O que é a IEC 61511? Um Guia para a Segurança Funcional na Indústria de Processos

1.0 O que é IEC 61511?

A IEC 61511 é uma norma internacional desenvolvida pela Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), especialmente adaptada para segurança funcional na indústria de processos. Serve como implementação setorial específica da IEC 61508 e é amplamente adotada em todo o mundo. A norma se concentra no projeto, implementação e gerenciamento de Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS).

1.1 Introdução à Indústria de Processos

Ao contrário das indústrias de manufatura discretas - como aquelas que produzem porcas, parafusos ou peças automotivas - a indústria de processos lida com a transformação e o manuseio de materiais a granel. Os setores típicos incluem:

• Produção de petróleo e gás
• Refinamento
• Fabricação de produtos químicos
• Produtos farmacêuticos
• Outras operações de processamento contínuo

Devido à natureza de alto risco desses ambientes, a segurança funcional é essencial para garantir a operação estável e confiável dos sistemas de controle de segurança.

1.2 Objetivo e definição da norma

A IEC 61511 estabelece um conjunto abrangente de requisitos para alcançar a segurança funcional no setor de processos. Ela aborda a arquitetura de sistemas, o desenvolvimento de hardware e software e a programação de aplicações, com o objetivo geral de garantir que O SIS pode reduzir riscos de forma confiável em caso de falhas ou condições anormais.

De acordo com a norma IEC 61511, uma Sistema Instrumentado de Segurança (SIS) é definido como um sistema automatizado projetado para executar uma ou mais Funções Instrumentadas de Segurança (SIF). Normalmente compreende três elementos principais:

• Sensores
• Solucionadores lógicos
• Elementos finais

1.3 Âmbito de aplicação

A IEC 61511 abrange o ciclo de vida inteiro de um Sistema Instrumentado de Segurança — desde o projeto conceitual e a análise de riscos até a engenharia detalhada, instalação, comissionamento, operação, manutenção e eventual descomissionamento. Inclui também requisitos para modificações do sistema durante a operação.

1.4 Estrutura do Padrão

A IEC 61511 é estruturada em três partes principais:

• IEC 61511-1: Segurança Funcional – Requisitos do Sistema
  Estabelece as definições fundamentais, a estrutura do sistema e os requisitos técnicos para hardware e software.
• IEC 61511-2: Diretrizes para a Aplicação
  Oferece orientação prática sobre a implementação dos requisitos da Parte 1.
• IEC 61511-3: Orientação para determinação de níveis de integridade de segurança (SILs)
  Ajuda os usuários a determinar o SIL necessário para cada função de segurança com base na análise de risco.

1.5 Evolução do Padrão

Os Sistemas Instrumentados de Segurança são utilizados há mais de meio século para mitigar riscos industriais. Os primeiros SIS baseavam-se em circuitos pneumáticos, hidráulicos ou elétricos, caracterizados por arquiteturas simples e modos de falha bem compreendidos.

Na década de 1970, sistemas eletrônicos programáveis começaram a ser utilizados em SIS, oferecendo maior flexibilidade, mas também introduzindo novas complexidades e incertezas. Essas mudanças aumentaram a dificuldade da gestão de riscos, gerando a necessidade de normas atualizadas. A IEC 61511 evoluiu de acordo:

A primeira e a segunda edições foram lançadas em 2003.

A segunda edição introduziu quase 200 atualizações, incluindo requisitos para Especificações de Requisitos de Segurança (SRS), monitoramento de desempenho, avaliações de taxa de falhas, segurança de TI e Gestão de Segurança Funcional (FSM).Resumo dos principais elementos da norma IEC 61511

1.6 Composição Padrão e Partes Interessadas

A IEC 61511 é frequentemente referida como padrão de segurança funcional para a indústria de processo, especialmente para Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS). Consiste em:

1. Parte 1: Estrutura e requisitos para hardware e software
2. Parte 2: Orientação sobre implementação
3. Parte 3: Metodologia para determinação do SIL

É relevante para todo o pessoal envolvido com funções de segurança instrumentadas, incluindo fornecedores de sistemas, operadores de planta, equipes de manutenção, projetistas de SIF, analistas de SIL e contratantes de EPC.

1.7 Ciclo de vida de segurança funcional

A IEC 61511 define uma estrutura ciclo de vida de segurança para garantir que o SIS atenda consistentemente aos requisitos de segurança. Isso inclui:

Analisando os riscos do processo e documentando os SIFs necessários

Implementar sistemas usando hardware, software e métodos de design adequados

Verificar o desempenho do sistema e modificá-lo conforme necessário

Operar e manter o SIS usando procedimentos padronizados, monitorando continuamente seu desempenho

1.8 Requisitos do Sistema de Gestão SIS

A norma exige uma abordagem de gestão sistemática para SIS, que é composto de sensores, solucionadores lógicos, elementos finais e componentes de suporte, todos trabalhando juntos para implementar um ou mais SIFs.

Um sistema de gestão SIS compatível deve incluir:

Um fluxo de trabalho definido em todo o ciclo de vida do SIS: avaliação, projeto, verificação, instalação, comissionamento, validação, operação, manutenção e melhoria contínua

Responsabilidades claramente atribuídas para todas as funções envolvidas

Procedimentos documentados que dão suporte a cada responsabilidade

Monitoramento de desempenho e ciclos de feedback para garantir a conformidade contínua com o SIL atribuído

1.9 SIL e Avaliação de Desempenho

A IEC 61511 utiliza o Nível de Integridade de Segurança (SIL) para quantificar a eficácia com que um SIS pode reduzir riscos.

Os níveis de SIL são determinados por meio de análises de risco e perigo com base na redução de risco necessária para cada SIF

O design e a arquitetura do SIS são adaptados para atender ao SIL alocado

Durante a operação, o desempenho é avaliado por meio de dados de campo e testes de integridade mecânica

Se o desempenho real ficar aquém do SIL pretendido, ações corretivas devem ser tomadas para restaurar a conformidade

2.0 Compreendendo IEC 61511 e IEC 61508 na indústria de processo

2.1 O que é segurança de processo?

Segurança de processo é uma estrutura sistemática projetada para garantir a integridade de sistemas e processos que lidam com materiais perigosos. Ela combina princípios de engenharia, práticas de projeto e procedimentos operacionais para evitar a liberação não intencional de substâncias perigosas ou energia. O conceito originou-se da Administração de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA (OSHA) e é amplamente aplicado em processos que envolvem Produtos Químicos Altamente Perigosos (HHCs).

2.2 Por que a segurança funcional é essencial na indústria de processos?

À medida que os sistemas de processos crescem em complexidade, sistemas de segurança funcional são cada vez mais utilizados para mitigar riscos operacionais. Em muitos países — como Singapura —regimes de casos de segurança tornaram-se obrigatórias. As organizações devem estabelecer programas de gestão de segurança funcional que estejam em conformidade com os padrões internacionais para cumprir as obrigações regulatórias.

2.3 Relação entre IEC 61511 e IEC 61508

• CEI 61511 é o padrão específico do setor de processo para segurança funcional, focado em todo o ciclo de vida de segurança dos Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS) em indústrias como petróleo e gás e produtos químicos.
• CEI 61508 serve como o padrão fundamental para segurança funcional em todos os setores que envolvem sistemas elétricos, eletrônicos ou eletrônicos programáveis (E/E/PE). Atua como a norma-mãe que orienta a implementação da IEC 61511.

2.4 Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS) e Funções Instrumentadas de Segurança (SIF)

Um Sistema Instrumentado de Segurança (SIS) normalmente compreende múltiplos Funções Instrumentadas de Segurança (SIFs). Cada SIF inclui os seguintes componentes principais:

• Sensores– detectar desvios das condições normais de operação
• Solucionadores lógicos– processar entradas de sensores e executar a lógica de segurança
• Elementos finais– iniciar uma resposta segura (por exemplo, acionar válvulas ou desligar equipamentos)

2.5 Níveis de Integridade de Segurança (SILs) e Redução de Riscos

Nível de Integridade de Segurança (SIL) é a medida de desempenho usada para quantificar a capacidade de redução de risco de um SIS. De acordo com a IEC 61511, os requisitos do SIL são determinados por meio de Análise de Riscos e Perigos (H&RA) e são usados para orientar o projeto e a verificação do sistema.

2.6 Estrutura da IEC 61511

A IEC 61511 está estruturada em quatro partes distintas:

2.7 O ciclo de vida da segurança: uma abordagem de circuito fechado da análise ao descomissionamento

A IEC 61511 adota uma Modelo de ciclo de vida de segurança SIS, garantindo que a segurança funcional seja mantida durante toda a vida operacional do sistema.

Fase 1: Análise (Fase Azul)

• PHA – Análise de Riscos de Processo: Identificar fontes de risco, consequências potenciais e frequência de eventos.
• Determinação de SIL: Atribuir um Fator de Redução de Risco Obrigatório (FRR) e SIL correspondente para cada SIF.
• SRS – Especificação de Requisitos de Segurança: Definir os parâmetros e objetivos funcionais de cada SIF.
• FSA – Avaliação de Segurança Funcional: Verificação independente da fase de análise por terceiros.

Fase 2: Design e Implementação (Fase Vermelha)

• Seleção de dispositivo: Escolha componentes com certificação SIL apropriada ou histórico de uso comprovado.
• Projeto de Sistema: Defina estrutura lógica, redundância e estratégias de teste de acordo com o SRS.
• Verificação SIL: Use ferramentas como exSILentia ou SILcet para calcular métricas de confiabilidade.
• Validação FAT/SAT e SIS: Realizar testes de aceitação de fábrica e no local para garantir a conformidade com o SRS.
• FSA Estágio 2: Avaliação independente da qualidade do projeto e da implementação.

Fase 3: Operação e Manutenção (Fase Verde)

• Plano de Manutenção do SIS: Garantir confiabilidade de longo prazo e testes de comprovação regulares de cada SIF.
• Monitoramento de Desempenho e Gerenciamento de Falhas: Acompanhe os principais indicadores de desempenho (KPIs) para avaliar a operação no mundo real
• Modificações do Sistema e Gerenciamento de Mudanças: Siga a Cláusula 17 da IEC 61511 para evitar a introdução de riscos não intencionais durante modificações.
• FSA em andamento: Realizar auditorias periódicas para garantir conformidade e eficácia contínuas durante a operação e manutenção.

3.0 IEC 61511 vs IEC 61508: Principais diferenças e interdependências

3.1 Principais distinções: escopo e usuários-alvo

A IEC 61511 é uma derivativos específicos do setor da IEC 61508, personalizada para as necessidades da indústria de processos. Embora adaptadas em sua aplicação, ambas as normas compartilham uma estrutura consistente em termos de modelos de ciclo de vida, métricas de segurança (por exemplo, SIL, PFD/PFH) e princípios de gestão de segurança funcional.

3.2 Por que a IEC 61511 é crucial para a indústria de processos

Mesmo que um sistema utilize componentes compatíveis com a norma IEC 61508, no geral segurança funcional na indústria de processo não pode confiar apenas na conformidade individual do dispositivo. A IEC 61511 garante a redução de riscos no nível do sistema por meio do seguinte:

Garantia de desempenho do SIF: Avalia as interdependências entre os dispositivos para confirmar a obtenção dos Níveis de Integridade de Segurança (SIL) necessários.

Otimização de manutenção: Define estratégias para intervalos de testes de prova e manutenção da confiabilidade do sistema.

Requisitos da fase operacional: Fornece orientação essencial sobre instalação, comissionamento, operação e manutenção.

Gestão de mudanças:À medida que os sistemas de processo evoluem, a IEC 61511 determina que qualquer modificação deve ser avaliada quanto ao seu impacto na segurança funcional.

Validação de software de aplicação:Embora a IEC 61508 governe o software embarcado, A IEC 61511 descreve métodos de verificação para lógica de nível de aplicação (por exemplo, programas de controle de nível/fluxo).

3.3 Coordenação entre os padrões na implementação do SIL

A IEC 61511 concentra-se em implementação em nível de sistema e governança do ciclo de vida, enquanto a IEC 61508 garante projeto em nível de equipamento, certificação e funcionalidade de segurança incorporada. Juntos, eles formam um estrutura complementar de segurança funcional.

3.4 Requisitos IEC 61511 para Elementos Mecânicos

Embora a IEC 61511 se concentre em sistemas eletrônicos elétricos/programáveis, muitos elementos finais são mecânicos (por exemplo, válvulas de corte, atuadores pneumáticos, válvulas de alívio de pressão). Falhas mecânicas podem causar diretamente a falha do SIF. A norma, portanto, exige:

Dados de confiabilidade para componentes mecânicos

Componentes mecânicos deve fornecer dados PFD/PFH;

A conformidade pode ser demonstrada por meio de:

• Comprovado em uso dados (em conformidade com os requisitos da norma IEC 61508);
• Adequação SIL declarações dos fabricantes;
• Certificações de terceiros(por exemplo, da TÜV ou Exida).

Teste de Prova Periódica

Defina apropriado intervalos de teste de prova;

Os planos de manutenção devem incluir testes funcionais (por exemplo, resposta de atuação da válvula);

Os dados de teste devem ser realimentado em avaliações de risco e atualizações do ciclo de vida.

Inclusão na Modelagem de Confiabilidade do Sistema

Incorporar elementos mecânicos em modelos FMEA ou FTA de nível de sistema;

Calcule o PFD do todo o loop do elemento de controle final (válvula + atuador + lógica);

O sistema deve atender ao SIL atribuído antes de entrar em operação.

3.5 Estratégia de Implementação Coordenada

4.0 Conclusão

IEC 61508 e a IEC 61511, juntas, formam a espinha dorsal da segurança funcional na indústria de processos. Enquanto a IEC 61508 fornece uma estrutura genérica, em nível de dispositivo, para sistemas relacionados à segurança, a IEC 61511 adapta esses princípios às necessidades específicas de Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS) reais ao longo de todo o seu ciclo de vida — desde a avaliação de riscos e o projeto do sistema até a manutenção e modificação contínuas.

Em ambientes industriais complexos e de alto risco, a conformidade em nível de dispositivo por si só não é suficiente. Somente uma abordagem abrangente e baseada no ciclo de vida — abrangendo definição de SIF, alocação de SIL, verificação e monitoramento de desempenho — pode proporcionar segurança e confiabilidade operacional demonstráveis.

Entender como essas duas normas se complementam é essencial para engenheiros, integradores e gestores de segurança que buscam construir e manter arquiteturas SIS robustas. Quando aplicadas em conjunto de forma eficaz, a IEC 61508 e a IEC 61511 possibilitam um caminho consistente e auditável para a redução de riscos, a conformidade regulatória e a segurança da planta a longo prazo.

Referências

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—tudo-o-que-voce-precisa-saber

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

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