Czym jest norma IEC 61511? Przewodnik po bezpieczeństwie funkcjonalnym w przemyśle przetwórczym

1.0Czym jest IEC 61511?

IEC 61511 to międzynarodowa norma opracowana przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC), specjalnie dostosowana do bezpieczeństwo funkcjonalne w przemyśle przetwórczym. Stanowi ona implementację normy IEC 61508 w poszczególnych sektorach i jest szeroko stosowana na całym świecie. Norma koncentruje się na projektowaniu, wdrażaniu i zarządzaniu Systemy bezpieczeństwa z instrumentami (SIS).

1.1Wprowadzenie do przemysłu przetwórczego

W przeciwieństwie do gałęzi przemysłu zajmujących się produkcją dyskretną, takich jak produkcja nakrętek, śrub czy części samochodowych, przemysł przetwórczy Zajmuje się przetwarzaniem i obsługą materiałów masowych. Typowe sektory obejmują:

• Produkcja ropy naftowej i gazu
• Rafinacja
• Produkcja chemiczna
• Produkty farmaceutyczne
• Inne operacje przetwarzania ciągłego

Ze względu na wysoki poziom ryzyka w tych środowiskach, bezpieczeństwo funkcjonalne jest niezbędne do zagwarantowania stabilnej i niezawodnej pracy systemów kontroli bezpieczeństwa.

1.2Cel i definicja normy

Norma IEC 61511 określa kompleksowy zestaw wymagań dotyczących zapewnienia bezpieczeństwa funkcjonalnego w sektorze procesowym. Dotyczy architektury systemów, rozwoju sprzętu i oprogramowania oraz programowania aplikacji, a jej nadrzędnym celem jest zapewnienie, że: SIS może niezawodnie zmniejszać ryzyko w przypadku awarii lub warunków nietypowych.

Zgodnie z normą IEC 61511, System bezpieczeństwa z instrumentami (SIS) jest definiowany jako zautomatyzowany system zaprojektowany do wykonywania jednej lub więcej czynności Funkcje bezpieczeństwa przyrządowego (SIF)Zazwyczaj składa się z trzech podstawowych elementów:

• Czujniki
• Rozwiązywacze logiczne
• Elementy końcowe

1.3Zakres zastosowania

Norma IEC 61511 obejmuje cały cykl życia Systemu Bezpieczeństwa Instrumentalnego – od projektu koncepcyjnego i analizy zagrożeń, przez szczegółowe projektowanie, instalację, uruchomienie, obsługę, konserwację, aż po ostateczne wycofanie z eksploatacji. Obejmuje on również wymagania dotyczące modyfikacji systemu w trakcie eksploatacji.

1.4Struktura standardu

Norma IEC 61511 składa się z trzech głównych części:

• IEC 61511-1: Bezpieczeństwo funkcjonalne – Wymagania systemowe
  Określa podstawowe definicje, strukturę systemu i wymagania techniczne dotyczące sprzętu i oprogramowania.
• IEC 61511-2: Wytyczne dotyczące stosowania
  Oferuje praktyczne wskazówki dotyczące wdrażania wymagań z Części 1.
• IEC 61511-3: Wytyczne dotyczące określania poziomów integralności bezpieczeństwa (SIL)
  Pomaga użytkownikom określić wymagany poziom SIL dla każdej funkcji bezpieczeństwa na podstawie analizy ryzyka.

1.5Ewolucja standardu

Systemy bezpieczeństwa z instrumentami pomiarowymi są wykorzystywane od ponad pół wieku w celu ograniczania ryzyka przemysłowego. Wczesne systemy SIS opierały się na obwodach pneumatycznych, hydraulicznych lub elektrycznych, charakteryzujących się prostą architekturą i dobrze poznanymi trybami awarii.

W latach 70. XX wieku w systemach SIS zaczęto stosować programowalne systemy elektroniczne, które oferowały większą elastyczność, ale jednocześnie wprowadzały nowe komplikacje i niepewności. Zmiany te zwiększyły trudności w zarządzaniu ryzykiem, co pociągnęło za sobą potrzebę aktualizacji norm. Norma IEC 61511 ewoluowała w następujący sposób:

Pierwsze i drugie wydanie ukazały się w 2003.

W drugim wydaniu wprowadzono prawie 200 aktualizacji, w tym wymagania dotyczące Specyfikacje wymagań bezpieczeństwa (SRS), monitorowanie wydajności, ocena współczynnika awaryjności, bezpieczeństwo IT i Zarządzanie Bezpieczeństwem Funkcjonalnym (FSM).Podsumowanie kluczowych elementów normy IEC 61511

1.6Standardowy skład i interesariusze

Normę IEC 61511 często określa się jako norma bezpieczeństwa funkcjonalnego dla przemysłu przetwórczego, szczególnie dla Systemy bezpieczeństwa z instrumentami (SIS). Składa się z:

1. Część 1: Struktura i wymagania dotyczące sprzętu i oprogramowania
2. Część 2: Wskazówki dotyczące wdrażania
3. Część 3: Metodyka określania SIL

Dotyczy to wszystkich pracowników zajmujących się funkcjami związanymi z bezpieczeństwem, w tym dostawców systemów, operatorów zakładów, zespołów ds. konserwacji, projektantów SIF, analityków SIL i wykonawców EPC.

1.7Cykl życia bezpieczeństwa funkcjonalnego

Norma IEC 61511 definiuje strukturę cykl życia bezpieczeństwa aby zapewnić, że SIS stale spełnia wymogi bezpieczeństwa. Obejmuje to:

Analiza zagrożeń procesowych i dokumentowanie wymaganych SIF-ów

Wdrażanie systemów przy użyciu odpowiedniego sprzętu, oprogramowania i metod projektowania

Sprawdzanie wydajności systemu i modyfikowanie jej w razie potrzeby

Obsługa i konserwacja systemu SIS przy użyciu standardowych procedur, przy jednoczesnym ciągłym monitorowaniu jego wydajności

1.8Wymagania systemu zarządzania SIS

Norma nakazuje systematyczne podejście do zarządzania do SIS, który składa się z czujników, rozwiązań logicznych, elementów końcowych i komponentów pomocniczych, które współpracują ze sobą w celu wdrożenia jednego lub więcej SIF.

Zgodny z przepisami system zarządzania SIS musi obejmować:

Zdefiniowany przepływ pracy obejmujący cały cykl życia SIS: ocena, projektowanie, weryfikacja, instalacja, uruchomienie, walidacja, obsługa, konserwacja i ciągłe doskonalenie

Jasno przypisane obowiązki dla wszystkich zaangażowanych ról

Udokumentowane procedury wspierające każdą odpowiedzialność

Monitorowanie wydajności i pętle sprzężenia zwrotnego w celu zapewnienia ciągłej zgodności z przypisanym SIL

1.9SIL i ocena wydajności

Norma IEC 61511 wykorzystuje Poziom integralności bezpieczeństwa (SIL) aby określić skuteczność systemu SIS w ograniczaniu ryzyka.

Poziomy SIL są ustalane poprzez analizę zagrożeń i ryzyka na podstawie wymaganej redukcji ryzyka dla każdego SIF

Projekt i architektura SIS są dostosowane do przydzielonego poziomu SIL

Podczas eksploatacji wydajność jest oceniana na podstawie danych terenowych i testów integralności mechanicznej

Jeżeli rzeczywista wydajność nie spełnia zakładanego poziomu SIL, należy podjąć działania naprawcze w celu przywrócenia zgodności

2.0Zrozumienie norm IEC 61511 i IEC 61508 w przemyśle przetwórczym

2.1Czym jest bezpieczeństwo procesowe?

Bezpieczeństwo procesu to systematyczna struktura opracowana w celu zapewnienia integralności systemów i procesów związanych z materiałami niebezpiecznymi. Łączy ona zasady inżynieryjne, praktyki projektowe i procedury operacyjne, aby zapobiec niezamierzonemu uwolnieniu niebezpiecznych substancji lub energii. Koncepcja ta wywodzi się z amerykańskiej Agencji Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (OSHA) i jest szeroko stosowana w procesach obejmujących… Substancje chemiczne wysoce niebezpieczne (HHC).

2.2Dlaczego bezpieczeństwo funkcjonalne jest tak istotne w przemyśle przetwórczym?

W miarę jak systemy procesowe stają się coraz bardziej złożone, systemy bezpieczeństwa funkcjonalnego są coraz częściej wykorzystywane do ograniczania ryzyka operacyjnego. W wielu krajach – takich jak Singapur –systemy bezpieczeństwa stały się obowiązkowe. Organizacje muszą wdrożyć programy zarządzania bezpieczeństwem funkcjonalnym zgodne z normami międzynarodowymi, aby spełnić wymogi regulacyjne.

2.3Związek między normami IEC 61511 i IEC 61508

• IEC 61511 jest normą dotyczącą bezpieczeństwa funkcjonalnego, specyficzną dla sektora procesowego, skupioną na cały cykl życia bezpieczeństwa systemów bezpieczeństwa (SIS) w takich gałęziach przemysłu jak przemysł naftowo-gazowy i chemiczny.
• IEC 61508 służy jako standard podstawowy Norma ta stanowi podstawę bezpieczeństwa funkcjonalnego we wszystkich sektorach, w których występują systemy elektryczne, elektroniczne lub programowalne (E/E/PE). Norma ta pełni funkcję normy nadrzędnej, regulującej wdrażanie normy IEC 61511.

2.4Systemy bezpieczeństwa z instrumentami (SIS) i funkcje bezpieczeństwa z instrumentami (SIF)

System bezpieczeństwa z instrumentami (SIS) zazwyczaj składa się z wielu Funkcje bezpieczeństwa przyrządowego (SIF)Każdy SIF zawiera następujące kluczowe komponenty:

• Czujniki– wykrywać odchylenia od normalnych warunków pracy
• Rozwiązywacze logiczne– przetwarzaj dane wejściowe czujników i wykonuj logikę bezpieczeństwa
• Elementy końcowe– zainicjować bezpieczną reakcję (np. uruchomić zawory lub wyłączyć urządzenia)

2.5Poziomy integralności bezpieczeństwa (SIL) i redukcja ryzyka

Poziom integralności bezpieczeństwa (SIL) jest miarą wydajności służącą do ilościowego określenia zdolności systemu SIS do redukcji ryzyka. Zgodnie z normą IEC 61511 wymagania dotyczące SIL są określane poprzez Analiza zagrożeń i ryzyka (H&RA) i służą do kierowania projektowaniem i weryfikacją systemu.

2.6Struktura normy IEC 61511

Norma IEC 61511 jest podzielona na: cztery odrębne części:

2.7Cykl życia bezpieczeństwa: podejście zamkniętej pętli od analizy do wycofania z eksploatacji

Norma IEC 61511 przyjmuje Model cyklu życia bezpieczeństwa SIS, zapewniając utrzymanie bezpieczeństwa funkcjonalnego przez cały okres eksploatacji systemu.

Faza 1: Analiza (faza niebieska)

• PHA – Analiza zagrożeń procesowych: Określ źródła ryzyka, potencjalne konsekwencje i częstotliwość zdarzeń.
• Określenie SIL: Przypisz Wymagany współczynnik redukcji ryzyka (RRF) i odpowiadający mu SIL dla każdego SIF.
• SRS – Specyfikacja wymagań bezpieczeństwa:Zdefiniuj parametry i cele funkcjonalne każdego SIF.
• FSA – Ocena bezpieczeństwa funkcjonalnego:Niezależna weryfikacja fazy analizy przez osobę trzecią.

Faza 2: Projektowanie i wdrażanie (faza czerwona)

• Wybór urządzenia: Wybierz komponenty posiadające odpowiedni certyfikat SIL lub historię sprawdzonego użytkowania.
• Projektowanie systemów:Zdefiniuj strukturę logiczną, redundancję i strategie testowania zgodnie z SRS.
• Weryfikacja SIL:Użyj narzędzi takich jak exSILentia Lub SILcet do obliczania wskaźników niezawodności.
• Walidacja FAT/SAT i SIS:Przeprowadzenie testów odbiorczych w fabryce i na miejscu w celu zapewnienia zgodności ze standardem SRS.
• FSA Etap 2:Niezależna ocena jakości projektu i wdrożenia.

Faza 3: Eksploatacja i konserwacja (faza zielona)

• Plan konserwacji SIS:Zapewnij długoterminową niezawodność i regularne testy sprawdzające każdego SIF.
• Monitorowanie wydajności i zarządzanie awariami:Śledź kluczowe wskaźniki efektywności (KPI), aby ocenić działanie w warunkach rzeczywistych
• Modyfikacje systemów i zarządzanie zmianami: Należy przestrzegać postanowień punktu 17 normy IEC 61511, aby zapobiec przypadkowemu wprowadzeniu ryzyka podczas modyfikacji.
• Trwający FSA:Przeprowadzaj okresowe audyty w celu zapewnienia ciągłej zgodności i skuteczności podczas eksploatacji i utrzymania.

3.0IEC 61511 a IEC 61508: kluczowe różnice i współzależności

3.1Główne różnice: zakres i użytkownicy docelowi

IEC 61511 to instrument pochodny sektorowy normy IEC 61508, dostosowanej do potrzeb przemysłu przetwórczego. Choć dostosowane do zastosowania, obie normy mają spójne ramy pod względem modele cyklu życia, wskaźniki bezpieczeństwa (np. SIL, PFD/PFH) i zasady zarządzania bezpieczeństwem funkcjonalnym.

3.2Dlaczego norma IEC 61511 jest kluczowa dla przemysłu przetwórczego

Nawet jeśli system wykorzystuje komponenty zgodne z normą IEC 61508, całość bezpieczeństwo funkcjonalne w przemyśle przetwórczym nie można polegać wyłącznie na zgodności poszczególnych urządzeńNorma IEC 61511 zapewnia redukcję ryzyka na poziomie systemu poprzez:

Zapewnienie wydajności SIF:Ocenia współzależności między urządzeniami w celu potwierdzenia osiągnięcia wymaganych poziomów integralności bezpieczeństwa (SIL).

Optymalizacja konserwacji:Definiuje strategie dotyczące interwałów testów kontrolnych i utrzymania niezawodności systemu.

Wymagania fazy operacyjnej:Zawiera kluczowe wskazówki dotyczące instalacji, uruchomienia, obsługi i konserwacji.

Zarządzanie zmianą:W miarę rozwoju systemów procesowych norma IEC 61511 nakazuje, aby każdą modyfikację należy ocenić pod kątem jej wpływu na bezpieczeństwo funkcjonalne.

Walidacja oprogramowania aplikacyjnego:Chociaż norma IEC 61508 reguluje oprogramowanie wbudowane, Norma IEC 61511 określa metody weryfikacji dla logiki na poziomie aplikacji (np. programy sterowania poziomem/przepływem).

3.3Koordynacja między standardami w zakresie wdrażania SIL

Norma IEC 61511 koncentruje się na wdrażanie na poziomie systemu i zarządzanie cyklem życia, podczas gdy IEC 61508 zapewnia projektowanie na poziomie sprzętu, certyfikacja i wbudowana funkcjonalność bezpieczeństwaRazem tworzą uzupełniające ramy bezpieczeństwa funkcjonalnego.

3.4Wymagania normy IEC 61511 dotyczące elementów mechanicznych

Chociaż norma IEC 61511 koncentruje się na elektryczne/programowalne systemy elektroniczne, wiele elementów końcowych jest mechanicznych (np. zawory odcinające, siłowniki pneumatyczne, zawory bezpieczeństwa). Awarie mechaniczne mogą bezpośrednio powodować awarię SIF. Norma wymaga zatem:

Dane dotyczące niezawodności podzespołów mechanicznych

Komponenty mechaniczne należy podać dane PFD/PFH;

Zgodność można wykazać poprzez:

• Sprawdzony w użyciu dane (zgodnie z wymogami normy IEC 61508);
• Zgodność z SIL oświadczenia od producentów;
• Certyfikaty stron trzecich(np. z TÜV lub Exida).

Okresowe testy próbne

Zdefiniuj odpowiedni interwały testów próbnych;

Plany konserwacji muszą obejmować testowanie funkcjonalne (np. reakcja na zadziałanie zaworu);

Dane testowe muszą być przekazywane z powrotem do oceny ryzyka i aktualizacji cyklu życia.

Włączenie do modelowania niezawodności systemu

Włącz elementy mechaniczne modele FMEA lub FTA na poziomie systemu;

Oblicz PFD cała pętla końcowego elementu sterującego (zawór + siłownik + logika);

System musi spełniać wyznaczony poziom SIL przed rozpoczęciem eksploatacji.

3.5Skoordynowana strategia wdrażania

4.0Wniosek

IEC 61508 Norma IEC 61511 i norma IEC 61511 razem tworzą podstawę bezpieczeństwa funkcjonalnego w przemyśle przetwórczym. Podczas gdy norma IEC 61508 zapewnia ogólne ramy na poziomie urządzeń dla systemów bezpieczeństwa, norma IEC 61511 dostosowuje te zasady do specyficznych potrzeb rzeczywistych systemów bezpieczeństwa (SIS) w całym ich cyklu życia – od oceny ryzyka i projektowania systemu po bieżącą konserwację i modyfikacje.

W złożonych i obarczonych wysokim ryzykiem środowiskach przemysłowych, sama zgodność na poziomie urządzeń nie jest wystarczająca. Tylko kompleksowe podejście oparte na cyklu życia – obejmujące definicję SIF, alokację SIL, weryfikację i monitorowanie wydajności – może zapewnić udokumentowane bezpieczeństwo i niezawodność operacyjną.

Zrozumienie, w jaki sposób te dwie normy wzajemnie się uzupełniają, jest kluczowe dla inżynierów, integratorów i menedżerów ds. bezpieczeństwa, którzy chcą budować i utrzymywać solidne architektury systemów SIS. Skuteczne stosowanie norm IEC 61508 i IEC 61511 umożliwia spójną, podlegającą audytowi ścieżkę do redukcji ryzyka, zgodności z przepisami i długoterminowego bezpieczeństwa zakładu.

Odniesienia

www.wolterskluwer.com/pl/eksperckie-spostrzeżenia/funkcjonalne-bezpieczeństwo-następne-wydanie-iec-61511

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

www.tuvsud.com/en-in/resource-centre/blogs/iec-61511-explained—all-you-need-to-know

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

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