Что такое IEC 61511? Руководство по функциональной безопасности в перерабатывающей промышленности

1.0 Что такое МЭК 61511?

IEC 61511 — это международный стандарт, разработанный Международной электротехнической комиссией (МЭК) специально для функциональная безопасность в перерабатывающей промышленности. Он служит секторной реализацией IEC 61508 и широко принят во всем мире. Стандарт фокусируется на проектировании, внедрении и управлении Системы безопасности (SIS).

1.1 Введение в перерабатывающую промышленность

В отличие от дискретных производственных отраслей, таких как производство гаек, болтов или автомобильных деталей, перерабатывающая промышленность занимается преобразованием и обработкой сыпучих материалов. Типичные секторы включают:

• Добыча нефти и газа
• Переработка
• Химическое производство
• Фармацевтика
• Другие непрерывные операции по обработке

В связи с высоким уровнем риска в этих средах функциональная безопасность имеет решающее значение для обеспечения стабильной и надежной работы систем контроля безопасности.

1.2 Цель и определение стандарта

IEC 61511 устанавливает всеобъемлющий набор требований для достижения функциональной безопасности в секторе процессов. Он касается архитектуры системы, разработки аппаратного и программного обеспечения, а также прикладного программирования, с общей целью обеспечения того, чтобы SIS может надежно снизить риски в случае возникновения неисправностей или ненормальных условий.

Согласно IEC 61511, Система безопасности (SIS) определяется как автоматизированная система, предназначенная для выполнения одной или нескольких Функции безопасности (SIF). Обычно он состоит из трех основных элементов:

• Датчики
• Логические решатели
• Заключительные элементы

1.3 Область применения

IEC 61511 охватывает весь жизненный цикл Системы безопасности с приборами — от концептуального проектирования и анализа опасностей до детального проектирования, установки, ввода в эксплуатацию, эксплуатации, обслуживания и окончательного вывода из эксплуатации. Он также включает требования к системным модификациям во время эксплуатации.

1.4 Структура стандарта

Стандарт IEC 61511 состоит из трех основных частей:

• IEC 61511-1: Функциональная безопасность – Системные требования
  Устанавливает основные определения, структуру системы и технические требования к аппаратному и программному обеспечению.
• IEC 61511-2: Руководство по применению
  Предлагает практическое руководство по реализации требований Части 1.
• IEC 61511-3: Руководство по определению уровней полноты безопасности (SIL)
  Помогает пользователям определить требуемый уровень безопасности (SIL) для каждой функции безопасности на основе анализа рисков.

1.5 Эволюция стандарта

Системы безопасности с приборами используются уже более полувека для снижения промышленных рисков. Ранние SIS были основаны на пневматических, гидравлических или электрических схемах, характеризовались простой архитектурой и хорошо понятными режимами отказов.

В 1970-х годах в SIS начали использоваться программируемые электронные системы, что дало большую гибкость, но также внесло новые сложности и неопределенности. Эти изменения увеличили сложность управления рисками, что вызвало необходимость в обновлении стандартов. IEC 61511 претерпел соответствующие изменения:

Первое и второе издания были выпущены в 2003.

Второе издание представило почти 200 обновлений, включая требования к Спецификации требований безопасности (SRS), мониторинг производительности, оценка интенсивности отказов, ИТ-безопасность и Управление функциональной безопасностью (FSM).Краткое изложение ключевых элементов IEC 61511

1.6 Стандартный состав и заинтересованные стороны

IEC 61511 часто называют стандарт функциональной безопасности для перерабатывающей промышленности, особенно для Системы безопасности (SIS). Он состоит из:

1. Часть 1: Структура и требования к оборудованию и программному обеспечению
2. Часть 2: Руководство по внедрению
3. Часть 3: Методология определения SIL

Он актуален для всего персонала, связанного с функциями безопасности, включая поставщиков систем, операторов установок, бригады по техническому обслуживанию, проектировщиков SIF, аналитиков SIL и подрядчиков EPC.

1.7 Жизненный цикл функциональной безопасности

IEC 61511 определяет структурированную жизненный цикл безопасности для обеспечения того, чтобы SIS постоянно соответствовала требованиям безопасности. Это включает в себя:

Анализ опасностей процесса и документирование необходимых SIF

Внедрение систем с использованием подходящего оборудования, программного обеспечения и методов проектирования

Проверка производительности системы и ее изменение по мере необходимости

Эксплуатация и обслуживание SIS с использованием стандартизированных процедур при постоянном мониторинге ее производительности

1.8 Требования к системе управления SIS

Стандарт предписывает системный подход к управлению к SIS, которая состоит из датчиков, логических решателей, конечных элементов и вспомогательных компонентов, которые работают вместе для реализации одного или нескольких SIF.

Соответствующая требованиям система управления SIS должна включать:

Определенный рабочий процесс на протяжении всего жизненного цикла SIS: оценка, проектирование, проверка, установка, ввод в эксплуатацию, валидация, эксплуатация, техническое обслуживание и постоянное совершенствование

Четко распределенные обязанности для всех задействованных ролей

Документированные процедуры, подтверждающие каждую ответственность

Мониторинг производительности и обратная связь для обеспечения постоянного соответствия назначенному уровню безопасности (SIL)

1.9 SIL и оценка эффективности

IEC 61511 использует Уровень полноты безопасности (SIL) для количественной оценки того, насколько эффективно SIS может снизить риск.

Уровни SIL определяются посредством анализа опасностей и рисков на основе требуемого снижения риска для каждого SIF.

Проектирование и архитектура SIS адаптированы для соответствия выделенному уровню полноты безопасности (SIL)

В процессе эксплуатации производительность оценивается с помощью полевых данных и испытаний на механическую целостность.

Если фактическая производительность не соответствует предполагаемому уровню полноты безопасности (SIL), необходимо предпринять корректирующие действия для восстановления соответствия.

2.0 Понимание IEC 61511 и IEC 61508 в перерабатывающей промышленности

2.1 Что такое безопасность процесса?

Безопасность процесса представляет собой систематическую структуру, разработанную для обеспечения целостности систем и процессов, которые обрабатывают опасные материалы. Она объединяет инженерные принципы, методы проектирования и эксплуатационные процедуры для предотвращения непреднамеренного выброса опасных веществ или энергии. Концепция возникла в Управлении по охране труда и технике безопасности США (OSHA) и широко применяется в процессах, включающих Особо опасные химические вещества (ОЧХВ).

2.2 Почему функциональная безопасность имеет решающее значение в перерабатывающей промышленности?

По мере того, как системы процессов становятся все более сложными, функциональные системы безопасности все больше полагаются на смягчение операционных рисков. Во многих странах, например, в Сингапуре,режимы безопасности стали обязательными. Организации должны разработать программы управления функциональной безопасностью, соответствующие международным стандартам, чтобы соответствовать нормативным обязательствам.

2.3 Взаимосвязь между IEC 61511 и IEC 61508

• МЭК 61511 это стандарт функциональной безопасности, ориентированный на конкретный сектор процесса, весь жизненный цикл безопасности систем безопасности (SIS) в таких отраслях, как нефтегазовая и химическая.
• МЭК 61508 служит в качестве основополагающий стандарт для функциональной безопасности во всех секторах, где задействованы электрические, электронные или программируемые электронные (E/E/PE) системы. Он действует как родительский стандарт, направляющий внедрение IEC 61511.

2.4 Системы безопасности (SIS) и функции безопасности (SIF)

Система безопасности (SIS) обычно состоит из нескольких Функции безопасности (SIF). Каждый SIF включает в себя следующие ключевые компоненты:

• Датчики– обнаружить отклонения от нормальных условий эксплуатации
• Логические решатели– обрабатывать входные сигналы датчиков и выполнять логику безопасности
• Заключительные элементы– инициировать безопасные ответные действия (например, привести в действие клапаны или отключить оборудование)

2.5 Уровни полноты безопасности (SIL) и снижение риска

Уровень полноты безопасности (SIL) это показатель производительности, используемый для количественной оценки способности снижения риска SIS. Согласно IEC 61511, требования SIL определяются посредством Анализ опасностей и рисков (H&RA) и используются для руководства как проектированием, так и проверкой системы.

2.6 Структура МЭК 61511

IEC 61511 имеет следующую структуру: четыре отдельные части:

2.7 Жизненный цикл безопасности: замкнутый цикл от анализа до вывода из эксплуатации

IEC 61511 принимает Модель жизненного цикла безопасности SIS, гарантируя сохранение функциональной безопасности на протяжении всего срока эксплуатации системы.

Фаза 1: Анализ (Синяя фаза)

• PHA – Анализ опасностей процесса: Определите источники риска, потенциальные последствия и частоту событий.
• Определение SIL: Назначить Требуемый фактор снижения риска (RRF) и соответствующий SIL для каждого SIF.
• SRS – Спецификация требований безопасности: Определите параметры и функциональные цели каждого SIF.
• FSA – Оценка функциональной безопасности: Независимая проверка этапа анализа третьей стороной.

Фаза 2: Проектирование и реализация (красная фаза)

• Выбор устройства: Выбирайте компоненты с соответствующей сертификацией SIL или проверенной историей эксплуатации.
• Проектирование системы: Определите логическую структуру, избыточность и стратегии тестирования в соответствии с SRS.
• Проверка SIL: Используйте такие инструменты, как exSILentia или SILcet для расчета показателей надежности.
• Проверка FAT/SAT и SIS: Проведение заводских и испытательных испытаний на месте для обеспечения соответствия требованиям SRS.
• FSA Этап 2: Независимая оценка качества проектирования и реализации.

Фаза 3: Эксплуатация и техническое обслуживание (зеленая фаза)

• План обслуживания SIS: Обеспечение долгосрочной надежности и регулярных проверочных испытаний каждой SIF.
• Мониторинг производительности и управление отказами: Отслеживайте ключевые показатели эффективности (KPI) для оценки реальной работы
• Модификации системы и управление изменениями: Соблюдайте пункт 17 стандарта IEC 61511, чтобы предотвратить возникновение непреднамеренного риска во время внесения изменений.
• Текущий FSA: Проводите периодические аудиты для обеспечения постоянного соответствия и эффективности во время эксплуатации и технического обслуживания.

3.0 IEC 61511 против IEC 61508: основные различия и взаимозависимости

3.1 Основные отличия: область применения и целевые пользователи

МЭК 61511 — это производный инструмент, специфичный для сектора IEC 61508, адаптированный под нужды перерабатывающей промышленности. Хотя оба стандарта адаптированы к своему применению, они имеют общую согласованную структуру с точки зрения модели жизненного цикла, показатели безопасности (например, SIL, PFD/PFH) и принципы управления функциональной безопасностью.

3.2 Почему IEC 61511 имеет решающее значение для перерабатывающей промышленности

Даже если в системе используются компоненты, соответствующие IEC 61508, в целом функциональная безопасность в перерабатывающей промышленности нельзя полагаться исключительно на соответствие отдельного устройства. IEC 61511 обеспечивает снижение риска на системном уровне за счет следующего:

Гарантия эффективности SIF: Оценивает взаимозависимости между устройствами для подтверждения достижения требуемых уровней полноты безопасности (SIL).

Оптимизация обслуживания: Определяет стратегии интервалов контрольных испытаний и поддержания надежности системы.

Требования к этапу эксплуатации: Содержит основные рекомендации по установке, вводу в эксплуатацию, эксплуатации и техническому обслуживанию.

Управление изменениями: По мере развития технологических систем стандарт IEC 61511 предписывает, чтобы Любая модификация должна оцениваться с точки зрения ее влияния на функциональную безопасность..

Проверка прикладного программного обеспечения: В то время как IEC 61508 регулирует встроенное программное обеспечение, IEC 61511 описывает методы проверки для логики уровня приложений (например, программ управления уровнем/потоком).

3.3 Координация между стандартами при внедрении SIL

IEC 61511 фокусируется на Реализация на системном уровне и управление жизненным циклом, тогда как IEC 61508 гарантирует проектирование на уровне оборудования, сертификация и встроенные функции безопасности. Вместе они образуют дополнительная функциональная структура безопасности.

3.4 Требования IEC 61511 к механическим элементам

Хотя IEC 61511 сосредоточен на электрические/программируемые электронные системы, многие конечные элементы являются механическими (например, запорные клапаны, пневматические приводы, предохранительные клапаны). Механические неисправности могут напрямую вызывать отказ SIF. Поэтому стандарт требует:

Данные о надежности механических компонентов

Механические компоненты необходимо предоставить данные PFD/PFH;

Соответствие может быть продемонстрировано посредством:

• Проверено в использовании данные (в соответствии с требованиями IEC 61508);
• пригодность SIL заявления от производителей;
• Сертификации третьих лиц(например, от TÜV или Exida).

Периодические контрольные испытания

Определить соответствующий интервалы контрольных испытаний;

Планы технического обслуживания должны включать: функциональное тестирование (например, реакция срабатывания клапана);

Данные тестирования должны быть обратная связь для оценки рисков и обновлений жизненного цикла.

Включение в моделирование надежности системы

Включайте механические элементы в модели FMEA или FTA на системном уровне;

Рассчитайте PFD весь контур конечного элемента управления (клапан + привод + логика);

Система должна соответствовать назначенному уровню SIL перед вводом в эксплуатацию.

3.5 Скоординированная стратегия внедрения

4.0 Заключение

МЭК 61508 и IEC 61511 вместе образуют основу функциональной безопасности в обрабатывающей промышленности. В то время как IEC 61508 обеспечивает общую структуру на уровне устройств для систем, связанных с безопасностью, IEC 61511 адаптирует эти принципы к конкретным потребностям реальных систем безопасности (SIS) на протяжении всего их жизненного цикла — от оценки рисков и проектирования системы до постоянного обслуживания и модификации.

В сложных и высокорисковых промышленных средах одного лишь соответствия на уровне устройств недостаточно. Только комплексный подход на основе жизненного цикла, охватывающий определение SIF, распределение SIL, проверку и мониторинг производительности, может обеспечить доказуемую безопасность и эксплуатационную надежность.

Понимание того, как эти два стандарта дополняют друг друга, необходимо инженерам, интеграторам и менеджерам по безопасности, стремящимся создать и поддерживать надежные архитектуры SIS. При эффективном совместном применении IEC 61508 и IEC 61511 обеспечивают последовательный, проверяемый путь к снижению рисков, соблюдению нормативных требований и долгосрочной безопасности предприятия.

Ссылки

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 — все, что вам нужно знать

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

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