sistemas instrumentados de seguridad

1Sistemas Instrumentados de Seguridad

2Schneider Electric - Sistemas Instrumentados de Seguridad

mbito de aplicacin


Ambito de aplicacin Negocios en los que aparezcan inquietudes por parte del cliente tales como:

Quiero asegurar mi proceso con un sistema revisado y aprovado por una entidad de demostrado reconocimiento en sistemas instrumentados de seguridad.

Quiero disear mi sistema de seguridad con la misma simplicidad que el resto de mi instalacin.

No acepto ninguna caida del sistema de control. Asi que necesito un sistema que no slo sea seguro, tambien necesito que sea fiable y demuestre su alta disponibilidad.

Necesito asistencia de tcnicos especialistas en seguridad a lo largo de la implantacin completa del proyecto.

Quiero que mi proveedor de soluciones pueda demostrarme su experiencia con referencias en la gestin de proyectos SIS completos.

Quiero trabajar con partners locales incluso cuando los proyectos sean internacionales.


Qu es un proceso de seguridad?




Qu es un proceso de seguridad? 1. Punto de partida:

No es posible el diseo de un sistema de seguridad intrnsecamente seguro

Los riesgos aparecen all donde existe gestin, manipulacin, proceso o almacanamiento de productos txicos y/o peligrosos.

2. Entendemos el concepto RIESGO como la combinacin de la probabilidad y la severidad de los efectos ante la aparicin de un evento no planificado.

3. Efectos: Prdida de vida o graves heridas Daos e impacto medioambiental Prdida de capital en equipamiento Prdida de producccin Daos en imagen corporativa Cual sera su Gravedad?

Con qu Frecuenciapuede ocurrir?


Qu es un proceso de seguridad? 1. Modo de proceder:

1. Acordar nivel de tolerancia de fallos2. Identificar los peligros3. Realizar analisis de riesgos y peligros evaluando para cada riesgo su

Naturaleza y Severidad. 4. Comprobacin de los niveles de riesgo por debajo de los admisibles. 5. Si el riesgo supera los nuveles tolerables sra necesario adoptar

medidas adicionales de proteccion tales como Safety Instrumented System (SIS) Emergency Shutdown Enclavamientos mecanicos Vlvulas de alivio Diques de contencin


Qu es un proceso de seguridad? Definicion de sistema de seguridad: Un proceso de seguridad es un conjunto de tcnicas de ingeniera y gestin con el objetivo

de prevenir posibles accidentes catastroficos. Particularmente

Explosiones, Deflagraciones e incendios Manipulacin y procesos con productos txicos y derivados. Procesos asociados con el uso de productos qumicos y petroqumicos. Vertidos

Es importante mantener la filosofia de que los incidentes en Procesos de seguridad suelen ser:

Muy baja frecuencia Muy alto impacto.

Por lo tanto es posible que en una planta industrial en la que no ha habido ningn incidente en muchos aos aparezca un fallo y si no hay actuacin a tiempo

Fallo Incidente Accidente Catstrofe

Diseo del sistema en un mbito de estudio del progreso de la tecnologa en un horizonte de muy largo plazo (>5-6 aos)

Definicion por:


Qu es un proceso de seguridad? Todo proceso de seguridad debe tener un resultado positivo a la hora de

evaluar Seguridad Productividad Crecimiento Gestion de riesgos.

Los requerimientos claves de un sistema de seguridad son: Sistema de seguridad fiable que elimine las fuentes de peligro y

minimice los riesgos. Con alta disponibilidad que disminuya al mnimo los tiempos de parada

ante fallos de sistema inesperados Con configuraciones y opciones escalables que pemitan diferentes

niveles de redundancia. Sistemas facilmente integrables para facilitar labores de:

Implementacin Operacin Mantenimiento


Qu es un proceso de seguridad? La SEGURIDAD DE PROCESOS es un segmento con gran potencial de

crecimiento en la automatizacin industrial dirigido por las nuevas tecnologas tales como buses de campo de seguridad junto con el desarrollo de los estndar internacionales de seguridad.

Las nuevas tecnologas de seguridad basadas en PLCs de seguridad o buses de seguridad requieren el uso de componentes electrnicos complejos as como firmware y software certificados.

La revisin de los estndares existentes as como los nuevos en el entorno de IEC 61508 tiene en cuenta el uso de estas nuevas tecnologas en productos y soluciones de seguridad indican las lneas maestras para el calculo de la probabilidad de fallos de los diferentes componentes del sistema global de seguridad.


Functional Safety & Safety Integrity Level (SIL)Sector specific standards for the Process Industry and Machinery

IEC/EN 61508Functional safety of electrical / electronic /

programmable electronic safety-related systems

Proceso

IEC/EN 61511

Maquina

prEN ISO 13849-1IEC/EN 62061

Software

IEC/EN 61508-3

Seguridad de sistemas y equipamiento

EN 954-1Safety related parts of

control systems




The IdealThe IdealMultiple,Multiple,diversediverseSafetySafetyLayersLayers

Initiating EventInitiating Event

HazardousHazardousEventEvent

RealityReality

Initiating EventInitiating Event

Capas de proteccin. Situacin IDEAL vs. Situacin REAL


Capa respuesta de seguridadPlant andEmergency Response

Dike Capa de proteccion pasiva

Relief valve,Rupture disk Capa de proteccion activa

SafetyInstrumentedSystem (SIS)

Capa de seguridadParada de emergencia

Intervencion de operario

Capa control proceso Parada de proceso

Nivel alto de alarma

Qu es un proceso de seguridad? Seguridad en capas de proteccin.

Prevencin

Mitigacin

Valor de proceso Comportamiento normal

BasicProcessControlSystem (BPCS)

Capa control procesoBajo nivel

Alarma de proceso

Nivel de disparo de alarma


Qu es un Sistema Instrumentado de Seguridad?


Qu es un Sistema Instrumentado de Seguridad? Un Sistema Instrumentado de Seguridad es un sistema independiente

compuesto por SENSORES, CONTROLADORES DE LOGICA y ACTUADORES FINALES con el proposito de poner al proceso en una situacion de posicion segura cuando se han violado las condiciones predefinidas en el sistema de partida

Sistema Instrumentado de Seguridad

TRANSDUCTOR ACTUADOR

CONTROLADOR


Qu es un Sistema Instrumentado de Seguridad?

10


Qu es el Nivel de Seguridad Integrada SIL?


Qu es el Nivel de Seguridad Integrada SIL?Debido a la complejidad de los sistemas electronicos programables, en

la practica es complicado determinar el comportameinto de la seguridad en caso de fallo

De tal modo el estandar IEC 61508 con el titulo Functional safety of electrical/electronic/ programmable electronic safety-related systemsaade una serie de aproximaciones considerando la fiabilidad de las funciones de seguridad.

El nivel de segurirdad integrada SIL es la medida que define el estandar IEC61508 atendiendo a la probabilidad de fallo en una funcion o sistema de seguridad.

11


NORMATIVA Y ESTANDAR DE SEGURIDAD


NORMATIVA Y ESTANDAR DE SEGURIDADIEC 61508: Seguridad funcional para sistemas electricos, electronicos

o electronicos programables de seguridad. Estandar internacional que cubre los aspectos a considerar cuando los

sistemas (E/E/PES) son usados para ejecutar funciones de seguridadConteniendo ambos requerimeintos

PREVENCION DE FALLOS: Evitando la aparicion de fallos en el sistema

CONTROL DE FALLOS: asegurando una seguridad en caso de aparicion de fallo.

IEC 61511 Seguridad de procesos en sistemas instrumentados de seguridad de procesos para el sector industrial.

12


NORMATIVA Y ESTANDAR DE SEGURIDAD

IEC 61508Estandar generico de

seguridad para una amplia gama de aplicaciones

Aplica para todos los sistemas de seguridad e instalaciones para reduccion de riesgos.

Originariamente para fabricantes y suministradores de sistemas de seguridad y dispositivos.

IEC 61511Estandar especifico para el

sector Industrial de procesos Aplica ampliamente a todos los

sistemas instrumentados de seguridad.

Originariamente para diseo de sistemas, integradores y usuarios de dispositivos y sistemas de seguridad.

Estas normas han aumentado el interes por la realizacion y actualizacion de los analisis de peligros y riesgos asi como la aplicacion de la certificacion de sistemas instrumentados de seguridad.


IEC 61508

13


IEC 61508Parte 1: Requerimeintos genericos Parte 2: Requerimeintos para sistemas

electricos/electronicos/electronicosa programables de seguridad (E/E/PE)

Parte 3: Software requirements (Software = Firmware & Software)

Parte 4: Definiciones y abreviaturasParte 5: Ejemplos de metodos para la determinacion del grado

del Safety Integrity Levels (SIL)Parte 6: Guias para la aplicacin del IEC 61508-2 y IEC 61508-3 Parte 7: Vision de tecnicas y mediciones.


IEC 61508Functional Safety

Un sistema se define como SEGURO si ante la aparicion de un fallo de unamanera aleatoria, normal y sistematica no se produce un mal funcionamiento del sistema y no provoca afectado, herido o muerto algunoasi como no provoca ningun efecto perjudicial al medioambiente ni perdidade equipamiento de la base instalada.

Funcion de segurdad Funcion que logra o mantienen un estado seguro (p. ej. Emergency

Shutdown) IEC 61508 define:

Requisitos para lograr funcionalidad de seguridad Las funciones de seguridad del sistema deben ser capaces de realizar

diagnosticos y deteccion de fallos asi como reaccionar apropiadamente ante dichos fallos.

Mtodos y procedimientos para el desarrollo y gestin del proceso. Reduciendo las probabilidadesd de aparicion sistematica de fallos en el

sistema.

14


IEC 61508Mas all el estandar tambien define una aproximacion de

todo el ciclo de vida del sistema a realizar en sistemas con funciones de seguridad. Procedimientos usados para el diseo, desarrollo y

validacion de HW y SW. Gestion de seguridad funcional Documentacion Analisis de riesgos y peligros Requerimeintos y conceptos de SEGURIDAD. Evaluaciones de SEGURIDAD FUNCIONAL


IEC 61508 - Evaluaciones

Evaluacion de desarrollo de proceso. Requisitos, diseo, Calidad, test y pruebas (FAT, SAT)

Evaluacion conceptual de Seguridad (Arquitectura del sistema y de los modulos, Diseo de HW, SW y FW)

Evaluacion de Nivel de seguridad Integrada (SIL)

15


IEC 61508La aplicacion del IEC 61508 consiste en:

Transformar las 5 fases del ciclo de vida del proyecto a una aproximacion controlada

Confirmar los 17 pasos que el estandar recomienda seguir en esta fase.

Cada paso: Corresponde a objetivos determinados por el

requerimiento SIL. Conduce a que los documentos en fase de ingenieria

sean generados y gestionados en base a la norma y al estandar.


IEC 61508

16


IEC 61508Safety Integrity: Probabilidad que tiene un sistema

instrumentado de seguridad de ejecutar la funcion de seguridad necesaria y requerida bajo cualquier condicion dada en un periodo determinado de tiempo. Safety Integrity Level (SIL): Nivel discreto de seguridad

integrada requerida a una funcion de seguridad determinada (SIL 1,2,3,4)SIL se deriva de una Evaluacion de RIESGOS

NO es una MEDIDA DEL RIESGO Si no mas bien la FIABILIDAD esperada o prevista de un sistema

o funcin


IEC 61508 El estandar 61508 considera dos modos de operacion

Alta Demanda o modo continuo: Donde la frecuencia de las demandas de operacion realizada en un sistema relacionado con la seguridad es mayor que 1 al ao o mas de 2 veces durante el periodo de prueba. PFH

Baja Demanda: Donde la frecuencia de las demandas deoperacion realizada en un sistema relacionado con la seguridad no es mayor que 1 al ao y no mas de 2 veces durante el periodo de prueba. PFD

17


IEC 61508 Safety integrity

levelSIL

High demand or continuous mode of operation (Probability of a dangerous failure per hour)

PFHd

Low demand mode of operation

(Average probability of failure to perform its design function on demand)PFDaverage

4 >= 10-9 to < 10-8 >= 10-5 to < 10-4

3 >= 10-8 to < 10-7 >= 10-4 to < 10-3

2 >= 10-7 to < 10-6 >= 10-3 to < 10-2

1 >= 10-6 to < 10-5 >= 10-2 to < 10-1

SIL 4

SIL 3

SIL 2

SIL 1

Protection of environment & community

Human protection

Protection of ownership and manufacturing. Human protection

Protection of plants

PFD = 10-4

PFH = 10-8

PFD = 10-3

PFH = 10-7

PFD = 10-2

PFH = 10-6

PFD = 10-1

PFH = 10-5

PFD: Probability of Failure on DemandPFH: Probability of Failure per Hour


IEC 61508 Tolerancia HW a Fallos

HFT: Hardware Fault Tolerant

HFT= 0: 1oo1, Una via de parada, Una via de deteccin conduce a una to ESD 90 % < SFF

18


IEC 61508La SEGURIDAD se logra por REDUCCIN DEL RIESGO (en aquellos

peligros que no pueden ser totalmente evitados)Los riesgos residuales son los que se mantienen an cuando las

medidas de seguridad han sido tomadas y ejecutadas.Las medidas de proteccion sobre los sistemas de seguridad E/E/PE

contribuyen a la reduccin del riesgo

Incremento del riesgo

Reduccion de riesgo alcanzado por todos los instrumentos relacionados con seguridady servicios externos de reduccion de riesgos

Riesgo practico cubierto por otras

tecnologias

Riesgo practico cubierto por los

sistemas de seguridad E/E/PE

Riego practico cubierto por

instalaciones externas

Reduccion de riesgo necesaria

Reduccion de riesgo actual

Riesgo Residual

Riesgo Tolerable

Riesgo del EUC

EUC = Equipment Under ControlE/E/PE = Electrical/Electronic/Programmable Electronic

No existe regla Universal para Riesgo Tolerable.

Varia segun cliente y sistema


Functional Safety & Safety Integrity Level (SIL)Risk graph of IEC 61508-5 a, b, c, d, e, f, g, h respresentan la

reduccion minima del riesgo necesariaLa relacion entre la reduccion minima del riesgo necesaria y el nivel de seguridad integrada se muestra en la siguiente tabla.

a

bc

de

fgh

a

bc

de

fg

-

a

bc

de

f

-

-

W3 W2 W1

P1P2P1

P1P2

F1

F2

F1

F2

C1

C2

C3C4

Starting pointfor risk reduction

estimation

C = Consequence risk parameter

F = Frequency and exposure time riskparameter

P = Probability of avoiding hazard riskparameter

W = Probability of unwantedoccurrence

a,b,c ... h = Estimates of the required riskreduction for the SRSs

Necessaryminimum risk

reductionSafety integrity level

- No safety requirements

aNo special safety

requirementsb, c 1d 2

e, f 3g 4

h An E/E/EP SRS is notsufficient

E/E/EP = electrical / electronic / programmable electronic systemsSRS = Safety Related Systems

19


IEC 61508Risk parameter Classification Comments Consequence (C) C1

C2

C3

C4

Minor injury

Serious permanent injury to one or more persons; death to one person

Death to several people

Very many people killed

1 The classification system has been developed to deal with injury and death to people. Other classification schemes would need to be developed for environmental or material damage.

2 For the interpretation of C1, C2, C3 and C4, the consequences of the accident and normal healing shall be taken into account.

Frequency of, and exposure time in, the hazardous zone (F)

F1

F2

Rare to more often exposure in the hazardous zone

Frequent to permanent exposure in the hazardous zone

3 See comment 1 above.

Possibility of avoiding the hazardous event (P)

P1

P2

Possible under certain conditions

Almost impossible

4 This parameter takes into account:

operation of a process (supervised (ie operated by skilled or unskilled persons) or unsupervised);

rate of development of the hazardous event (for example suddenly, quickly or slowly); ease of recognition of danger (for example seen immediately, detected by technical

measures or detected without technical measures); avoidance of hazardous event (for example escape routes possible, not possible or

possible under certain conditions); actual safety experience (such experience may exist with an identical EUC or a similar

EUC or may not exist). Probability of the unwanted occurrence (W)

W1

W2

W3

A very slight probability that the unwanted occurrences will come to pass and only a few unwanted occurrences are likely

A slight probability that the unwanted occurrences will come to pass and few unwanted occurrences are likely

A relatively high probability that the unwanted occurrences will come to pass and frequent unwanted occurrences are likely

5 The purpose of the W factor is to estimate the frequency of the unwanted occurrence taking place without the addition of any safety-related systems (E/E/PE or other technology) but including any external risk reduction facilities.

6 If little or no experience exists of the EUC, or the EUC control system, or of a similar EUC and EUC control system, the estimation of the W factor may be made by calculation. In such an event a worst case prediction shall be made.


Analisis Lazo de seguridad

Ejemplo de analisis de seguridad y calculo de grado SIL de un lazo de control

20


Anlisis de un lazo de seguridad


Anlisis de un lazo de seguridad

21


Responsabilidades Entendemos que:

Cliente: Sea el Reponsable de adoptar las medidas de seguridad necesarias asi como de evaluar cada uno de los riesgo y peligros para cada funcion de seguridad.

Proveedor de solucin: Sea el reponsable del diseo, comisionado, programacin segun indicaciones aportadas por el cliente del sistema SIS.

Proveedor de Material: Se el reponsable de la seleccion del material necesario ante la solucitud del cliente/proveedor.


Ciclos de vida de un sistema de seguridad

22


Ciclos de vida de un sistema de seguridad


Oferta Schneider Electric

23




Oferta Schneider Electric140SDI95300S

24


Oferta Schneider Electric140SDO95300S


Oferta Schneider Electric140SAI94000S

25


PLC de seguridad PLC de control

Lazo de Proceso

Sensor

Actuador

Lazo de Seguridad (SIL 2 o 3)



Dos procesadores evalan el cdigo para asegurar la integridad del proceso.


26


Sensor

DI DO

Quantum High End PLC

Local drop

Remote drops

651 60 S

Arquitectura estndar: Asegurar las paradas de emergencia (ESD) para

lazos de seguridad crticos a graves de cableado directo de E/S.

Diagnstico interno a nivel de E/SDiagnstico interno a nivel de CPU.

Actuator



671 60 S 671 60 S

Alta disponibilidad: Arquitecturas Hot Standby Incremento de la disponibilidad del sistema. Redundancia en procesadores.

HSBY link

Alta disponibilidad CPU

NOE: communication moduleDI, DO, AI: IO modulesPS: Power Supply

ActuatorSensor


DI DO


27


DI DO

DI DO

Software

High availability IOin different RIO

Sensor 1

Sensor 2

651 60 S

Alta disponibilidad: Redundancia en E/Ss

ActuatorQuantum High End PLC



SoftwareVoter

HSBY link

High availability CPUand IO

Sensor 1

671 60 S 671 60 S

Sensor 2

Actuator

DI

DI

DO

DO


Alta disponibilidad: Redundancia en E/S y CPUs.


28


Arquitecturas de control


AlarmSteamFeed Stock Refining

Ethernet / Modbus Plus

SAFETY

Arquitecturas mixtas

El PLC de seguridad puede coexistir en la misma sistema de automatizacin no seguro de la planta


29


Alarm SteamFeed Stock Refining

Ethernet / Modbus Plus

SAFETY

Adquisicin de datos Segura



Arquitecturas Standalone y HotStandBy


30


Oferta Schneider ElectricArquitecturas Remoted Input Output (RIO)

Cable Coaxial Fibra ptica


Referencias en sistemas de seguridad

31


Growing Safety Installation Worldwide

Egypt 2Algeria 4MEast 10

Canada 6USA 3Mexico 6Argentina 1

Asia 6Australia 2

Europe 26Russia 2China 6


sistemas instrumentados de seguridad

Documents