 يحدد هيكلًا دورة حياة السلامة لضمان استيفاء SIS لمتطلبات السلامة باستمرار. ويشمل ذلك:

تحليل مخاطر العملية وتوثيق إجراءات السلامة والأمن المطلوبة

تنفيذ الأنظمة باستخدام الأجهزة والبرامج وطرق التصميم المناسبة

التحقق من أداء النظام وتعديله حسب الحاجة

تشغيل وصيانة نظام SIS باستخدام إجراءات موحدة مع مراقبة أدائه بشكل مستمر

1.8 متطلبات نظام إدارة SIS

يفرض المعيار أ نهج الإدارة المنهجي إلى SIS، والذي يتكون من أجهزة استشعار، ومحللات منطقية، وعناصر نهائية، ومكونات داعمة، وكلها تعمل معًا لتنفيذ SIF واحد أو أكثر.

يجب أن يتضمن نظام إدارة SIS المتوافق ما يلي:

سير عمل محدد عبر دورة حياة نظام معلومات السلامة: التقييم، التصميم، التحقق، التثبيت، التشغيل، التحقق من الصحة، التشغيل، الصيانة، والتحسين المستمر

تم تحديد المسؤوليات بوضوح لجميع الأدوار المعنية

الإجراءات الموثقة التي تدعم كل مسؤولية

مراقبة الأداء وحلقات التغذية الراجعة لضمان الامتثال المستمر لـ SIL المخصص

1.9 تقييم الأداء والمستوى التعليمي

يستخدم IEC 61511 مستوى سلامة السلامة (SIL) لقياس مدى فعالية نظام المعلومات الصحية في الحد من المخاطر.

يتم تحديد مستويات SIL من خلال تحليل المخاطر والتهديدات استنادًا إلى الحد المطلوب من المخاطر لكل SIF

تم تصميم وهندسة SIS لتلبية متطلبات SIL المخصصة

أثناء التشغيل، يتم تقييم الأداء من خلال البيانات الميدانية واختبار السلامة الميكانيكية

إذا كان الأداء الفعلي أقل من مستوى الامتثال المقصود، فيجب اتخاذ إجراءات تصحيحية لاستعادة الامتثال

2.0 فهم IEC 61511 و IEC 61508 في صناعة العمليات

2.1 ما هي سلامة العملية؟

سلامة العملية هو إطار عمل منهجي مصمم لضمان سلامة الأنظمة والعمليات التي تتعامل مع المواد الخطرة. يجمع هذا الإطار بين مبادئ الهندسة وممارسات التصميم والإجراءات التشغيلية لمنع الإطلاق غير المقصود للمواد الخطرة أو الطاقة. نشأ هذا المفهوم من إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية (OSHA)، ويُطبق على نطاق واسع في العمليات التي تتضمن المواد الكيميائية شديدة الخطورة (HHCs).

2.2 لماذا تعتبر السلامة الوظيفية أمرا بالغ الأهمية في صناعة العمليات؟

مع نمو أنظمة العمليات في التعقيد، أنظمة السلامة الوظيفية يُعتمد عليها بشكل متزايد للتخفيف من مخاطر التشغيل. في العديد من البلدان - مثل سنغافورة -أنظمة حالة السلامة أصبحت إلزامية. يجب على المنظمات وضع برامج وظيفية لإدارة السلامة تتوافق مع المعايير الدولية للوفاء بالالتزامات التنظيمية.

2.3 العلاقة بين IEC 61511 و IEC 61508

• اللجنة الكهروتقنية الدولية 61511 هو المعيار الخاص بقطاع العمليات للسلامة الوظيفية، والذي يركز على دورة حياة السلامة الكاملة لأنظمة السلامة الآلية (SIS) في الصناعات مثل النفط والغاز والمواد الكيميائية.
• اللجنة الكهروتقنية الدولية 61508 يعمل بمثابة المعيار الأساسي لضمان السلامة الوظيفية في جميع القطاعات التي تشمل الأنظمة الكهربائية والإلكترونية أو الأنظمة الإلكترونية القابلة للبرمجة (E/E/PE). وهو المعيار الرئيسي الذي يُرشد تطبيق معيار IEC 61511.

2.4 أنظمة السلامة الآلية (SIS) ووظائف السلامة الآلية (SIF)

يشتمل نظام السلامة الآلي (SIS) عادةً على عدة وظائف الأجهزة الأمنية (SIFs)يتضمن كل SIF المكونات الرئيسية التالية:

• أجهزة الاستشعار- اكتشاف الانحرافات عن ظروف التشغيل العادية
• حلول منطقية- معالجة مدخلات المستشعر وتنفيذ منطق الأمان
• العناصر النهائية- البدء في استجابة آمنة (على سبيل المثال، تشغيل الصمامات أو إيقاف تشغيل المعدات)

2.5 مستويات سلامة السلامة (SILs) والحد من المخاطر

مستوى سلامة السلامة (SIL) هو مقياس الأداء المستخدم لتحديد قدرة نظام معلومات السلامة على الحد من المخاطر. بموجب المعيار IEC 61511، تُحدد متطلبات مستوى السلامة من خلال تحليل المخاطر والتهديدات (H&RA) ويتم استخدامها لتوجيه تصميم النظام والتحقق منه.

2.6 هيكل IEC 61511

تم تصميم IEC 61511 على النحو التالي: أربعة أجزاء مميزة:

2.7 دورة حياة السلامة: نهج الحلقة المغلقة من التحليل إلى إيقاف التشغيل

IEC 61511 يعتمد نموذج دورة حياة سلامة SIS، مما يضمن الحفاظ على السلامة الوظيفية طوال عمر النظام التشغيلي.

المرحلة 1: التحليل (المرحلة الزرقاء)

• PHA – تحليل مخاطر العمليات:تحديد مصادر المخاطر، والعواقب المحتملة، وتكرار الأحداث.
• تحديد SIL:تعيين عامل خفض المخاطر المطلوب (RRF) و SIL المقابلة لكل SIF.
• SRS – مواصفات متطلبات السلامة:تحديد معلمات كل SIF والأهداف الوظيفية.
• FSA – تقييم السلامة الوظيفية:التحقق المستقل لمرحلة التحليل من قبل طرف ثالث.

المرحلة الثانية: التصميم والتنفيذ (المرحلة الحمراء)

• اختيار الجهاز:اختر المكونات التي تتمتع بشهادة SIL مناسبة أو تاريخ استخدام مثبت.
• تصميم النظام:تحديد هيكل المنطق والتكرار واستراتيجيات الاختبار وفقًا لـ SRS.
• التحقق من SIL:استخدم أدوات مثل إكسسيلينتيا أو سيلسيت لحساب مقاييس الموثوقية.
• التحقق من صحة FAT/SAT وSIS:إجراء اختبارات قبول المصنع والموقع لضمان الامتثال لمعايير SRS.
• المرحلة الثانية من FSA:التقييم المستقل لجودة التصميم والتنفيذ.

المرحلة الثالثة: التشغيل والصيانة (المرحلة الخضراء)

• خطة صيانة نظام المعلومات الأمنية:ضمان الموثوقية على المدى الطويل واختبار الإثبات بشكل منتظم لكل SIF.
• مراقبة الأداء وإدارة الأعطال:تتبع مؤشرات الأداء الرئيسية (KPIs) لتقييم التشغيل في العالم الحقيقي
• تعديلات النظام وإدارة التغيير:الالتزام بالبند 17 من IEC 61511 لمنع إدخال المخاطر غير المقصودة أثناء التعديلات.
• FSA الجاري:إجراء عمليات تدقيق دورية لضمان استمرار الامتثال والفعالية أثناء التشغيل والصيانة.

3.0 IEC 61511 مقابل IEC 61508: الاختلافات الرئيسية والترابطات

3.1 المميزات الأساسية: النطاق والمستخدمون المستهدفون

IEC 61511 هو مشتقات خاصة بقطاع معين وفقًا لمعيار IEC 61508، المُصمم خصيصًا لتلبية احتياجات صناعة العمليات. ورغم أن كلا المعيارين مُصمم خصيصًا لتطبيقاتهما، إلا أنهما يشتركان في إطار عمل متسق من حيث نماذج دورة الحياة، ومقاييس السلامة (على سبيل المثال، SIL، وPFD/PFH)، ومبادئ إدارة السلامة الوظيفية.

3.2 لماذا يُعدّ معيار IEC 61511 بالغ الأهمية لصناعة العمليات

حتى لو كان النظام يستخدم مكونات متوافقة مع IEC 61508، بشكل عام السلامة الوظيفية في صناعة العمليات لا يمكن الاعتماد فقط على توافق الجهاز الفردييضمن المعيار IEC 61511 تقليل المخاطر على مستوى النظام من خلال ما يلي:

ضمان أداء SIF:يقوم بتقييم الترابطات المتبادلة بين الأجهزة للتأكد من تحقيق مستويات سلامة السلامة المطلوبة (SIL).

تحسين الصيانة:يحدد استراتيجيات لفترات اختبار الإثبات والحفاظ على موثوقية النظام.

متطلبات المرحلة التشغيلية:يوفر إرشادات رئيسية حول التثبيت والتشغيل والتشغيل والصيانة.

إدارة التغيير:مع تطور أنظمة العمليات، تنص IEC 61511 على أنه يجب تقييم أي تعديل لمعرفة تأثيره على السلامة الوظيفية.

التحقق من صحة برامج التطبيقات:في حين أن IEC 61508 يحكم البرامج المضمنة، تحدد المواصفة IEC 61511 طرق التحقق لمنطق مستوى التطبيق (على سبيل المثال، برامج التحكم في المستوى/التدفق).

3.3 التنسيق بين المعايير في تنفيذ SIL

يركز IEC 61511 على التنفيذ على مستوى النظام وحوكمة دورة الحياةفي حين أن IEC 61508 يضمن تصميم على مستوى المعدات، والشهادات، ووظائف السلامة المضمنة. معًا، يشكلون إطار السلامة الوظيفية التكميلي.

3.4 متطلبات IEC 61511 للعناصر الميكانيكية

على الرغم من أن IEC 61511 يركز على الأنظمة الإلكترونية الكهربائية/القابلة للبرمجة, العديد من العناصر النهائية هي ميكانيكية (مثل صمامات الإغلاق، والمشغلات الهوائية، وصمامات تخفيف الضغط). قد تُسبب الأعطال الميكانيكية عطلًا مباشرًا في نظام SIF. لذلك، يتطلب المعيار ما يلي:

بيانات الموثوقية للمكونات الميكانيكية

المكونات الميكانيكية يجب توفير بيانات PFD/PFH;

يمكن إثبات الامتثال من خلال:

• مثبتة الاستخدام البيانات (وفقًا لمتطلبات IEC 61508)؛
• ملاءمة SIL تصريحات من الشركات المصنعة؛
• شهادات الطرف الثالث(على سبيل المثال، من TÜV أو Exida).

اختبار الإثبات الدوري

تحديد المناسب فترات اختبار الإثبات;

يجب أن تتضمن خطط الصيانة ما يلي: الاختبار الوظيفي (على سبيل المثال، استجابة تشغيل الصمام)؛

يجب أن تكون بيانات الاختبار يتم إدخالها مرة أخرى في تقييمات المخاطر وتحديثات دورة الحياة.

الإدراج في نمذجة موثوقية النظام

دمج العناصر الميكانيكية في نماذج FMEA أو FTA على مستوى النظام;

احسب PFD لـ حلقة عنصر التحكم النهائي بالكامل (الصمام + المحرك + المنطق)؛

يجب أن يتوافق النظام مع مستوى SIL المخصص قبل الدخول في العملية.

3.5 استراتيجية التنفيذ المنسقة

4.0 خاتمة

IEC 61508 تُشكل معايير IEC 61511 وIEC 61508 معًا العمود الفقري للسلامة الوظيفية في الصناعات التحويلية. فبينما تُوفر IEC 61508 إطارًا عامًا على مستوى الجهاز للأنظمة المتعلقة بالسلامة، تُصمم IEC 61511 هذه المبادئ بما يتناسب مع الاحتياجات المحددة لأنظمة السلامة الآلية (SIS) في العالم الحقيقي طوال دورة حياتها، بدءًا من تقييم المخاطر وتصميم النظام ووصولًا إلى الصيانة والتعديل المستمرين.

في البيئات الصناعية المعقدة وعالية المخاطر، لا يكفي الامتثال على مستوى الجهاز وحده. فقط نهج شامل قائم على دورة حياة الجهاز - يشمل تعريف SIF، وتخصيص SIL، والتحقق، ومراقبة الأداء - هو ما يضمن سلامة وموثوقية تشغيلية واضحة.

يُعد فهم كيفية تكامل هذين المعيارين أمرًا بالغ الأهمية للمهندسين والمُدمجين ومديري السلامة الذين يسعون إلى بناء هياكل أنظمة معلومات السلامة (SIS) قوية والحفاظ عليها. عند تطبيقهما معًا بفعالية، يُمكّن المعياران IEC 61508 وIEC 61511 من اتباع مسار متسق وقابل للتدقيق للحد من المخاطر، والامتثال للوائح التنظيمية، وضمان سلامة المنشآت على المدى الطويل.

مراجع

www.wolterskluwer.com/en/expert-insights/السلامة الوظيفية للطبعة التالية من iec-61511

safetyandsis.com/compliance-with-iec-61511/

www.tuvsud.com/en-in/resource-centre/blogs/iec-61511-explained—كل ما تحتاج إلى معرفته

www.abhisam.com/iec-61511-iec-61508/

https://www.alekvs.com/iec-61508-explained-functional-safety-and-safety-integrity-levels-sil-guide/