IEC IEC Der global akzeptierte Standard für funktionale Sicherheit in der Prozessindustrie. Rainer Faller exida.com GmbH.

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Julia Schulz
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1 IEC IEC Der global akzeptierte Standard für funktionale Sicherheit in der Prozessindustrie Rainer Faller exida.com GmbH Folie 1

2 exida exida wurde von einer Gruppe von Sicherheitsexperten weltweit gegründet, mit mehr als 200 Jahre Erfahrung in funktionaler Sicherheit. Experten aus der Entwicklung von Automatisierungssystemen, der chemischen Industrie sowie TÜV exida unterstützt Emerson bei der Entwicklung sicherheitsgerichteter Automatisierungseinrichtungen und Engineering Verfahren. exida unterstützt Endanwender bei Risikoanalyse und Auslegung der Sicherheitsinstrumentierung Folie 2

Experten aus der Entwicklung von Automatisierungssystemen, der chemischen Industrie sowie TÜV exida unterstützt

3 Sicherheitsüberblick Was bedeuten SIS und SIF? Was sind Probleme der Anwender? Lösung: IEC SIL-Design Prozess Folie 3

4 Unterschied PLS SIS Ein Prozessleitsystem bearbeitet dynamische Signale; zur Regelung werden die Ausgänge ständig angepasst. Ein Sicherheitsystem (SIS) ist typischerweise passiv. Es greift nur dann ein, wenn ein gefährlicher Zustand festgestellt wird. BPCS = DCS = PLS = SIS = SSPS + Feldgeräte Passiv = Selbsttesten Folie 4

Ein Sicherheitsystem (SIS) ist typischerweise passiv.

5 Sicherheitsfunktion (SIF) Bringt den Prozess in einen sicheren Zustand, wenn definierte Bedingungen verletzt werden (ESD). Gestattet den nächsten Prozessschritt, wenn spezifizierte Bedingungen dies erlauben (SRS, BMS). Ergreift Maßnahmen zur Minderung der Auswirkungen einer Gefahr (F&G). SSPS Sensor Stellantrieb ESD - ESS - SRS - SSD - Emergency Shutdown Device Emergency Shutdown System Safety Related System Safety Shutdown Systems SSPS - Speicherprogrammierbare SicherheitsSteuerung BMS - F&G - Burner Management System Fire & Gas System Folie 5

Ergreift Maßnahmen zur Minderung der Auswirkungen einer Gefahr (F&G).

6 Wo steht das alles? IEC 61508: Grundlegender internationaler Sicherheitsstandard für alle Branchen (betrifft Lieferanten) IEC61513 : Nuklearindustrie Für Anwender reicht IEC Teil 1 IEC62061 : Maschinenbauindustrie IEC61511 / ISA S84: Prozessindustrie Folie 6

alle Branchen (betrifft Lieferanten) IEC61513 : Nuklearindustrie

7 IEC Standard Zielt auf Anwender und Engineering in der Prozessindustrie Sicherheitsnachweis über den gesamten Lebenszyklus Risikoanalyse Ausfallwahrscheinlichkeiten (PFD) orientiertes Design soll schwache Systemteile im Design vermeiden, die viel kosten, aber wenig bieten Betrieb und Wartung Weltweit konsistentes Design 3 Kapitel Anforderungen Richtlinien SIL-Selektion Folie 7

(PFD) orientiertes Design soll schwache Systemteile im Design vermeiden, die viel kosten, aber

8 IEC / Mutter + Tochter Folie 8

9 Deutsches Sicherheitskonzept übernommen Anlagen und Notfall Reaktion Notfall-Reaktionsebene x x Mindern Auffangbecken Passive Schutzebene Ablassventil, Feuer & Gas Aktive Schutzebene Verhindern Sicherheits- System Bediener- Eingriff Shut Down Prozessalarm Sicherheitsebene Überwachungsebene Prozess Leitsystem Prozess wert Normales Verhalten Prozess-Regelebene Folie 9

Verhindern Sicherheits- System Bediener- Eingriff Shut Down Prozessalarm Sicherheitsebene

10 Risiko-Reduktions-MassReduktions-Mass RRF (Risiko-Reduktionsfaktor = 1/PFD avg ) PFD avg (Durschschnittliche Wahrscheinlichkeit eines Ausfall im Anforderungsfall) SIL (Sicherheits- Integritäts-Level) bis bis bis 10 >=10-4 bis <10-3 >=10-3 bis <10-2 >=10-2 bis < Ein SIL 3-System gibt es nicht SIL bezieht sich nur auf bestimmte Sicherheitsfunktionen (SIF) mit einer spezifischen Konsequenz und Wahrscheinlichkeit. Folie 10

bis 100 100 bis 10 >=10-4 bis <10-3 >=10-3 bis <10-2 >=10-2 bis <10-1 3 2 1 Ein SIL 3-System gibt es nicht SIL

11 Sicherheits-Überblick Was ist SIS und SIF? Was sind Probleme der Anwender? Lösung: IEC SIL-Design Prozess Folie 11

12 Die Welt verändert sich Größere Vorkommnisse haben das Bewusstsein für den Bedarf an nachgewiesener Sicherheit geschärft Weltweit steigender behördlicher Druck, HSE, OSHA, etc. heizen das Thema an IEC wird von einigen Regulierungsbehörden forciert Aufrüstung bestehender Sicherheitseinrichtungen Die Veröffentlichung internationaler Standards (IEC) fördert die Erweiterung von SSPS zu SIS inkl. Feldgeräte Viele Anwender benutzen den Standard als Grund für ein Upgrade Viele Anwender wollen die Vorteile der neuen Technologie nutzen Ständiges Streben nach Kostenreduzierung Verlängerte Betriebszeiten Integrierte Systeme versprechen Kostenvorteile für Sicherheit Folie 12

heizen das Thema an IEC 61511 wird von einigen Regulierungsbehörden forciert Aufrüstung bestehender Sicherheitseinrichtungen Die Veröffentlichung internationaler

13 Wichtige Anwenderthemen bezüglich Sicherheit Maximale verfügbare Produktionszeit Wiederkehrende Prüfungen sind personalintensiv und können Betriebsunterbrechungen verursachen Übersensible Diagnose kann falsche Abschaltungen verursachen Einfache und sichere SIS Integration in die gesamte Anlagen-Automatisierung Eine Konfigurationsumgebung für Steuerung, Sicherheit, Alarm Niedrigere Schulungs- und Wartungskosten Internationale Unternehmen wünschen standardisierte Lösungen Grösseres Vertrauen, dass der Integrator SICHERHEIT liefert Schnellere Reparatur Folie 13

gesamte Anlagen-Automatisierung Eine Konfigurationsumgebung für Steuerung, Sicherheit, Alarm Niedrigere Schulungs- und Wartungskosten

14 Sicherheitsüberblick Was ist SIS und SIF? Was sind Probleme der Anwender? Lösung: IEC SIL- Design Prozess Folie 14

15 Was haben wir erreicht? 80s 90s 2000 Standards DIN V DIN V VDE 0801 IEC IEC IEC Produkte SSPS Sicherheitsfeldbus Sicherheitsgerichtete Feldgeräte Verteilte Sicherheit PLS - SSPS integriert Services -- Safety Services SIL Engineering Folie 15

61511 IEC 62061 Produkte SSPS Sicherheitsfeldbus

16 IEC Design-Prozess User Engineering Vendor USA: LOPA: Layer of Protection Analysis UK: ALARP oder kalibirierter Risikograph Geringe Akzeptanz für qualitativen Risikograph D: Qualitativer Risikograph Sicherheits-Manual Gefahrenu. Risiko Analyse Sicherheits Anforderungs- Spezifikation Typische Sicherheits- Kreise Availability Safety OREDA Handbuch exida SILver + Handbuch ISBN SIL Verifizierung Folie 16

17 Einsparungen durch Sicherheits-Design Prozess Raffinerie: Wasserstoff-Produktionseinheit 47% Quelle 49% 4% 49%: Sicherheitsfunktionen waren überentwickelt 4%: Sicherheitsfunktionen waren unterentwickelt (unsicher) 47%: Keine Veränderung Folie 17

Sicherheitsfunktionen waren überentwickelt 4%:

18 Unterschiede in Sicherheitsinstrumentierung SIL1 10% SIL2 4% SIL3 2% Quelle I/O by SIL Chemical industry BPCS 84% SIL2 7% SIL3 1% SIL1 19% I/O by SIL Refining & Petrochemical BPCS 73% Folie 18

19 Sicherheitsanforderungs- Spezifikation Input: Gefahrenanalyse, Betrieb, Normen Anwender User Funktionale Anforderungen - Sicherheitsfunktionen Cause & Effect, Abschaltpunkte, Sicherer Zustand - Inputs / Outputs - Reaktionszeit, Sicherheitszeit - Betrieb: Manueller Notaus, Override, Reset Sicherheits-Integritäts-Anforderungen - SIL - Erforderliche Diagnose (Redundanz, Safe Failure Fraction) - Wiederkehrende Prüfungen Vorgehen und Prüfintervalle Allgemeine Anforderungen Engineering Folie 19

- Betrieb: Manueller Notaus, Override, Reset Sicherheits-Integritäts-Anforderungen - SIL - Erforderliche Diagnose

20 Sicherheitsanforderungs- Spezifikation Anwender Engineering Referenz: Erforderliche SIL: 2 Test-Intervall: Reaktionszeit: ID: SIF-001 Funktion: PID Jahre 3 sec Aktivierungsmethode: De-energie-to-trip (s. G.R. 1) Flammenüberwachung schliesst Gas-Absperrventil Manueller Reset: Erforderlich (s. G.R. 7) Sicherer Zustand: Störabschaltung Anf.: s. G.R. 3 Diagnose: HFT=0, SFF >= 90% Manueller Shutdown: HS-001 (s. G.R. 8) Gesetzliche Anf.: EN 298 Logik: Siehe Cause & Effect Gasfluß zu Heizung RH-01 und RH-02 wird gestoppt. Das Qualitätsmaß für ein Dokument ist nicht die Zahl der Seiten und Richtlinien, sondern wie präzise, schnell und klar alle erforderlichen Informationen dem Leser zugänglich gemacht werden. Benutzen Sie Tabellen und Bilder! Folie 20

G.R. 8) Gesetzliche Anf.: EN 298 Logik: Siehe Cause & Effect Gasfluß zu Heizung RH-01 und RH-02 wird gestoppt.

21 SIL - Verifizierung Herstellerberichte dokumentieren Sicherheitseigenschaften λ Engineering Klassifizierte Ausfallraten λ du, λ dd, λ su, λ sd Hersteller HFT Hardware-Fehlertoleranz (Redundanz) SFF, DC Safe Failure Fraction und Diagnostic Coverage Fehleraufdeckungszeit SIL SIL-Tauglichkeit Low / High Demand Mode of Operation Wiederkehrende Prüfung Vorgehen und mögliche Zeiträume Folie 21

22 ACHTUNG Zertifikate + Auflagen Engineering Die meisten Produkte sind mit Auflagen zertifiziert. Auflagen zeigen meist, wann ein Produkt nicht mit Anforderungen der IEC übereinstimmt. Die Auflagen sind im Sicherheitshandbuch gelistet und müssen befolgt werden. Der Anwender muss alle Auflagen umsetzen Folie 22

23 SIL-Verifizierung Anwender berechnet Performance der Sicherheitsfunktion PFD AVG SIL SIL MTTF S Durchschnittliche Wahrscheinlichkeit eines Failure Ausfalls im Anforderungsfall (Sensor, Rechner, Stellglieder, und gesamt) SIL basierend auf PFD AVG SIL basierend auf Architekturanforderungen von IEC und IEC Mean Time To Fail Spurious Proof Test Wiederkehrende Prüfung exida Tool SILver Anwender Engineering SILver steht für SIL Verifizierung nach IEC61508 / Folie 23

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