Seguridad | Mantenimiento

Seguridad y Automatización en la Industria 4.0

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Imagen del artículo Seguridad y Automatización en la Industria 4.0

Manuel Járrega Domínguez

South & Est Europe & North Africa Cluster Tendering Director- Process Automation Schneider Electric Systems

INTRODUCCIÓN

La seguridad funcional ha evolucionado durante los últimos treinta años o más, desde el desastre de Piper Alpha en el Mar del Norte en 1982. Tras este accidente, el Ejecutivo de Salud y Seguridad del Reino Unido emitió directrices en aplicaciones de sistemas de seguridad, además de la DIN V VDE 0801. Otras normativas fueron apareciendo posteriormente:

  • La norma sobre Seguridad funcional para equipos de automatización fue emitida en 1990.
  • Directrices para la automatización segura de procesos químicos, 1993 (EE.UU.)
  • ANSI / ISA84.01, Aplicación de sistemas instrumentados de seguridad para las industrias de procesos, 1996;
  • IEC 61508; Seguridad funcional: sistemas relacionados con la seguridad, 1998/2000.

Ciertamente, los altos directivos de la industria generalmente desean asegurar una operación segura en sus plantas. Pero a menudo ven las especificaciones de seguridad como complementos, impulsados por los requisitos de las leyes, regulaciones, y las partes de aplicación de los programas de cumplimiento. Pueden ver la seguridad como solo un costo de hacer negocios, no una forma de generar ingresos; solo una forma de gastarlos. Así que cuando los tiempos son escasos y los mercados se ralentizan, hay un tira y afloja entre la producción (ingresos) y seguridad (gastos). Si la dirección debe recortar gastos, la seguridad puede estar entre los primeros programas que pueden sentir el impacto.

Sin embargo, la seguridad no se trata solo de prevenir lesiones. Es una reducción de paradas de producción programada, y una filosofía que asegura que las empresas se preocupan por su activo más importante: su gente. Los programas de seguridad están diseñados para garantizar que las personas permanezcan seguras, y que la producción no se interrumpa. Es el clásico ganar-ganar. La seguridad mantiene el dinero en efectivo en curso: tanto para el empleado como para la empresa.

Tomar atajos en seguridad puede resultar (al menos temporalmente) en costos más bajos, pero ninguna empresa ha aumentado los ingresos mediante la reducción de la seguridad. Ninguna empresa ha tenido un retorno continuo de la inversión mediante la reducción del OPEX. Para ayudar a mantener el costo de la seguridad al mínimo, la industria de procesos ha desarrollado estándares que facilitan el intercambio de las mejores prácticas.

Durante las últimas 3 décadas, las lecciones aprendidas se han recopilado en una serie de estándares que culminan en el lanzamiento del primer borrador de IEC61508 en 1998, seguido de un lanzamiento completo en 2000 y revisión posterior en 2010. Esta norma, aunque dirigida a los fabricantes de productos, se convirtió en el "paraguas" o estándar de seguridad “básico” para la industria. Esto fue seguido por el lanzamiento de IEC61511 en 2003, que fue dirigido a las industrias de procesos y que está estrechamente alineado con ANSI / ISA84.01. La IEC61511 se conoce como el estándar de "sector" de la industria de procesos. La importante diferencia entre

IEC61508 e IEC61511 es que está “Basada en el desempeño” y no “basado en prescripciones”. La diferencia entre un estándar basado en el desempeño es que se basa en "Mejores prácticas" o "Buenas prácticas de ingeniería reconocidas y generalmente aceptadas"

La ventaja de un estándar basado en el rendimiento es que permite a los usuarios seguir el ritmo de la tecnología y utilizar mejoras de la misma para facilitar una implementación rentable del diseño del SIS. Un punto importante a tener en cuenta es que con cualquier tarea relacionada con el desempeño, es necesario desarrollar métricas adecuadas para poder rastrear, evaluar y mantener el mismo. Estas métricas a menudo se denominan Indicadores de seguimiento (KPI).

IEC 61511 rev 2

Promulgada por primera vez en 2003, la norma internacional IEC 61511 ha sido durante mucho tiempo el estándar del sector de procesos para las buenas prácticas de ingeniería en sistemas instrumentados de seguridad (SIS). Una segunda edición, basada en 13 años de evolución y experiencia en aplicaciones, se ha  lanzado en 2016.

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 ido cambiando 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 suficiente 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.

16.1. Objetivos

Los objetivos de los requisitos de la Cláusula 16 son asegurar que:

  • el SIL requerido de cada SIF se debe mantener durante la operación y el mantenimiento;el SIS se opera y mantiene de manera que mantenga los requisitos de integridad de la seguridad.

La Cláusula 16 ahora en la revisión 2 presenta requisitos específicos sobre cómo estos objetivos deben ser logrados. Estos se puede resumir en varias categorías básicas:

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, pruebas 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.

PROCEDIMIENTOS

16.2.2 Los procedimientos de operación y mantenimiento deben desarrollarse de acuerdo con la planificación de seguridad pertinente y proporcionará:

  1. La información que necesaria para mantener un SIS en defecto y los KPIs de prestación demandados al mismo.
  2. Procedimientos para la recopilación de datos relacionados con los KPIs de prestación y los parámetros de confiabilidad del SIS.
  3. La información a recopilar incluyendo los resultados de las auditorías y tests en el SIS.
  4. 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.

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.

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.

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 Triconex SIF Manager 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.

SIS Component (sensor, logic solver and final element) proof test tracking and compliance. Specifically applicable to Clauses 16.1; 16.2.1; 16.2.2a; 16.2.2f; 16.2.9.

Ejemplo de informe de un SIF Manager de Schneider Electric.

También se puede tener un seguimiento de los by-pass que están excediendo el tiempo permitido de uso.

SIS Component (sensor, logic solver and final element) faulty status history and audit Trail. Specifically applicable to Clauses 16.1; 16.2.1; 16.3; 16.3.1.3.

Ejemplo de Grafico de un SIF Manager de Schneider Electric.

O nos pueden ofrecer un Report detallado de Disparo

Ejemplo de Report Trip de SIF Manager de Schneider Electric

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. 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.

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