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Cómo mejorar la fiabilidad en los sistemas de automatización de seguridad SIS en la industria de proceso aplicando soluciones software
Manuel Járrega Domínguez
Innovation and Digital Cluster Leader
South & Est Europe & North East Africa Cluster - Process Automation Schneider Electric Systems
1. INTRODUCCIÓN
Un SIS (sistema instrumentado de seguridad) es un sistema que comprende sensores, sistemas de control de seguridad y actuadores con el fin de llevar un proceso a un estado seguro cuando se superan los puntos de ajuste predeterminados normales, o se violan las condiciones de funcionamiento. Estos sistemas son habituales y críticos en aplicaciones en los segmentos de Oil & Gas y Químicos. Los SIS también se denominan sistemas de parada de emergencia (ESD), sistemas de apagado de seguridad (SSD) y sistemas de enclavamiento de seguridad. Aunque tales sistemas pueden contener neumática, este artículo se enfoca en los más comunes eléctricos, electrónicos o sistemas electrónicos programables.
La normativa IEC 61155 fue promulgada por primera vez en 2003. Esta norma ha sido durante mucho tiempo el estándar del sector de procesos para las buenas prácticas de ingeniería en sistemas SIS. Una segunda edición, basada en 13 años de evolución y experiencia en aplicaciones, se lanzó en 2016.
Un SIS requiere que los operadores mantengan un nivel específico de reducción de riesgo durante toda la vida útil de la planta. Por lo tanto, debe supervisarse y gestionarse de acuerdo con las normas de seguridad ciclo de vida - como se define en la Cláusula 16 de la norma IEC 61511.
El requisito de recopilar, analizar, informar y registrar el desempeño del SIS está claramente indicado en la norma. Este trabajo a menudo implica un esfuerzo significativo en mano de obra y administración de información, lo que puede suponer una presión para las organizaciones con recursos limitados. También puede generar incertidumbre dentro de la empresa sobre de quién es la tarea y responsabilidad al realizar algunas o todas estas tareas. Esto debe estar claramente definido en el Plan de Mantenimiento del SIS.
La implementación de la norma 61511 en su revisión 2 ha elevado los requisitos de Implementación, Operación y Mantenimiento de los sistemas SIS. El beneficio es claro para la seguridad de las plantas de proceso y por ello es clave su implementación en las empresas. Obviamente ello es un reto para todos los equipos y empresas que intervienen desde la fase de Diseño al de Operación y Mantenimiento del SIS. Es por ello que es necesaria la aplicación de una serie de soluciones software que faciliten la gestión a los departamentos de O&M para cumplir los requisitos de la norma.
2. IEC 61511 REV 2
La nueva edición contiene diferencias significativas a lo largo del ciclo de vida. Muchos elementos que previamente designados como "informativos" - cosas que debería hacer
- han sido cambiado a "normativo": cosas que debe hacer para seguir cumpliendo. Solo diseñando e implementando un sistema de seguridad de acuerdo con la norma, y manteniendo pruebas periódicas en los dispositivos SIS ya no es suficientes para cumplir con IEC 61511 y mejores prácticas.
IEC 61511 Safety Life Cycle
Las Safety Instrumented Functions (SIF) pueden considerarse como "bucles" de seguridad automatizados siendo ejecutado por el Safety Instrumented System (SIS) para:
- Responder a un peligro específico y definido.
- Implementar una acción específica
- Poner el equipo bajo control o en estado seguro
- Proporcionar un grado específico de reducción de riesgos.
Un SIF requiere que los operadores mantengan este nivel específico de reducción de riesgo durante toda la vida útil de la planta. Por lo tanto, debe supervisarse y gestionarse de acuerdo con las normas de seguridad ciclo de vida - como se define en la Cláusula 16 de la norma IEC 61511.
Los objetivos de los requisitos de IEC61511 Edición 2 Cláusula 16 son garantizar que:
- El SIL requerido de cada SIF se mantiene durante la operación y el mantenimiento.
- El SIS es operado y mantenido de una manera que sostiene la requerida integridad de seguridad.
Para lograr los objetivos anteriores, los parámetros clave de rendimiento del SIF que afectan al SIL del SIF deben ser monitoreados y validados contra los supuestos de diseño originales de ese SIF. Éstos incluyen:
- Tasa de demanda SIF frente a premisas de diseño en SRS
- Período de prueba de la función SIF frente al período de prueba de diseño establecido en SRS
- Test de prueba del componente SIF (dispositivo SIS) frente al intervalo de test de prueba establecido en SRS
- Tiempo del componente SIF (dispositivo SIS) en bypass frente al tiempo permitido en bypass como se especifica en el SRS
- Tiempo SIF en bypass frente al tiempo permitido en bypass según lo especificado en el SRS
Sin seguimiento y gestión de lo anterior, los objetivos de los requisitos de la Cláusula 16 puede que no se logren, y además no serán demostrables en auditorías.
3. PLANIFICACIÓN
16.2.1 Se debe realizar la planificación de operación y mantenimiento del SIS teniendo en cuenta:
- Actividades operativas de rutina y anormales.
- Actividades de inspección, test de prueba, mantenimiento preventivo y de averías.
- Procedimientos, medidas y técnicas que se utilizarán para la operación y Mantenimiento.
- La respuesta operativa a defectos y defectos identificados en los diagnósticos, inspecciones o en las pruebas de verificación (proof-tests).
- Verificación de la conformidad con los procedimientos de operación y mantenimiento;
- Cuándo se llevarán a cabo estas actividades;
- Las personas, departamentos y organizaciones responsables de estas actividades;
- Un plan de mantenimiento para el SIS.
Un plan de mantenimiento específico para el SIS debe tratar el mismo como un todo e incluir todos los elementos, de "tubería a tubería". Ya no es aceptable simplemente seguir el mantenimiento del fabricante (procedimiento para elementos individuales del SIS) y decir que ya cumplimos con la norma. El plan debe estar diseñado para mantener el sistema para cumplir con los objetivos establecidos en la Cláusula 16.1.
4. PROCEDIMIENTOS
16.2.2 Los procedimientos de operación y mantenimiento deben desarrollarse de acuerdo con la planificación de seguridad pertinente y proporcionará:
a) La información necesaria para mantener un SIS en defecto y los KPIs de prestación demandados al mismo.
b) Procedimientos para la recopilación de datos relacionados con los KPIs de prestación y los parámetros de confiabilidad del SIS.
c) La información a recopilar incluyendo los resultados de las auditorías y tests en el SIS.
d) Los procedimientos de mantenimiento que deben seguirse cuando se producen averías en el SIS, que incluyen:
- Procedimientos para diagnóstico y reparación de defectos;
- Procedimientos de revalidación;
- Requisitos de los informes de mantenimiento;
- Procedimientos para vigilar el desempeño del mantenimiento.
El plan de mantenimiento del SIS debe completarse con procedimientos específicos, algunos de los cuales requieren que se recopile de forma regular y sistemática datos de rendimiento del mismo, que puede que no se hayan recolectado o grabado previamente.
5. FORMACIÓN Y COMPETENCIA
16.2.6 Los operadores deben estar capacitados sobre la función y operación del SIS en su área.
16.2.8 El personal de mantenimiento debe recibir la formación necesaria para mantener el funcionamiento y rendimiento del SIS (hardware y software) para cumplir con el SIL objetivo de cada SIF.
El personal de operaciones y mantenimiento debe recibir formación específica sobre los sistemas de seguridad y cómo mantenerlos durante la vida útil de la planta. Aparte del inicial esfuerzo de formación requerido, el cumplimiento de estas cláusulas exigirá el establecimiento de un programa de competencias de capacitación, matriz de competencias y revisión periódica de las mismas en caso de cambio de personal.
6. MONITORIZACIÓN, ANÁLISIS Y VALIDACIÓN DEL SIS
16.2.9 Discrepancias entre el comportamiento esperado y el comportamiento real del SIS se analizarán y, en caso necesario, se realizarán modificaciones de modo que se mantenga la seguridad. Esto incluirá el seguimiento de:
- Los KPIs de prestación en cada SIF.
- Las acciones tomadas después de una acción en el sistema.
- Los defectos y modos de falla de los equipos que forman parte del SIS, incluyendo aquellos identificados durante la operación normal, inspección, prueba o demanda en un SIF.
- La causa de las acciones del sistema.
- La causa y frecuencia de disparos espurios.
- El fallo de los equipos que forman parte de las medidas de compensación.
El requisito de recopilar, analizar, informar y registrar el desempeño del SIS está claramente indicado en la norma. Este trabajo a menudo implica un esfuerzo significativo en mano de obra y administración de información, lo que puede suponer una presión para las organizaciones con recursos limitados. También puede generar incertidumbre dentro de la empresa sobre de quién es la tarea y responsabilidad al realizar algunas o todas estas tareas. Esto debe estar claramente definido en el Plan de Mantenimiento del SIS.
7. LA SOLUCIÓN: LA APLICACIÓN DE SOFTWARE ESPECIALIZADOS
Los estándares detallan casi todo lo necesario para que las instalaciones sean seguras. El cumplimiento de Los estándares deben ser parte del deber de seguridad desde el nivel de dirección. El fracaso de una auditoría puede afectar potencialmente la licencia / autorización de la planta para operar. Es fundamental obtener las partidas presupuestarias para el cumplimiento de las normas, mostrando cómo el cumplimiento afecta a todo. Si la alta dirección elige no aprobar una partida presupuestaria determinada, se debe dar la referencia de cumplimiento asociada con ese artículo y riesgo inherente.
Por ejemplo, las normas internacionales de seguridad IEC 61508/61511 requieren que los operadores validen y demuestren que un diseño original de función instrumentada de seguridad (SIF) proporciona reducción de riesgos y protección para su funcionamiento. Es necesario poseer evidencia documentada de esto. El efecto es primordial para mantener el cumplimiento y la disponibilidad de la planta, tanto internamente como (en algunos casos) legalmente a los ojos del regulador.
Las ofertas de software más recientes, como Safety Advisor de Schneider Electric, proporcionan seguimiento, validación y documentación de modo continuo de todos los aspectos del desempeño del SIF para la vida de la planta. El seguimiento automático de los indicadores clave de rendimiento (KPI) de SIF y SIS y las métricas del dispositivo pueden reducir los esfuerzos manuales hasta en un 90%. Durante la vida operativa de un activo, esto podría representar ahorros muy elevados.
Esta funcionalidad también reduce la presión sobre el operador para mantener registros y esfuerzo de documentación, liberando valiosos recursos para concentrarse en la producción.
Como se ha podido ver, el cumplimiento de la norma IEC 61511 rev 2 tiene un impacto necesario en las tareas de mantenimiento. Es por ello que diversos fabricantes han lanzado al mercado soluciones software específicas que auditan y hacen el seguimiento de los sistemas SIS.
Estas soluciones software están diseñadas para:
- Identificar eventos de seguridad como activación del SIF, anulaciones e inhibiciones
- Comparar el desempeño del sistema de seguridad con las expectativas de diseño
- Proporcionar a las partes interesadas clave, como auditores, reguladores, autoridades técnicas información precisa cuando sea necesario
También proporcionan un entorno consolidado para que los usuarios evalúen los datos monitorizados dentro del contexto de los parámetros de diseño de SIF, lo que permite a los usuarios obtener visibilidad en tiempo real del desempeño de SIF. Con ello los auditores podrán seguir cómo los componentes SIF y los dispositivos de campo se han gestionado dentro del contexto de seguridad funcional. Estas soluciones también funcionan como herramienta de :
- Seguimiento de la actividad del SIS.
- Análisis de eventos de actividad
- Evaluación del desempeño del SIS.
Entre otras cosas con estas herramientas Software podremos hacer el seguimiento de la “Compliance” de los elementos del SIS
Ejemplo de informe de un Safety Advisor de Schneider Electric.
También se puede tener un seguimiento de los by-pass que están excediendo el tiempo permitido de uso.
Ejemplo de Grafico de un Safety Advisor de Schneider Electric.
O nos pueden ofrecer un Report detallado de Disparo:
Ejemplo de Report Trip de Safety Advisor de Schneider Electric
8. CONCLUSIÓN
La implementación de la norma 61511 en su revisión 2 ha elevado los requisitos de Implementación, Operación y Mantenimiento de los sistemas SIS. El beneficio es claro para la seguridad de las plantas de proceso y por ello es clave su implementación en las empresas. Otro reto no menos importante es atestiguar el buen funcionamiento de los sistemas de seguridad delante de auditorías y aseguradoras. Obviamente ello es un reto para todos los equipos y empresas que intervienen desde la fase de Diseño al de Operación y Mantenimiento del SIS. Sin embargo, existen una serie de soluciones software que facilitan la gestión a los departamentos de O&M para cumplir los requisitos de la norma y por tanto son claves para aumentar la seguridad de nuestras plantas de proceso y mostrar que se tiene una perfecta trazabilidad del sistema delante de auditorías y aseguradoras.
Muchas grandes empresas a nivel mundial ya han implantado estas soluciones software y por tanto es una tecnología perfectamente establecida y funcional, siendo muy apreciada no sólo por las propias empresas, sino también por auditores y empresas aseguradoras.
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