Qu'est-ce que la norme CEI 61511 ? Guide de sécurité fonctionnelle pour l'industrie de transformation

1.0 Qu'est-ce que la norme IEC 61511 ?

La CEI 61511 est une norme internationale élaborée par la Commission électrotechnique internationale (CEI), spécialement conçue pour sécurité fonctionnelle dans l'industrie de transformation. Elle constitue la mise en œuvre sectorielle de la norme CEI 61508 et est largement adoptée dans le monde entier. La norme se concentre sur la conception, la mise en œuvre et la gestion des Systèmes instrumentés de sécurité (SIS).

1.1 Introduction à l'industrie de transformation

Contrairement aux industries de fabrication discrètes, telles que celles qui produisent des écrous, des boulons ou des pièces automobiles, industrie de transformation s'occupe de la transformation et de la manutention de matériaux en vrac. Les secteurs d'activité typiques sont :

• Production de pétrole et de gaz
• Raffinage
• fabrication de produits chimiques
• Médicaments
• Autres opérations de traitement en continu

En raison de la nature à haut risque de ces environnements, la sécurité fonctionnelle est essentielle pour garantir le fonctionnement stable et fiable des systèmes de contrôle de sécurité.

1.2 Objectif et définition de la norme

La norme CEI 61511 définit un ensemble complet d'exigences pour garantir la sécurité fonctionnelle dans le secteur des procédés. Elle couvre l'architecture système, le développement matériel et logiciel, ainsi que la programmation d'applications, avec pour objectif principal de garantir que Le SIS peut réduire les risques de manière fiable en cas de pannes ou de conditions anormales.

Conformément à la norme CEI 61511, un Système instrumenté de sécurité (SIS) est défini comme un système automatisé conçu pour effectuer une ou plusieurs Fonctions instrumentées de sécurité (SIF)Il comprend généralement trois éléments principaux :

• Capteurs
• solveurs logiques
• Éléments finaux

1.3 Champ d'application

La norme IEC 61511 couvre les cycle de vie complet d'un système instrumenté de sécurité, de la conception et de l'analyse des risques à l'ingénierie détaillée, l'installation, la mise en service, l'exploitation, la maintenance et le déclassement éventuel. Elle inclut également les exigences relatives aux modifications du système en cours d'exploitation.

1.4 Structure de la norme

La norme IEC 61511 est structurée en trois parties principales :

• IEC 61511-1 : Sécurité fonctionnelle – Exigences système
  Établit les définitions fondamentales, la structure du système et les exigences techniques pour le matériel et les logiciels.
• IEC 61511-2 : Lignes directrices pour l'application
  Offre des conseils pratiques sur la mise en œuvre des exigences de la partie 1.
• IEC 61511-3 : Guide pour la détermination des niveaux d'intégrité de sécurité (SIL)
  Aide les utilisateurs à déterminer le SIL requis pour chaque fonction de sécurité en fonction de l'analyse des risques.

1.5 Évolution de la norme

Les systèmes instrumentés de sécurité sont utilisés depuis plus d'un demi-siècle pour atténuer les risques industriels. Les premiers SIS reposaient sur des circuits pneumatiques, hydrauliques ou électriques, caractérisés par des architectures simples et des modes de défaillance bien compris.

Dans les années 1970, les systèmes électroniques programmables ont commencé à être utilisés dans les systèmes d'information de sécurité (SIS), offrant une plus grande flexibilité, mais introduisant également de nouvelles complexités et incertitudes. Ces changements ont accru la difficulté de la gestion des risques, rendant nécessaire la mise à jour des normes. La norme CEI 61511 a évolué en conséquence :

Les première et deuxième éditions ont été publiées en 2003.

La deuxième édition a introduit près de 200 mises à jour, y compris les exigences relatives à Spécifications des exigences de sécurité (SRS), surveillance des performances, évaluations des taux d'échec, sécurité informatique et Gestion de la sécurité fonctionnelle (FSM).Résumé des éléments clés de la norme CEI 61511

1.6 Composition standard et parties prenantes

La norme IEC 61511 est souvent appelée la norme de sécurité fonctionnelle pour l'industrie de transformation, en particulier pour Systèmes instrumentés de sécurité (SIS)Il se compose de :

1. Partie 1 : Cadre et exigences pour le matériel et les logiciels
2. Partie 2 : Orientations pour la mise en œuvre
3. Partie 3 : Méthodologie de détermination du SIL

Il s'adresse à tout le personnel impliqué dans les fonctions instrumentées de sécurité, y compris les fournisseurs de systèmes, les exploitants d'usines, les équipes de maintenance, les concepteurs SIF, les analystes SIL et les entrepreneurs EPC.

1.7 Cycle de vie de la sécurité fonctionnelle

La norme IEC 61511 définit une structure cycle de vie de la sécurité garantir que le SIS répond systématiquement aux exigences de sécurité. Cela comprend :

Analyser les dangers liés aux processus et documenter les SIF requis

Mise en œuvre de systèmes utilisant du matériel, des logiciels et des méthodes de conception appropriés

Vérifier les performances du système et les modifier si nécessaire

Exploiter et entretenir le SIS à l'aide de procédures standardisées tout en surveillant en permanence ses performances

1.8 Exigences du système de gestion SIS

La norme impose une approche de gestion systématique au SIS, qui est composé de capteurs, de solveurs logiques, d'éléments finaux et de composants de support, tous travaillant ensemble pour mettre en œuvre un ou plusieurs SIF.

Un système de gestion SIS conforme doit inclure :

Un flux de travail défini tout au long du cycle de vie du SIS : évaluation, conception, vérification, installation, mise en service, validation, exploitation, maintenance et amélioration continue

Des responsabilités clairement attribuées à tous les rôles impliqués

Procédures documentées soutenant chaque responsabilité

Surveillance des performances et boucles de rétroaction pour garantir la conformité continue avec le SIL attribué

1.9 SIL et évaluation des performances

La norme CEI 61511 utilise le Niveau d'intégrité de sécurité (SIL) pour quantifier l’efficacité avec laquelle un SIS peut réduire les risques.

Les niveaux SIL sont déterminés par une analyse des dangers et des risques en fonction de la réduction des risques requise pour chaque SIF

La conception et l'architecture du SIS sont adaptées pour répondre au SIL alloué

Pendant le fonctionnement, les performances sont évaluées à l'aide de données de terrain et de tests d'intégrité mécanique

Si les performances réelles ne sont pas conformes au SIL prévu, des mesures correctives doivent être prises pour rétablir la conformité

2.0 Comprendre les normes CEI 61511 et CEI 61508 dans l'industrie des procédés

2.1 Qu’est-ce que la sécurité des procédés ?

Sécurité des procédés Il s'agit d'un cadre systématique conçu pour garantir l'intégrité des systèmes et processus de manipulation de matières dangereuses. Il combine principes d'ingénierie, pratiques de conception et procédures opérationnelles pour prévenir le rejet involontaire de substances dangereuses ou d'énergie. Ce concept, issu de l'Administration américaine de la sécurité et de la santé au travail (OSHA), est largement appliqué aux processus impliquant Produits chimiques hautement dangereux (HHC).

2.2 Pourquoi la sécurité fonctionnelle est-elle essentielle dans l’industrie des procédés ?

À mesure que les systèmes de processus deviennent de plus en plus complexes, systèmes de sécurité fonctionnelle sont de plus en plus sollicités pour atténuer les risques opérationnels. Dans de nombreux pays, comme Singapour,régimes de dossiers de sécurité sont devenues obligatoires. Les organisations doivent établir des programmes de gestion de la sécurité fonctionnelle conformes aux normes internationales afin de satisfaire aux obligations réglementaires.

2.3 Relation entre les normes CEI 61511 et CEI 61508

• CEI 61511 est la norme spécifique au secteur des procédés pour la sécurité fonctionnelle, axée sur la cycle de vie complet de sécurité des systèmes instrumentés de sécurité (SIS) dans des industries telles que le pétrole et le gaz et les produits chimiques.
• CEI 61508 sert de norme fondamentale Pour la sécurité fonctionnelle dans tous les secteurs impliquant des systèmes électriques, électroniques ou électroniques programmables (E/E/PE). Elle sert de norme mère pour la mise en œuvre de la norme CEI 61511.

2.4 Systèmes instrumentés de sécurité (SIS) et fonctions instrumentées de sécurité (SIF)

Un système instrumenté de sécurité (SIS) comprend généralement plusieurs Fonctions instrumentées de sécurité (SIF)Chaque SIF comprend les éléments clés suivants :

• Capteurs– détecter les écarts par rapport aux conditions normales de fonctionnement
• solveurs logiques– traiter les entrées des capteurs et exécuter la logique de sécurité
• Éléments finaux– déclencher une intervention sécuritaire (par exemple, actionner des vannes ou arrêter un équipement)

2.5 Niveaux d'intégrité de sécurité (SIL) et réduction des risques

Niveau d'intégrité de sécurité (SIL) est la mesure de performance utilisée pour quantifier la capacité de réduction des risques d'un SIS. Conformément à la norme CEI 61511, les exigences SIL sont déterminées par Analyse des dangers et des risques (H&RA) et sont utilisés pour guider à la fois la conception et la vérification du système.

2.6 Structure de la norme CEI 61511

La norme IEC 61511 est structurée en quatre parties distinctes:

2.7 Le cycle de vie de la sécurité : une approche en boucle fermée, de l'analyse au démantèlement

La norme CEI 61511 adopte une Modèle de cycle de vie de sécurité SIS, garantissant que la sécurité fonctionnelle est maintenue tout au long de la durée de vie opérationnelle du système.

Phase 1 : Analyse (Phase bleue)

• PHA – Analyse des risques liés aux procédés: Identifier les sources de risque, les conséquences potentielles et la fréquence des événements.
• Détermination SIL: Attribuer un Facteur de réduction des risques requis (RRF) et le SIL correspondant pour chaque SIF.
• SRS – Spécification des exigences de sécurité:Définir les paramètres et les objectifs fonctionnels de chaque SIF.
• FSA – Évaluation de la sécurité fonctionnelle:Vérification indépendante de la phase d'analyse par un tiers.

Phase 2 : Conception et mise en œuvre (phase rouge)

• Sélection de l'appareil: Choisissez des composants avec une certification SIL appropriée ou un historique d'utilisation éprouvé.
• Conception du système: Définissez la structure logique, la redondance et les stratégies de test selon le SRS.
• Vérification SIL:Utilisez des outils tels que exSILentia ou SILcet pour calculer les mesures de fiabilité.
• Validation FAT/SAT et SIS: Effectuer des tests d'acceptation en usine et sur site pour garantir la conformité SRS.
• Étape 2 de l'FSA:Évaluation indépendante de la qualité de la conception et de la mise en œuvre.

Phase 3 : Exploitation et maintenance (phase verte)

• Plan de maintenance du SIS:Assurer la fiabilité à long terme et des tests de preuve réguliers de chaque SIF.
• Surveillance des performances et gestion des pannes:Suivez les indicateurs clés de performance (KPI) pour évaluer le fonctionnement dans le monde réel
• Modifications du système et gestion des changements:Conformément à l’article 17 de la norme CEI 61511, il est possible d’éviter toute introduction de risque involontaire lors de modifications.
• FSA en cours: Effectuer des audits périodiques pour garantir la conformité et l’efficacité continues pendant l’exploitation et la maintenance.

3.0 IEC 61511 vs IEC 61508 : principales différences et interdépendances

3.1 Principales distinctions : portée et utilisateurs cibles

La norme IEC 61511 est une dérivé sectoriel de la norme CEI 61508, adaptée aux besoins de l'industrie de transformation. Bien que adaptées dans leur application, les deux normes partagent un cadre cohérent en termes de modèles de cycle de vie, mesures de sécurité (par exemple, SIL, PFD/PFH) et principes de gestion de la sécurité fonctionnelle.

3.2 Pourquoi la norme CEI 61511 est cruciale pour l'industrie de transformation

Même si un système utilise des composants conformes à la norme IEC 61508, dans l'ensemble sécurité fonctionnelle dans l'industrie de transformation ne peut pas compter uniquement sur la conformité des appareils individuelsLa norme CEI 61511 garantit la réduction des risques au niveau du système grâce aux éléments suivants :

Assurance de performance du SIF:Évalue les interdépendances entre les appareils pour confirmer l'atteinte des niveaux d'intégrité de sécurité (SIL) requis.

Optimisation de la maintenance: Définit des stratégies pour les intervalles de tests de preuve et le maintien de la fiabilité du système.

Exigences de la phase opérationnelle:Fournit des conseils clés sur l’installation, la mise en service, l’exploitation et la maintenance.

Gestion du changement:À mesure que les systèmes de processus évoluent, la norme CEI 61511 exige que toute modification doit être évaluée quant à son impact sur la sécurité fonctionnelle.

Validation des logiciels d'application:Alors que la norme IEC 61508 régit les logiciels embarqués, La norme CEI 61511 décrit les méthodes de vérification pour la logique au niveau de l'application (par exemple, les programmes de contrôle de niveau/débit).

3.3 Coordination entre les normes dans la mise en œuvre du SIL

La norme IEC 61511 se concentre sur mise en œuvre au niveau du système et gouvernance du cycle de vie, tandis que la norme CEI 61508 garantit conception au niveau de l'équipement, certification et fonctionnalité de sécurité intégrée. Ensemble, ils forment un cadre de sécurité fonctionnelle complémentaire.

3.4 IEC 61511 Exigences relatives aux éléments mécaniques

Bien que la norme CEI 61511 soit centrée sur systèmes électriques/électroniques programmables, de nombreux éléments finaux sont mécaniques (par exemple, vannes d'arrêt, actionneurs pneumatiques, soupapes de surpression). Les défaillances mécaniques peuvent directement entraîner la défaillance du SIF. La norme exige donc :

Données de fiabilité pour les composants mécaniques

Composants mécaniques doit fournir des données PFD/PFH;

La conformité peut être démontrée via :

• Éprouvé en utilisation données (conformément aux exigences de la norme IEC 61508) ;
• Adéquation SIL déclarations des fabricants;
• Certifications tierces(par exemple, de TÜV ou d'Exida).

Tests périodiques de résistance

Définir approprié intervalles de test de preuve;

Les plans de maintenance doivent inclure tests fonctionnels (par exemple, réponse d'actionnement de la vanne) ;

Les données de test doivent être réinjectés dans les évaluations des risques et les mises à jour du cycle de vie.

Inclusion dans la modélisation de la fiabilité du système

Incorporer des éléments mécaniques dans modèles AMDEC ou FTA au niveau du système;

Calculer le PFD du boucle complète de l'élément de contrôle final (vanne + actionneur + logique) ;

Le système doit respecter le SIL attribué avant d'entrer en opération.

3.5 Stratégie de mise en œuvre coordonnée

4.0 Conclusion

CEI 61508 La norme CEI 61511 et la norme CEI 61508 constituent ensemble l'épine dorsale de la sécurité fonctionnelle dans l'industrie des procédés. Si la norme CEI 61508 fournit un cadre générique au niveau des dispositifs pour les systèmes de sécurité, la norme CEI 61511 adapte ces principes aux besoins spécifiques des systèmes instrumentés de sécurité (SIS) tout au long de leur cycle de vie, de l'évaluation des risques et de la conception du système à la maintenance et aux modifications continues.

Dans les environnements industriels complexes et à haut risque, la conformité au niveau des appareils ne suffit pas. Seule une approche globale, basée sur le cycle de vie, couvrant la définition des SIF, l'attribution des SIL, la vérification et le suivi des performances, peut garantir une sécurité et une fiabilité opérationnelle démontrables.

Comprendre la complémentarité de ces deux normes est essentiel pour les ingénieurs, les intégrateurs et les responsables de la sécurité qui souhaitent construire et maintenir des architectures SIS robustes. Appliquées efficacement ensemble, les normes CEI 61508 et CEI 61511 offrent une approche cohérente et vérifiable pour la réduction des risques, la conformité réglementaire et la sécurité à long terme des installations.

Références

www.wolterskluwer.com/fr/experts-insights/securite-fonctionnelle-la-prochaine-edition-de-la-norme-iec-61511

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

www.tuvsud.com/en-in/resource-centre/blogs/iec-61511-explained—tout-ce-que-vous-devez-savoir

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

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