Safety Matrix: il Tool per il Safety Lifecycle Management

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2 Safety Matrix: il Tool per il Safety Lifecycle Management Questa sessione esamina il contributo che la Safety Matrix può apportare all implementazione delle direttive IEC61511 durante il Safety Life Cyle (Analisis, Realization, Operation). Relatori: Josè Chavarria Siemens SpA Luigi Rivaroli Tecnica Elettronica SpA Page 2

3 SIMATIC PCS 7 Process SAFETY Obiettivi del Safety Engineering Evitare incidenti e danni in caso di guasti ed assicurare la massima sicurezza per Persone Processi Ambiente/Natura Page 3

4 SIMATIC PCS 7 Process SAFETY Concetto di sicurezza per un impianto Disaster protection Disaster protection Collection basin Passive protection Overpressure valve, rupture disc Active protection Safety system (automatic) Safety shutdown Safety Instrumented System (SIS) Plant personnel intervenes Basic automation Process value Process alarm Normal activity Basic Process control system Page 4

5 SIMATIC PCS 7 Process SAFETY Basic process control Basic Process Control System (BPCS) Inputs Outputs PT 1B I / P PROCESS FT Page 5

6 SIMATIC PCS 7 Process SAFETY Safety Instrumented System (SIS) Il sistema strumentato di sicurezza (SIS) comprende tutti i componenti necessari alla realizzazione della funzione strumentata di sicurezza ( SIF) Safety Instrumented System (SIS) Inputs Outputs Basic Process Control System (BPCS) Inputs Outputs PT 1A PT 1B I / P PROCESS FT Page 6

7 SIMATIC PCS 7 Process SAFETY Standard di Sicurezza internazionali IEC61508 IEC serves as the basic standard and basis for safety standardization. It covers all areas where electrical, electronic or PLC systems are used to realize safety-related protection functions. IEC61511 There are sector-specific standards based on IEC 61508, such as IEC for the process industry or IEC for the nuclear industry These sector standards are important for planners and operators of corresponding plants. Page 7

8 SIMATIC PCS 7 Process SAFETY Target Safety Integrity Levels IEC61508 Safety Integrity Level Probability of failure on demand (PFD) per year (Demand mode of operation) Risk Reduction Factor = 1/PFD SIL 4 SIL 3 SIL 2 SIL 1 >=10-5 to <10-4 >=10-4 to <10-3 >=10-3 to <10-2 >=10-2 to < to to to to 100 SIL: Indica il valore della probabilità che un sistema di sicurezza strumentato (SIS) esegua correttamente una funzione di sicurezza strumentale (entro un periodo di tempo prestabilito) Page 8

9 Safety Integrated for Process Automation The fully integrated safety solution IEC61508 Integrated Control & Safety Capability + Safety Lifecycle Tools for Engineering and Operation Cause & Effects Matrix + Integrated EX-IO for Zone 1 + Flexible Modular Redundancy (FMR) Flexible, Scalable, Highly Available Page 9 + SIL capable Instruments + + Integrated Safety Fieldbus Technology PROFIBUS and PROFINET

10 Failsafe ET 200M I/O Overview IEC61508 Two-channel I/O with integrated signal and line test and diagnostics Single-channel, switched, can be redundant Can also be used for standard operation Modules SM 326 DI V DC Features Max. 12 x 2-channel inputs, SIL 3/Cat. 4 or. Max. 24 x 1- channel inputs, SIL 2 SM 326 DO V DC/2A 10 x current sourcing/sourcing outputs, SIL 3/Cat. 4 SM 326 D0 8 PM 8 x current sourcing/sinking outputs, SIL 3/Cat. 4 SM 336 AI 6 13-bit SM 326 DI 8 NAMUR 6 x 2-channel inputs, SIL 3, HART, 0-20ma 4-20 ma 4 x 2-channel inputs, SIL 3/Cat. 4 or 8 x 1-channel inputs, SIL 2 Page 10

11 Decentralized Automation for the Hazardous Area SIMATIC ET 200iSP (SAFETY & Ex ) IEC61508 Failsafe modules for SIMATIC ET 200iSP Features 3 failsafe modules to install directly in Ex-zone 1/21; up to SIL 3, PLe Digital Input Module F-DI8 NAMUR Digital Output Module F DO4, 17,4V DC 40mA Analogue Input Module F-AI4 HART Customer benefits: Reduced installation effort by using ET 200iSP compared to traditional solutions (with Ex barriers) Diagnostics (i.g. line monitoring) to the field sensors and actuators SIL calculation advantages (no Ex barriers) Complete portfolio - failsafe protection in Ex-Zone 1 especially for applications like ESD (Emergency Shut Down), boiler protection (e.g. at biogas plants), fire-extinguishing system or gas / fire detection Page 11

12 SAFETY LIFE CYCLE IEC IEC61511 La normativa esprime due concetti che sono fondamentali per una corretta applicazione: il ciclo di vita ed i livelli di integrità di sicurezza Page 12

13 Safety Matrix: il Tool per il Safety Lifecycle Management SAFETY LIFECYCLE 1. Hazard and risk assessment 2. Allocation of safety functions to protection layers 3. Safety requirements specification 4. Design and engineering of safety-instrumented function 5. Installation and commissioning 6. Operation and Maintenance 7. Modification 8. Decommissioning Page 13

14 Sicurezza integrata: Flessibile e Fault Tolerant = FMR (Flexible Modular Redundancy) IEC61511 Ridondanza Separazione fisica Multi-fault tolerant SLC Tools SIL 3 ESD PSD BMS FGS HIPPS Page 14

15 SIMATIC PCS 7 Process SAFETY Process Safety Cycle IEC61511 Page 15

16 IEC61511 promuove le seguenti procedure IEC61511 La metodologia di progettazione selezionata ed il linguaggio di programmazione (LVL o FPL) dovrebbero possedere caratteristiche che facilitano: a) Modularità e altre caratteristiche che controllano la complessità; se possibile il software dovrebbe essere basato su comprovati moduli software che potrebbero includere librerie di funzioni dell utente e regole ben definite per collegare i moduli software; b) Espressione di funzionalità, flusso di informazioni; requisiti di sequenzialità; operazioni in tempo ristretto definito; autonomia da comportamento indeterminato; assicurazione che i dati interni non sono erroneamente duplicati, tutti i tipi di dati usati sono definiti e azioni appropriate accadono quando un dato è fuori scala o difettoso; ipotesi di progettazione e loro dipendenze. c) comprensione da parte degli sviluppatori e di chi necessita di capire il progetto, sia riguardo la comprensione funzionale dell applicazione che la conoscenza delle restrizioni della tecnologia; d) Verifica e validazione, inclusa la copertura del codice del software applicativo, la copertura funzionale dell applicazione integrata, l interfaccia con il SIS e la configurazione hardware specifica dell applicazione; e) Modifica del software applicativo. Questa caratteristica include modularità, tracciabilità e documentazione. IEC Clause Page 16

17 Cause & Effects Matrix Cause & Effects matrix was originally defined in API RP 14C for documenting safety requirements for offshore platforms Effect = process response Widespread acceptance in the process safety industry for documenting safety requirements Cause = process deviation Intersection defines the relationship between cause and effect Page page /04/2015

18 Safety Matrix Realizzazione e Operazione Strumenti Software disponibili per la Fase di Analisi Analisi di rischi e pericoli, Analisi dello Strato di Protezione, Selezione SIL Rilevamento SRS Verifica SIL Manutenzione e procedure di test SILect SRS Software SILver PHAWorks SIMATIC Safety Matrix per le fasi successive del ciclo di vita Implementa una metodologia a matrice causa-effetto Provato e testato ma ancora unico Safety Matrix é uno strumento PCS 7 Integra i requisiti di ingegneria e documentazione la maggior parte del ciclo di vita di sicurezza Controllo e sicurezza fortemente integrate Page 18

19 Approccio tradizionale Richiede alcune interpretazioni di cause ed effetti nelle LD, FB o CFC Non immediatamente intuitivo anche se strutturato logicamente e ben commentato Richiede ingegnerizzazione su misura (overrides, bypasses, operator graphics, reports) Page 19

20 Approccio alternativo Minima o nessuna interpretazione richiesta Verifica e validazione meno onerosa Relativamente facile da capire I meccanismi per overrides, bypasses, operator graphics, reports sono già inclusi Page 20

21 L Impianto MEMC - Merano(BZ) Production Facility per la produzione di Silicio Policristallino Start Up Impianti Giugno 2010 Page 21

22 Il Silicio Page 22

23 L Impianto Page 23

24 Sala Controllo Page 24

26 Risk Assessment Page 26

28 Allocation of Safety Functions Page 28

29 ALLOCATION OF SAFETY FUNCTION Utilizzo di un SIS (Safety Instrumented System) per ridurre il rischio Page 29

31 SRS (Safety Requirements Specification) Page 31

33 Design and Engineering Page 33

34 Page 34

36 Installation, Commissioning and Validation Page 36

38 Operation & Maintenance Page 38

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40 Operation & Maintenance Minima o nessuna interpretazione richiesta Relativamente facile da capire I meccanismi per overrides, bypasses, operator graphics, reports sono già inclusi No ponticelli a filo su quadro elettrico per gestire anomalie e guasti imprevisti Page 40

42 Modification Page 42

43 Grazie per l attenzione Page 43