計装エンジニアは、どのようにしてSISシステムの安全要求仕様書（SRS）を作成するのか？

Thread Content

SRSは、安全計装機能の実現において決定的な役割を果たします。安全要件仕様書（SRS）の作成は、SISのライフサイクルにおいて最も重要な活動の一つです。それは、SISシステムの設計、ロジックコントローラのハードウェア統合とソフトウェア設定、設置および調整、さらには運転開始などに関する工学的実施指針を提供する。 近年、化学業界におけるSISは盛んに導入されており、雨後の筍のように急激に普及している。ほとんどの化学企業がSISを導入しているが、今のところ、SISにとって極めて重要なものである「安全要求仕様書SRS」を提示できる企業はほとんどない。最近、SRSの管理を規範化することも徐々に重視されるようになってきました。実際、SRSはSISにとって不可欠なものであり、SISを導入した場合、理論上はSRSによるサポートが必要です。ある先生の言葉を借りれば、「以前なかったからといって必要ないわけではなく、以前チェックしなかったからといって今後もチェックしないわけではない」ということです。間もなくSRSもSISと同様に注目されるようになるでしょう。SISをチェックする際には、SRSも必ずチェックすべき項目の一つとなるはずです。では、昌晖計器として、SRSとは一体何なのかを説明しましょう SRS yunrun.com.cn/tech/2745.html SRSとはSafety requirements specificationの略で、(GB/T -21109-2007)には、安全計装システムが実行すべき安全計装機能(SIF)に関するすべての要求事項が規定されている；（要求は非常に明確であるべきだ）。 SRSの目的と内容 要求される安全機能を実現するために、要求される計装機器の安全機能（SIF）およびそれに関連する安全完全性（SIL）の規定に基づき、各SIFの要求事項を定める。SRSは以下の2つの主要な部分で構成されるべきである： ◆安全機能要求仕様書。この文書では、システムの入力、出力、および実行される論理が記述される。言い換えれば、それは各セキュリティ機能（SIF）が何をすべきかを定義するものですか？例えば、反応器の温度が設定値（350℃）を超えた場合、電気ヒーターを停止する。 ◆安全完全性要求仕様書は、各機能の安全性能要求（レベル）を記述したものです；言い換えれば、それは各セキュリティ機能が持つべき能力やその優れ度を定義するものです。例えば、反応器の温度が設定値（350℃）を超えた場合、電気ヒーターを停止させる確率または可能性を99％以上にする必要があります；入力：セキュリティ要件機能の説明；出力：SISの安全性要件、ソフトウェアの安全性要件。 SRSの用途 SRSはSISシステムの設計（初期設計、詳細設計、およびライフサイクル全体にわたる設計と運用段階の管理）の基盤であり、またSISシステムの最終的な確認の根拠でもある。したがって、必要なすべての情報を含め、完全な文書体系を構成しなければならない。説明：SRSは、安全ライフサイクル全体において重要な要素であり、SRSを通じて安全計装機能（SIF）の設計方法や、これらの機能（SIF）をSISに統合する方法を知ることができます。 SRSの基本準備作業 SRSを作成する前に、以下の活動を行う必要があります（これらの活動が適切かつ有効でなければ、仕様書を作成しても意味がありません）。これらの作業が必ず有効かつ適切であることを確保しなければなりません。 なぜ基礎的な準備作業を強調するのか？基礎作業がしっかりできていなければ、どれだけ時間や労力を費やしてシステム要件仕様書を作成しても無駄に終わる（基礎が間違っていれば全て間違う）！ 1、プロセスの概念設計
2、危険分析とリスク設計（単に分析を行うだけではプロセスやシステムの本質的な安全性は向上しない。分析結果を後続の各段階で活用すること、つまり応用することがより重要である）
3、SISでない保護層の適用を決定し、SIF時に必要であればSILを決定する。 SRSを作成する際に必要な重要な技術文書 ◆プロセスに関する情報 1. パイプ・アンド・計装図(P&ID) 2. プロセス操作の説明 3. 基本プロセス制御システムの設計や安全計装システムの配置方針、制御タイプ、オペレーターインターフェース、アラーム管理、および履歴データの記録を含むプロセス制御の説明 4. 関連する安全規制（**、業界、省、市、各レベルの**、および企業の要求を含む） 5. 信頼性、品質、または環境に関する資料、操作やメンテナンスに関する技術文書； ◆因果図（Cause-Effect）因果図を用いると、安全性機能と完全性要件を1つの技術文書にまとめることができる（また、計器の測定範囲、設定値、動作状況などのその他の要件も1つのフォームにまとめることが可能である）； ◆論理図は因果図の補完として用いられ、より複雑な機能や、時間や順序に基づく機能を記述することができる（言語や因果図では表現できないものは、論理図や論理関係によって表現できる）； ◆工程データシート　工程プロセスデータシートは、計装機器の選定仕様書を作成するために必要な情報を提供します。 SRSの作成段階と主体は、SISのライフサイクルおよび第4項で述べられている内容に基づく。SRSは、基礎的な準備作業が終了し、SISシステムの設計が開始される前に作成される。 SRSは誰が作成するのか？ SRSの定義からわかるように、SRSは安全計装要件仕様書であり、同時に安全計装設計の入力ファイルとしても機能します。そのため、プロセス制御や計装担当者が通常、安全要件仕様書の作成を担当します（もちろん、この作業は計装専門家だけが行うわけではなく、リスク評価チームやプロジェクトチーム自身がこれらの要件を策定することもあります）。 責任の問題に関しては、どの専門分野もこの「厄介な仕事」を引き受けたがらないが、SRSの用途を考えると、SRSの作成は計装専門分野が担当するのがほぼ間違いない。もちろん、これは計装専門分野だけの仕事ではなく、工程、安全、設備、電気などが参加するチームを組んで共同で作成することができる。 SRS作成時の注意点 ◆技術要件は、ライフサイクルのどの段階ででもその情報を利用する可能性のあるすべての人が、仕様書の各要件の詳細を理解できるよう、できるだけ簡潔明瞭に記述すべきである；危険な事象の発生を防ぐか軽減するためのセキュリティシステムを設計する際、解決策を定めるにあたっても過度に複雑にならないようにすべきである。 ◆仕様書は非常に明確でなければならず、何を得たいかを記述すべきであり、必ずしもどのように行うかを説明する必要はない。 ◆仕様書は単独の文書であることも、規程や図面、または会社の標準管理に関するいくつかの文書からなる集合であることもあります。主な目的は、アプリケーションソフトウェアの要件を含む、SISが満たすべきすべての機能要件および完全性レベル要件をSRSに記載することを保証することです。 ◆明確で正確、機能が検証可能、保守可能かつ実行可能である。 ◆危険な状況を引き起こす可能性のある、既に特定されているプロセス状態やSISの動作順序を避けること（SISは危険の発生を防ぐために動作するが、停止プロセスや停止後のリスクも同様に評価する必要がある）。 ◆SISは、順序良く停止したり迅速に起動したりするために、非安全計装機能を実行でき、これらの機能は安全計装機能とは分離されるべきである。 添付資料1　安全要件仕様書情報集計（表形式、規格要件は29項目に増加）
一、文書入力に関する資料要件
◆項目1：P&ID　詳細要件：必須
◆項目2：因果図（C&E）　詳細要件：必須
◆項目3：論理図　詳細要件：任意。因果図で論理関係及び要件を十分に記述できる場合は提出不要
◆項目4：プロセスデータシート　詳細要件：すべての現場センサー、アクチュエータに関連するプロセスパラメータ及び要件をすべて提供する必要あり
◆項目5：SIFにより防止すべき危険事象に関するプロセス情報（事故原因、流体力学、最終要素など）
①HazopおよびLopaレポートを踏まえ、どのようなリスクが発生するか？SIFは、これらのサブコンセプトをどのように軽減または抑制するのか？ ②安全計装システムにおける計器の応答速度と精度の要求； ③アクチュエータに対する特別な要求事項（例えば、火災時の遮断弁の耐火時間の考慮、閉鎖時のシールレベルや閉鎖時間など） ◆項目6：共通要因による故障を特定し、それを考慮する要求事項 詳細な要求事項：プロセス上の要因や共通要因によって引き起こされる故障（例えば、腐食、結晶化、詰まりなど）。SISが直面しうるあらゆる過酷な環境を特定する必要があり（腐食性、粘度、結晶化などを考慮する）、共通要因による故障を避けるためにできるだけ多様な設計を採用すること。 ◆項目7：SISに影響を与える法律・規制上の要求事項 詳細な要求事項：国際的な規制、**、保安検査総局の法律・規制、地方の規制、関連する文書、および企業の管理上の要求事項 二、SIFの詳細な要求事項（機能安全の要求を満たすため、計装機器の安全機能や安全完全性レベルを含む、必要とされるすべてのSIFについて記述する）。 ◆項目8：SIFの番号 詳細な要件：必要。後のメンテナンスや管理のため、SIFを一意に識別するために必要。◆項目9：SIFに必要なSIL（各SIFのSILレベルおよび動作モード） 詳細な要件：SIL0～2。SIL3は化学プラントではほとんど使用されない。◆項目10：期待される要求レベル（SIFに求められる可能性のある出所と要求レベル） 詳細な要件：低要求モードか高要求モードか。化学プラントでは通常、低要求モードが採用される。◆項目11：テスト間隔（検証テストのサイクルに関する要件、Proof Test Interval）。必要なSILを満たすためのメンテナンスやテストに関する要件 詳細な要件：非常に重要。SILレベルの算出に関わってくるため、SISの設計を始める段階で、必要な検証テスト間隔の要件を定義しておく必要があり、それに基づいて設計に反映させる（SISの算出）；装置の製造・点検サイクルおよび計器の使用状況を踏まえて、適切に確定する必要がある。◆項目12：特定された各時間におけるプロセスの安全状態の定義（プロセスを安全な状態に保つための対応する時間要件）詳細要求：設置状態（停止中か？維持するの？または排空など） ◆項目13：プロセス入力およびそれらのインターロック設定値 詳細要求：因果図（C&E）にて一緒に記述可能 ◆項目14：プロセスパラメータの正常動作範囲およびその動作限界 詳細要求：因果図（C&E）にて一緒に記述可能 ◆項目15：プロセス出力およびそれらの動作の記述 詳細要求：因果図（C&E）にて一緒に記述可能 ◆項目16：プロセス入力と出力（論理、数学関数、および必要な許可を含む）間の機能関係 詳細要求：因果図（C&E）にて一緒に記述可能 ◆項目17：消磁（無効化）停止または励磁（有効化）停止の選択（電源やガス供給が途絶えた際にSISシステムが取る動作） 詳細要求：SISシステムはフォールトセーフ設計となっているため、通常は無効化停止として設計される ◆項目18：手動停止の考慮事項と要求事項 詳細要求：プログラマブルコントローラから独立した、ハードワイヤ接続の運転開始スイッチや手動停止スイッチを設置する必要があるか ◆項目19：SISがプロセスを安全状態に移行するのに必要な対応時間 詳細要求：検出素子、論理コントローラ、アクチュエータ、または人の動作に対する対応時間の要求は、適当に決定してはならない。 ◆項目20：診断された故障およびその他のあらゆる顕在的な故障に対する対応動作要件 詳細な要件：必要な動作を講じ、特定の状態に入るか維持するための技術的要求事項（無視するか、停止させるか、またはその他の条件に基づいて判断するか？) ◆項目21：ヒューマンマシンインターフェース（HMI）の要件 詳細な要件：緊急停止、アラーム（予備停止アラーム、停止アラーム、バイパスアラーム、診断アラーム）、バイパス（ソフトバイパスおよびハードバイパス）、およびタイムシーケンス記録を含む、SISとオペレーター間のインターフェースを十分に記述する必要がある。 ◆項目22：リセット機能（SISの電源投入時の起動および再起動に実行すべき関連手順や規程の要件） 詳細な要件：一度停止した後の再起動プロセスに関するすべての要件を定める必要がある；リセットスイッチの権限 ◆項目23：必要なSILを満たすための診断機能に関する要求 詳細な要求事項：システムによる定期的な自己診断が必要か ◆項目24：誤って停止すると危険が生じる場合の信頼性に関する要求 詳細な要求事項：場合によっては停止が最適な選択肢とは限らず、停止によって生じるリスクも評価する必要があり、許容可能な最大の誤停止率も考慮する。 ◆項目25：すべてのセンサーおよびトランスミッター、コントローラー、および各制御バルブの故障モード 詳細要求：SISの故障モードを定義する必要があり、トランスミッターは故障すると一度だけ遮断状態になるように、または故障すると遮断状態が解除されるように設計できる ◆項目26：許容可能な誤停止率（Spurious Trip） 詳細要求：許容可能な誤停止率はどれくらいか？ ◆項目27：オーバーライド、禁止、バイパスの操作要件 詳細な要件：プロセスを手動で安全な状態に移行させるための要件を定義する必要がある。例えば、オペレーターが制御室または現場から装置を手動で停止できることが求められる場合は、それをここに規定し、またSISロジックコンピュータの手動停止スイッチに関するあらゆる独立性要件も規定する必要がある。 ◆項目28：アプリケーションソフトウェアの機能要件 詳細要件：特別な要件として、ソフトウェアに対する要求は明確で、検証可能、テスト可能、修正可能、かつ追跡可能でなければならない ◆項目29：SIFの平均修理時間 詳細要件：障害発生後のSIFの平均復旧時間に関する要件 付録2、安全要件仕様書(SRS)の安全要件（GB/T 21109.1-2007 10.3より抜粋） 1、安全機能を実現するために必要なすべてのSIFの記述（例：インターロック論理の説明、因果図または論理図）； 2、共通原因による故障の特定と考慮の要求； 3、各々が定められた計装器の安全機能に対するプロセス安全状態の定義； 4. いかなる単一のプロセス安全状態の定義も、これらの状態が同時に発生すると単独のリスクを生じる（例：緊急貯蔵の過負荷、燃焼システムの複数回の減圧）。
5. 計装安全機能SIFの「要求（Demand）」および要求率（Demand Rate）の想定出所； 6. 検査試験（プルーフテスト）の時間間隔（TI）に関する要求事項； 7、SISはプロセスを安全な状態に保ち、各SIFの応答時間（実行時間）について要件がある； 8、各SIFの安全完全性レベル（SIL）および動作モード（要求／連続）； 9、PIDプロセスの測定パラメータ、測定範囲、精度、および遮断点（オフ設定値）に関する説明； 10、SIFプロセスの出力動作および正常動作基準の記述（例：遮断バルブの漏れ率に関する要求）； 11、プロセスの入力点と出力点間の機能的関係であり、論理的・数学的機能、および必要な許可事項を含む； 12、手動停止の要件（各SIFにおける手動停止の要件）； 13、通電または断電による遮断に関する要求事項（各SIFの通電時および断電時の停止に関する要求事項）； 14、各SIFの最大許容遮断率（最大許容誤停止率）； 15、SIF停止後のリセット要件（例えば、最終素子の手動、半自動、または自動リセットの要件）； 16、各SIFの故障モードと要求されるSISの応答（例：警報、自動停止） ； 17、SISの起動および再起動手順に関するあらゆる特別な要求事項； 18、SISとその他すべての機器間（BPCSおよびオペレータを含む）のすべてのインターフェースに関するセキュリティ要件； 19、工場の運転モードの説明、および各運転モードにおける計装機器の安全機能の特定； 20、アプリケーション（ソフトウェア）のセキュリティ要件； 21、オーバーライド/禁止/バイパスに関する要件。バイパス操作に関する書面による要件も含め、バイパスの設定方法や解除方法を明確に記述しなければならない； 22、SISに何らかの障害が検出された場合、あるプロセスの安全な状態を維持するために必要となるあらゆるアクションの規範において、そのようなアクションはすべて人的要因の影響を考慮する必要がある。 23、SISの実用的な平均修理時間（MTTR）を算出するには、修理用部品の在庫、作業員の移動時間、部品の取り付け、サービス契約の規定に加え、作業員の技術能力や環境上の制約も考慮する必要がある。 24、避けるべきSIS出力状態の危険な組み合わせの特定； 25、SISが輸送、保管、設置、および運用中に遭遇しうるあらゆる過酷な環境状態の特定。考慮すべき要素は、温度、湿度、汚染物質、電磁干渉/高周波干渉（EMI/RFI）、振動/衝撃、静電気放電、電気防爆エリアの分類、洪水、雷、その他の関連要因です； 26、プロセスの正常または異常な運転モードの識別。これには、プロセス装置全体の運転（例えば、起動）や、個々の操作手順（例えば、機器のメンテナンス、センサーの校正、または修理）が含まれる。これらのプロセス操作モードに対応するために、追加のSIFが必要になるかもしれない； 27、いかなるSIFも、重大な偶発事故に耐えうる計器の安全機能に関する定義上の要求。例えば、火災が発生した際に、遮断弁を閉じたままにしておく必要がある時間はどれくらいか。 28、各SIFに関連する入力・出力計器およびアクチュエータの一覧で、インストール番号の一意性を保証する。 昌晖計器ネットには、多くのオリジナルで実用的な技術記事が掲載されています。皆さん、ぜひ昌晖計器ネットをご覧ください