IEC 61511 چیست؟ راهنمایی برای ایمنی عملکردی صنایع فرآیندی

1.0IEC 61511 چیست؟

IEC 61511 یک استاندارد بین‌المللی است که توسط کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) تدوین شده و به‌طور خاص برای... ایمنی عملکردی در صنایع فرآیندیاین استاندارد به عنوان پیاده‌سازی خاص هر بخش از استاندارد IEC 61508 عمل می‌کند و به طور گسترده در سراسر جهان پذیرفته شده است. این استاندارد بر طراحی، پیاده‌سازی و مدیریت ... تمرکز دارد. سیستم‌های ابزار دقیق ایمنی (SIS).

1.1مقدمه‌ای بر صنعت فرآوری

برخلاف صنایع تولیدی مجزا - مانند صنایع تولیدکننده مهره، پیچ و مهره یا قطعات خودرو - صنعت فرآیند با تبدیل و جابجایی مواد فله‌ای سروکار دارد. بخش‌های معمول عبارتند از:

• تولید نفت و گاز
• پالایش
• تولید مواد شیمیایی
• داروسازی
• سایر عملیات پردازش مداوم

با توجه به ماهیت پرخطر این محیط‌ها، ایمنی عملکردی برای تضمین عملکرد پایدار و قابل اعتماد سیستم‌های کنترل ایمنی ضروری است.

1.2هدف و تعریف استاندارد

استاندارد IEC 61511 مجموعه‌ای جامع از الزامات را برای دستیابی به ایمنی عملکردی در بخش فرآیند تعیین می‌کند. این استاندارد به معماری سیستم، توسعه سخت‌افزار و نرم‌افزار و برنامه‌نویسی کاربردی می‌پردازد و هدف کلی آن تضمین این امر است که SIS می‌تواند خطرات را به طور قابل اعتمادی کاهش دهد در صورت بروز خطا یا شرایط غیرعادی.

تحت IEC 61511، الف سیستم ابزار دقیق ایمنی (SIS) به عنوان یک سیستم خودکار تعریف می‌شود که برای انجام یک یا چند کار طراحی شده است. توابع ابزار دقیق ایمنی (SIF)این معمولاً شامل سه عنصر اصلی است:

• حسگرها
• حل‌کننده‌های منطقی
• عناصر نهایی

1.3دامنه کاربرد

استاندارد IEC 61511 موارد زیر را پوشش می‌دهد: کل چرخه حیات یک سیستم ابزار دقیق ایمنی - از طراحی مفهومی و تحلیل خطر گرفته تا مهندسی دقیق، نصب، راه‌اندازی، بهره‌برداری، نگهداری و در نهایت از رده خارج کردن. همچنین شامل الزاماتی برای اصلاحات سیستم در حین بهره‌برداری است.

1.4ساختار استاندارد

استاندارد IEC 61511 از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

• IEC 61511-1: ایمنی عملکردی - الزامات سیستم
  تعاریف اساسی، ساختار سیستم و الزامات فنی سخت‌افزار و نرم‌افزار را تعیین می‌کند.
• IEC 61511-2: دستورالعمل‌های کاربردی
  راهنمایی‌های عملی در مورد اجرای الزامات بخش ۱ ارائه می‌دهد.
• IEC 61511-3: راهنمایی برای تعیین سطوح یکپارچگی ایمنی (SILs)
  به کاربران کمک می‌کند تا SIL مورد نیاز برای هر عملکرد ایمنی را بر اساس تحلیل ریسک تعیین کنند.

1.5تکامل استاندارد

سیستم‌های ابزار دقیق ایمنی بیش از نیم قرن است که برای کاهش خطرات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سیستم‌های SIS اولیه مبتنی بر مدارهای پنوماتیکی، هیدرولیکی یا الکتریکی بودند که با معماری‌های ساده و حالت‌های خرابی شناخته شده مشخص می‌شدند.

در دهه ۱۹۷۰، سیستم‌های الکترونیکی قابل برنامه‌ریزی در SIS شروع به استفاده کردند که انعطاف‌پذیری بیشتری را ارائه می‌داد، اما پیچیدگی‌ها و عدم قطعیت‌های جدیدی را نیز به همراه داشت. این تغییرات، دشواری مدیریت ریسک را افزایش داد و نیاز به استانداردهای به‌روز شده را برانگیخت. IEC 61511 بر این اساس تکامل یافته است:

نسخه‌های اول و دوم منتشر شدند 2003.

نسخه دوم تقریباً معرفی شد ۲۰۰ به‌روزرسانی، از جمله الزامات مربوط به مشخصات الزامات ایمنی (SRS)، نظارت بر عملکرد، ارزیابی نرخ شکست، امنیت فناوری اطلاعات، و مدیریت ایمنی عملکردی (FSM).خلاصه‌ای از عناصر کلیدی در IEC 61511

1.6ترکیب استاندارد و ذینفعان

IEC 61511 اغلب به عنوان ... شناخته می‌شود. استاندارد ایمنی عملکردی برای صنایع فرآیندی، به ویژه برای سیستم‌های ابزار دقیق ایمنی (SIS). این شامل موارد زیر است:

1. بخش اول: چارچوب و الزامات سخت‌افزار و نرم‌افزار
2. بخش ۲: راهنمایی در مورد اجرا
3. بخش ۳: روش‌شناسی تعیین SIL

این استاندارد برای کلیه پرسنل درگیر در عملیات ابزار دقیق ایمنی، از جمله تأمین‌کنندگان سیستم، اپراتورهای کارخانه، تیم‌های تعمیر و نگهداری، طراحان SIF، تحلیلگران SIL و پیمانکاران EPC مرتبط است.

1.7چرخه عمر ایمنی عملکردی

IEC 61511 یک ساختار یافته را تعریف می‌کند. چرخه حیات ایمنی برای اطمینان از اینکه SIS به طور مداوم الزامات ایمنی را برآورده می‌کند. این شامل موارد زیر است:

تجزیه و تحلیل خطرات فرآیند و مستندسازی SIF های مورد نیاز

پیاده‌سازی سیستم‌ها با استفاده از سخت‌افزار، نرم‌افزار و روش‌های طراحی مناسب

بررسی عملکرد سیستم و اصلاح آن در صورت نیاز

بهره‌برداری و نگهداری از SIS با استفاده از رویه‌های استاندارد و در عین حال نظارت مداوم بر عملکرد آن

1.8الزامات سیستم مدیریت SIS

این استاندارد الزام می‌کند که رویکرد مدیریت سیستماتیک به SIS، که از حسگرها، حل‌کننده‌های منطقی، عناصر نهایی و اجزای پشتیبانی تشکیل شده است، که همگی برای پیاده‌سازی یک یا چند SIF با هم کار می‌کنند.

یک سیستم مدیریت SIS مطابق با الزامات باید شامل موارد زیر باشد:

یک گردش کار تعریف شده در طول چرخه حیات SIS: ارزیابی، طراحی، تأیید، نصب، راه اندازی، اعتبارسنجی، بهره برداری، نگهداری و بهبود مستمر

مسئولیت‌های مشخص و واضح برای همه نقش‌های درگیر تعیین شده است

رویه‌های مستند پشتیبانی‌کننده از هر مسئولیت

نظارت بر عملکرد و حلقه‌های بازخورد برای اطمینان از انطباق مداوم با SIL تعیین‌شده

1.9ارزیابی عملکرد و SIL

IEC 61511 از موارد زیر استفاده می‌کند: سطح یکپارچگی ایمنی (SIL) برای تعیین اینکه SIS چقدر می‌تواند ریسک را به طور مؤثر کاهش دهد.

سطوح SIL از طریق تجزیه و تحلیل خطر و ریسک بر اساس کاهش ریسک مورد نیاز برای هر SIF تعیین می‌شوند.

طراحی و معماری SIS متناسب با SIL اختصاص داده شده تنظیم شده است

در حین عملیات، عملکرد از طریق داده‌های میدانی و آزمایش یکپارچگی مکانیکی ارزیابی می‌شود.

اگر عملکرد واقعی از SIL مورد نظر کمتر باشد، باید اقدامات اصلاحی برای بازگرداندن انطباق انجام شود.

2.0درک استانداردهای IEC 61511 و IEC 61508 در صنعت فرآیند

2.1ایمنی فرآیند چیست؟

ایمنی فرآیند یک چارچوب سیستماتیک است که برای اطمینان از یکپارچگی سیستم‌ها و فرآیندهایی که با مواد خطرناک سروکار دارند، طراحی شده است. این چارچوب، اصول مهندسی، شیوه‌های طراحی و رویه‌های عملیاتی را برای جلوگیری از انتشار ناخواسته مواد یا انرژی خطرناک ترکیب می‌کند. این مفهوم از اداره ایمنی و بهداشت شغلی ایالات متحده (OSHA) سرچشمه گرفته و به طور گسترده در فرآیندهایی که شامل موارد زیر است، اعمال می‌شود: مواد شیمیایی بسیار خطرناک (HHC).

2.2چرا ایمنی عملکردی در صنایع فرآیندی حیاتی است؟

همزمان با پیچیده‌تر شدن سیستم‌های فرآیندی، سیستم‌های ایمنی عملکردی به طور فزاینده‌ای برای کاهش ریسک‌های عملیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در بسیاری از کشورها - مانند سنگاپور -رژیم‌های ایمنی اجباری شده‌اند. سازمان‌ها باید برنامه‌های مدیریت ایمنی کاربردی را مطابق با استانداردهای بین‌المللی ایجاد کنند تا بتوانند الزامات نظارتی را برآورده سازند.

2.3رابطه بین IEC 61511 و IEC 61508

• کمیسیون مستقل انتخابات 61511 استانداردی مختص بخش فرآیند برای ایمنی عملکردی است که بر ... تمرکز دارد. کل چرخه عمر ایمنی سیستم‌های ابزار دقیق ایمنی (SIS) در صنایعی مانند نفت و گاز و مواد شیمیایی.
• کمیسیون مستقل انتخابات 61508 به عنوان استاندارد بنیادی برای ایمنی عملکردی در تمام بخش‌هایی که شامل سیستم‌های الکتریکی، الکترونیکی یا الکترونیکی قابل برنامه‌ریزی (E/E/PE) می‌شوند. این استاندارد به عنوان استاندارد مادر، راهنمای پیاده‌سازی IEC 61511 عمل می‌کند.

2.4سیستم‌های ابزار دقیق ایمنی (SIS) و توابع ابزار دقیق ایمنی (SIF)

یک سیستم ابزار دقیق ایمنی (SIS) معمولاً شامل چندین مورد است توابع ابزار دقیق ایمنی (SIF)هر SIF شامل اجزای کلیدی زیر است:

• حسگرها- تشخیص انحراف از شرایط عملیاتی عادی
• حل‌کننده‌های منطقی- ورودی‌های حسگر را پردازش کرده و منطق ایمنی را اجرا می‌کند
• عناصر نهایی- شروع یک واکنش ایمن (مثلاً فعال کردن شیرها یا خاموش کردن تجهیزات)

2.5سطوح یکپارچگی ایمنی (SIL) و کاهش ریسک

سطح یکپارچگی ایمنی (SIL) معیار عملکردی است که برای تعیین کمیت قابلیت کاهش ریسک یک SIS استفاده می‌شود. طبق IEC 61511، الزامات SIL از طریق ... تعیین می‌شوند. تجزیه و تحلیل خطر و ریسک (H&RA) و برای هدایت طراحی و تأیید سیستم استفاده می‌شوند.

2.6ساختار IEC 61511

استاندارد IEC 61511 به صورت زیر ساختار یافته است: چهار بخش مجزا:

2.7چرخه عمر ایمنی: رویکردی حلقه بسته از تحلیل تا از رده خارج کردن

IEC 61511 یک استاندارد را اتخاذ می‌کند مدل چرخه عمر ایمنی SISو تضمین می‌کند که ایمنی عملکردی در طول عمر عملیاتی سیستم حفظ می‌شود.

مرحله ۱: تحلیل (مرحله آبی)

• PHA - تجزیه و تحلیل خطرات فرآیند: منابع ریسک، پیامدهای بالقوه و فراوانی رویدادها را شناسایی کنید.
• تعیین SIL: اختصاص دادن ضریب کاهش ریسک مورد نیاز (RRF) و SIL مربوطه برای هر SIF.
• SRS - مشخصات الزامات ایمنیپارامترها و اهداف عملکردی هر SIF را تعریف کنید.
• FSA - ارزیابی ایمنی عملکردی: تأیید مستقل مرحله تحلیل توسط شخص ثالث.

فاز ۲: طراحی و اجرا (فاز قرمز)

• انتخاب دستگاهقطعاتی را انتخاب کنید که دارای گواهینامه SIL مناسب یا سابقه استفاده اثبات شده باشند.
• طراحی سیستمساختار منطقی، افزونگی و استراتژی‌های تست را بر اساس SRS تعریف کنید.
• تأیید SIL: استفاده از ابزارهایی مانند اکس‌سیلنتیا یا سیلست برای محاسبه شاخص‌های قابلیت اطمینان
• اعتبارسنجی FAT/SAT و SISانجام آزمایش‌های پذیرش کارخانه و سایت برای اطمینان از انطباق با SRS.
• مرحله دوم FSAارزیابی مستقل از کیفیت طراحی و اجرا.

فاز ۳: بهره‌برداری و نگهداری (فاز سبز)

• طرح نگهداری SIS: اطمینان از قابلیت اطمینان درازمدت و آزمایش منظم اثبات هر SIF.
• نظارت بر عملکرد و مدیریت خرابیشاخص‌های کلیدی عملکرد (KPI) را برای ارزیابی عملکرد در دنیای واقعی پیگیری کنید
• مدیریت تغییرات و اصلاحات سیستمبرای جلوگیری از ایجاد ریسک ناخواسته در حین اصلاحات، به بند ۱۷ استاندارد IEC 61511 پایبند باشید.
• FSA در حال انجام: انجام ممیزی‌های دوره‌ای برای اطمینان از رعایت مداوم و اثربخشی در طول عملیات و نگهداری.

3.0IEC 61511 در مقابل IEC 61508: تفاوت‌های کلیدی و وابستگی‌های متقابل

3.1تمایزات اصلی: محدوده و کاربران هدف

IEC 61511 یک استاندارد است. مشتقه مختص بخش مطابق با استاندارد IEC 61508، که برای نیازهای صنعت فرآیند سفارشی‌سازی شده است. در حالی که هر دو استاندارد در کاربرد خود متناسب هستند، از نظر ... چارچوب ثابتی دارند. مدل‌های چرخه عمر، معیارهای ایمنی (مثلاً SIL، PFD/PFH) و اصول مدیریت ایمنی عملکردی.

3.2چرا IEC 61511 برای صنعت فرآیند حیاتی است؟

حتی اگر یک سیستم از اجزای سازگار با IEC 61508 استفاده کند، به طور کلی ایمنی عملکردی در صنعت فرآیند نمی‌توان صرفاً به انطباق دستگاه‌های مختلف تکیه کرداستاندارد IEC 61511 از طریق موارد زیر، کاهش ریسک در سطح سیستم را تضمین می‌کند:

تضمین عملکرد SIFوابستگی‌های متقابل بین دستگاه‌ها را ارزیابی می‌کند تا دستیابی به سطوح یکپارچگی ایمنی (SIL) مورد نیاز را تأیید کند.

بهینه‌سازی تعمیر و نگهداری: استراتژی‌هایی را برای فواصل آزمایش اثبات و حفظ قابلیت اطمینان سیستم تعریف می‌کند.

الزامات مرحله عملیاتی: راهنمایی‌های کلیدی در مورد نصب، راه‌اندازی، بهره‌برداری و نگهداری ارائه می‌دهد.

مدیریت تغییربا تکامل سیستم‌های فرآیندی، استاندارد IEC 61511 مقرر می‌دارد که هرگونه تغییر باید از نظر تأثیر آن بر ایمنی عملکردی ارزیابی شود.

اعتبارسنجی نرم‌افزار کاربردیاگرچه استاندارد IEC 61508 نرم‌افزارهای تعبیه‌شده را کنترل می‌کند، IEC 61511 روش‌های تأیید را تشریح می‌کند برای منطق سطح برنامه (مثلاً برنامه‌های کنترل سطح/جریان).

3.3هماهنگی بین استانداردها در اجرای SIL

IEC 61511 بر موارد زیر تمرکز دارد: پیاده‌سازی در سطح سیستم و مدیریت چرخه عمردر حالی که IEC 61508 تضمین می‌کند طراحی در سطح تجهیزات، صدور گواهینامه و قابلیت ایمنی تعبیه شدهآنها با هم، یک چارچوب ایمنی عملکردی مکمل.

3.4الزامات IEC 61511 برای عناصر مکانیکی

اگرچه IEC 61511 بر ... تمرکز دارد سیستم‌های الکتریکی/الکترونیکی قابل برنامه‌ریزی, بسیاری از عناصر نهایی مکانیکی هستند (مثلاً شیرهای قطع و وصل، عملگرهای پنوماتیکی، شیرهای اطمینان). خرابی‌های مکانیکی می‌توانند مستقیماً باعث خرابی SIF شوند. بنابراین، استاندارد موارد زیر را الزامی می‌داند:

داده‌های قابلیت اطمینان برای قطعات مکانیکی

اجزای مکانیکی باید داده‌های PFD/PFH را ارائه دهد;

انطباق ممکن است از طریق موارد زیر نشان داده شود:

• اثبات‌شده در حال استفاده داده‌ها (مطابق با الزامات IEC 61508)؛
• مناسب بودن SIL بیانیه‌ها از تولیدکنندگان؛
• گواهینامه‌های شخص ثالث(مثلاً از TÜV یا Exida).

آزمایش اثبات دوره‌ای

تعریف مناسب فواصل آزمون اثبات;

برنامه‌های نگهداری باید شامل موارد زیر باشند: آزمایش عملکردی (مثلاً، پاسخ تحریک شیر)؛

داده‌های آزمایش باید در ارزیابی‌های ریسک و به‌روزرسانی‌های چرخه عمر لحاظ می‌شوند.

گنجاندن در مدل‌سازی قابلیت اطمینان سیستم

عناصر مکانیکی را در آن بگنجانید مدل‌های FMEA یا FTA در سطح سیستم;

PFD را محاسبه کنید کل حلقه عنصر کنترل نهایی (شیر + محرک + منطق)؛

سیستم باید SIL تعیین‌شده را برآورده کند. قبل از ورود به عملیات.

3.5استراتژی اجرای هماهنگ

4.0نتیجه‌گیری

کمیسیون مستقل انتخابات ۶۱۵۰۸ و IEC 61511 در کنار هم ستون فقرات ایمنی عملکردی در صنعت فرآیند را تشکیل می‌دهند. در حالی که IEC 61508 یک چارچوب عمومی و در سطح دستگاه برای سیستم‌های مرتبط با ایمنی ارائه می‌دهد، IEC 61511 این اصول را با نیازهای خاص سیستم‌های ابزار دقیق ایمنی (SIS) در دنیای واقعی در کل چرخه عمر آنها - از ارزیابی ریسک و طراحی سیستم گرفته تا نگهداری و اصلاح مداوم - متناسب می‌کند.

در محیط‌های صنعتی پیچیده و پرخطر، انطباق در سطح دستگاه به تنهایی کافی نیست. تنها یک رویکرد جامع و مبتنی بر چرخه عمر - که شامل تعریف SIF، تخصیص SIL، تأیید و نظارت بر عملکرد باشد - می‌تواند ایمنی و قابلیت اطمینان عملیاتی قابل اثباتی را ارائه دهد.

درک چگونگی تکمیل یکدیگر توسط این دو استاندارد برای مهندسان، یکپارچه‌سازان و مدیران ایمنی که قصد ساخت و نگهداری معماری‌های قوی SIS را دارند، ضروری است. هنگامی که IEC 61508 و IEC 61511 به طور مؤثر با هم اعمال شوند، مسیری ثابت و قابل حسابرسی را برای کاهش ریسک، رعایت مقررات و ایمنی طولانی مدت کارخانه فراهم می‌کنند.

منابع

www.wolterskluwer.com/en/expert-insights/functional-safety-the-next-edition-of-iec-61511

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

www.tuvsud.com/en-in/resource-centre/blogs/iec-61511-explained—همه چیزهایی که باید بدانید

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

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