Che cos'è la norma IEC 61511? Una guida alla sicurezza funzionale nell'industria di processo

1.0 Che cosa è la norma IEC 61511?

IEC 61511 è uno standard internazionale sviluppato dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC), specificamente studiato per sicurezza funzionale nell'industria di processo. Funge da implementazione settoriale specifica della norma IEC 61508 ed è ampiamente adottata in tutto il mondo. Lo standard si concentra sulla progettazione, l'implementazione e la gestione di Sistemi strumentati di sicurezza (SIS).

1.1 Introduzione all'industria di processo

A differenza delle industrie manifatturiere discrete, come quelle che producono dadi, bulloni o parti di automobili, industria di processo si occupa della trasformazione e della movimentazione di materiali sfusi. I settori tipici includono:

• Produzione di petrolio e gas
• Raffinazione
• Produzione chimica
• Prodotti farmaceutici
• Altre operazioni di lavorazione continua

Data la natura altamente rischiosa di questi ambienti, la sicurezza funzionale è essenziale per garantire il funzionamento stabile e affidabile dei sistemi di controllo di sicurezza.

1.2 Scopo e definizione dello standard

La norma IEC 61511 definisce un insieme completo di requisiti per il raggiungimento della sicurezza funzionale nel settore di processo. Si occupa dell'architettura di sistema, dello sviluppo hardware e software e della programmazione delle applicazioni, con l'obiettivo generale di garantire che SIS può ridurre i rischi in modo affidabile in caso di guasti o condizioni anomale.

Secondo IEC 61511, un Sistema strumentato di sicurezza (SIS) è definito come un sistema automatizzato progettato per eseguire una o più Funzioni strumentate di sicurezza (SIF)In genere è composto da tre elementi principali:

• Sensori
• Risolutori logici
• Elementi finali

1.3 Ambito di applicazione

La norma IEC 61511 copre il intero ciclo di vita di un sistema strumentato di sicurezza: dalla progettazione concettuale e dall'analisi dei rischi alla progettazione dettagliata, all'installazione, alla messa in servizio, al funzionamento, alla manutenzione e all'eventuale dismissione. Include anche i requisiti per le modifiche del sistema durante il funzionamento.

1.4 Struttura dello standard

La norma IEC 61511 è strutturata in tre parti principali:

• IEC 61511-1: Sicurezza funzionale – Requisiti di sistema
  Stabilisce le definizioni fondamentali, la struttura del sistema e i requisiti tecnici per hardware e software.
• IEC 61511-2: Linee guida per l'applicazione
  Fornisce indicazioni pratiche sull'implementazione dei requisiti della Parte 1.
• IEC 61511-3: Guida per la determinazione dei livelli di integrità della sicurezza (SIL)
  Aiuta gli utenti a determinare il SIL richiesto per ciascuna funzione di sicurezza in base all'analisi dei rischi.

1.5 Evoluzione dello standard

I sistemi di sicurezza strumentati sono utilizzati da oltre mezzo secolo per mitigare i rischi industriali. I primi sistemi strumentati di sicurezza si basavano su circuiti pneumatici, idraulici o elettrici, caratterizzati da architetture semplici e modalità di guasto ben note.

Negli anni '70, i sistemi elettronici programmabili iniziarono a essere utilizzati nei sistemi di sicurezza informatica (SIS), offrendo maggiore flessibilità ma introducendo anche nuove complessità e incertezze. Questi cambiamenti aumentarono la difficoltà di gestione del rischio, rendendo necessaria la necessità di standard aggiornati. La norma IEC 61511 si è evoluta di conseguenza:

La prima e la seconda edizione sono state pubblicate nel 2003.

La seconda edizione ha introdotto quasi 200 aggiornamenti, compresi i requisiti per Specifiche dei requisiti di sicurezza (SRS), monitoraggio delle prestazioni, valutazione del tasso di errore, sicurezza IT e Gestione della sicurezza funzionale (FSM).Riepilogo degli elementi chiave della norma IEC 61511

1.6 Composizione standard e stakeholder

La norma IEC 61511 è spesso definita come standard di sicurezza funzionale per l'industria di processo, soprattutto per Sistemi strumentati di sicurezza (SIS)Si compone di:

1. Parte 1: Framework e requisiti per hardware e software
2. Parte 2: Linee guida per l'implementazione
3. Parte 3: Metodologia per la determinazione del SIL

È rilevante per tutto il personale coinvolto nelle funzioni di sicurezza strumentate, tra cui fornitori di sistemi, operatori di impianti, team di manutenzione, progettisti SIF, analisti SIL e appaltatori EPC.

1.7 Ciclo di vita della sicurezza funzionale

La norma IEC 61511 definisce un sistema strutturato ciclo di vita della sicurezza per garantire che il SIS soddisfi costantemente i requisiti di sicurezza. Ciò include:

Analisi dei rischi di processo e documentazione dei SIF richiesti

Implementazione di sistemi utilizzando hardware, software e metodi di progettazione adeguati

Verifica delle prestazioni del sistema e modificarlo secondo necessità

Gestire e mantenere il SIS utilizzando procedure standardizzate monitorandone costantemente le prestazioni

1.8 Requisiti del sistema di gestione SIS

La norma impone un approccio di gestione sistematica al SIS, che è composto da sensori, risolutori logici, elementi finali e componenti di supporto, tutti collaboranti per implementare uno o più SIF.

Un sistema di gestione SIS conforme deve includere:

Un flusso di lavoro definito durante l'intero ciclo di vita del SIS: valutazione, progettazione, verifica, installazione, messa in servizio, convalida, funzionamento, manutenzione e miglioramento continuo

Responsabilità chiaramente assegnate a tutti i ruoli coinvolti

Procedure documentate a supporto di ogni responsabilità

Monitoraggio delle prestazioni e cicli di feedback per garantire la conformità continua con il SIL assegnato

1.9 Valutazione SIL e delle prestazioni

IEC 61511 utilizza il Livello di integrità della sicurezza (SIL) per quantificare l'efficacia con cui un SIS può ridurre il rischio.

I livelli SIL vengono determinati attraverso l'analisi dei pericoli e dei rischi in base alla riduzione del rischio richiesta per ciascun SIF

La progettazione e l'architettura del SIS sono personalizzate per soddisfare il SIL assegnato

Durante il funzionamento, le prestazioni vengono valutate attraverso dati sul campo e test di integrità meccanica

Se le prestazioni effettive non raggiungono il SIL previsto, è necessario adottare misure correttive per ripristinare la conformità.

2.0 Comprendere IEC 61511 e IEC 61508 nell'industria di processo

2.1 Che cosa si intende per sicurezza dei processi?

Sicurezza del processo è un quadro sistematico progettato per garantire l'integrità dei sistemi e dei processi che gestiscono materiali pericolosi. Combina principi ingegneristici, pratiche di progettazione e procedure operative per prevenire il rilascio involontario di sostanze o energia pericolose. Il concetto ha avuto origine dall'Amministrazione per la sicurezza e la salute sul lavoro (OSHA) degli Stati Uniti ed è ampiamente applicato nei processi che coinvolgono Sostanze chimiche altamente pericolose (HHC).

2.2 Perché la sicurezza funzionale è fondamentale nell'industria di processo?

Man mano che i sistemi di processo aumentano in complessità, sistemi di sicurezza funzionale sono sempre più utilizzati per mitigare i rischi operativi. In molti paesi, come Singapore,regimi di casi di sicurezza sono diventati obbligatori. Le organizzazioni devono stabilire programmi di gestione della sicurezza funzionale conformi agli standard internazionali per ottemperare agli obblighi normativi.

2.3 Relazione tra IEC 61511 e IEC 61508

• CEI 61511 è lo standard specifico del settore di processo per la sicurezza funzionale, focalizzato su intero ciclo di vita della sicurezza dei sistemi strumentati di sicurezza (SIS) in settori quali petrolio, gas e prodotti chimici.
• CEI 61508 serve come il standard fondamentale per la sicurezza funzionale in tutti i settori che coinvolgono sistemi elettrici, elettronici o elettronici programmabili (E/E/PE). Funge da norma di riferimento per l'implementazione della IEC 61511.

2.4 Sistemi strumentati di sicurezza (SIS) e funzioni strumentate di sicurezza (SIF)

Un sistema strumentato di sicurezza (SIS) in genere comprende più Funzioni di sicurezza strumentate (SIF)Ogni SIF include i seguenti componenti chiave:

• Sensori– rilevare deviazioni dalle normali condizioni operative
• Risolutori logici– elaborare gli ingressi dei sensori ed eseguire la logica di sicurezza
• Elementi finali– avviare una risposta sicura (ad esempio, azionare le valvole o spegnere l’apparecchiatura)

2.5 Livelli di integrità della sicurezza (SIL) e riduzione del rischio

Livello di integrità della sicurezza (SIL) è la misura delle prestazioni utilizzata per quantificare la capacità di riduzione del rischio di un SIS. Secondo IEC 61511, i requisiti SIL sono determinati tramite Analisi dei rischi e dei pericoli (H&RA) e vengono utilizzati per guidare sia la progettazione che la verifica del sistema.

2.6 Struttura della norma IEC 61511

La norma IEC 61511 è strutturata in quattro parti distinte:

2.7 Il ciclo di vita della sicurezza: un approccio a ciclo chiuso dall'analisi alla dismissione

La norma IEC 61511 adotta un Modello del ciclo di vita della sicurezza SIS, garantendo che la sicurezza funzionale sia mantenuta per tutta la vita operativa del sistema.

Fase 1: Analisi (Fase Blu)

• PHA – Analisi dei rischi di processo: Identificare le fonti di rischio, le potenziali conseguenze e la frequenza degli eventi.
• Determinazione SIL: Assegna un Fattore di riduzione del rischio richiesto (RRF) e il SIL corrispondente per ogni SIF.
• SRS – Specifiche dei requisiti di sicurezza: Definire i parametri e gli obiettivi funzionali di ogni SIF.
• FSA – Valutazione della sicurezza funzionale: Verifica indipendente della fase di analisi da parte di una terza parte.

Fase 2: Progettazione e implementazione (fase rossa)

• Selezione del dispositivo: Scegliere componenti con certificazione SIL adeguata o comprovata esperienza d'uso.
• Progettazione del sistema: Definire la struttura logica, la ridondanza e le strategie di test in base all'SRS.
• Verifica SIL: Utilizzare strumenti come exSILentia O SILcet per calcolare parametri di affidabilità.
• Convalida FAT/SAT e SIS: Eseguire test di accettazione in fabbrica e in loco per garantire la conformità SRS.
• FSA Fase 2: Valutazione indipendente della qualità della progettazione e dell'implementazione.

Fase 3: Funzionamento e manutenzione (fase verde)

• Piano di manutenzione SIS: Garantire l'affidabilità a lungo termine e l'esecuzione di test di prova regolari di ciascun SIF.
• Monitoraggio delle prestazioni e gestione dei guasti: Monitorare gli indicatori chiave di prestazione (KPI) per valutare il funzionamento nel mondo reale
• Modifiche del sistema e gestione del cambiamento: Rispettare la clausola 17 della norma IEC 61511 per impedire l'introduzione di rischi involontari durante le modifiche.
• FSA in corso: Eseguire audit periodici per garantire la conformità e l'efficacia costanti durante le attività di O&M.

3.0 IEC 61511 vs IEC 61508: differenze chiave e interdipendenze

3.1 Distinzioni principali: ambito e utenti target

IEC 61511 è un derivato specifico del settore della IEC 61508, personalizzata per le esigenze dell'industria di processo. Pur essendo adattate nella loro applicazione, entrambe le norme condividono un quadro coerente in termini di modelli del ciclo di vita, metriche di sicurezza (ad esempio SIL, PFD/PFH) e principi di gestione della sicurezza funzionale.

3.2 Perché la norma IEC 61511 è fondamentale per l'industria di processo

Anche se un sistema utilizza componenti conformi alla norma IEC 61508, nel complesso sicurezza funzionale nell'industria di processo non può fare affidamento esclusivamente sulla conformità del singolo dispositivoLa norma IEC 61511 garantisce la riduzione del rischio a livello di sistema attraverso quanto segue:

Garanzia delle prestazioni SIF: Valuta le interdipendenze tra i dispositivi per confermare il raggiungimento dei livelli di integrità della sicurezza (SIL) richiesti.

Ottimizzazione della manutenzione: Definisce strategie per gli intervalli dei test di prova e per il mantenimento dell'affidabilità del sistema.

Requisiti della fase operativa: Fornisce indicazioni fondamentali sull'installazione, la messa in servizio, il funzionamento e la manutenzione.

Gestione del cambiamento:Con l'evoluzione dei sistemi di processo, la norma IEC 61511 impone che ogni modifica deve essere valutata per il suo impatto sulla sicurezza funzionale.

Validazione del software applicativo:Mentre la norma IEC 61508 regola il software incorporato, La norma IEC 61511 descrive i metodi di verifica per la logica a livello applicativo (ad esempio programmi di controllo di livello/flusso).

3.3 Coordinamento tra gli standard nell'implementazione SIL

La norma IEC 61511 si concentra su implementazione a livello di sistema e governance del ciclo di vita, mentre la IEC 61508 garantisce progettazione a livello di apparecchiatura, certificazione e funzionalità di sicurezza integrateInsieme, formano un quadro di sicurezza funzionale complementare.

3.4 Requisiti IEC 61511 per elementi meccanici

Sebbene IEC 61511 si concentri su sistemi elettrici/elettronici programmabili, molti elementi finali sono meccanici (ad esempio, valvole di intercettazione, attuatori pneumatici, valvole di sicurezza). I guasti meccanici possono causare direttamente il guasto del SIF. La norma richiede pertanto:

Dati di affidabilità per componenti meccanici

Componenti meccanici deve fornire dati PFD/PFH;

La conformità può essere dimostrata tramite:

• Di comprovata efficacia dati (in linea con i requisiti IEC 61508);
• Idoneità SIL dichiarazioni dai produttori;
• Certificazioni di terze parti(ad esempio da TÜV o Exida).

Test di prova periodici

Definisci appropriato intervalli di prova di prova;

I piani di manutenzione devono includere test funzionali (ad esempio, risposta all'attuazione della valvola);

I dati di prova devono essere reinseriti nelle valutazioni dei rischi e negli aggiornamenti del ciclo di vita.

Inclusione nella modellazione dell'affidabilità del sistema

Incorporare elementi meccanici in modelli FMEA o FTA a livello di sistema;

Calcolare il PFD del intero ciclo dell'elemento di controllo finale (valvola + attuatore + logica);

Il sistema deve soddisfare il SIL assegnato prima di entrare in funzione.

3.5 Strategia di attuazione coordinata

4.0 Conclusione

IEC 61508 La norma IEC 61511 e la IEC 61508 costituiscono insieme la spina dorsale della sicurezza funzionale nell'industria di processo. Mentre la IEC 61508 fornisce un framework generico a livello di dispositivo per i sistemi di sicurezza, la IEC 61511 adatta questi principi alle esigenze specifiche dei Sistemi Strumentati di Sicurezza (SIS) reali durante l'intero ciclo di vita, dalla valutazione del rischio e dalla progettazione del sistema alla manutenzione e modifica continua.

In ambienti industriali complessi e ad alto rischio, la sola conformità a livello di dispositivo non è sufficiente. Solo un approccio completo e basato sul ciclo di vita, che comprenda la definizione del SIF, l'assegnazione del SIL, la verifica e il monitoraggio delle prestazioni, può garantire sicurezza e affidabilità operativa dimostrabili.

Comprendere come questi due standard si completino a vicenda è essenziale per ingegneri, integratori e responsabili della sicurezza che intendono costruire e mantenere solide architetture SIS. Se applicate insieme in modo efficace, IEC 61508 e IEC 61511 consentono un percorso coerente e verificabile verso la riduzione del rischio, la conformità normativa e la sicurezza degli impianti a lungo termine.

Riferimenti

www.wolterskluwer.com/it/approfondimenti-degli-esperti/sicurezza-funzionale-la-prossima-edizione-della-norma-iec-61511

safetyandsis.com/conformità-alla-iec-61511/

www.tuvsud.com/en-in/resource-centre/blogs/iec-61511-explained—tutto-quello-che-devi-sapere

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

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