계측 전문가는 어떻게 SIS 시스템의 안전 요구 사항 명세서(SRS)를 작성할까?

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SRS는 안전 계측 기능을 구현하는 데 결정적인 역할을 합니다.안전 요구사항 명세서(SRS)를 작성하는 것은 SIS의 전체 수명 주기에서 가장 중요한 활동 중 하나입니다.이는 SIS 시스템 설계, 논리 컨트롤러의 하드웨어 통합 및 소프트웨어 구성, 설치와 조정, 그리고 가동 등에 대한 공학적 실시 지침을 제공합니다. 최근 몇 년간 화학 산업에서 SIS는 엄청난 속도로 발전해 왔으며, 마치 비 온 뒤 돋아나는 버들처럼 급속히 보급되었습니다. 거의 모든 화학 기업들이 SIS를 도입했지만, 지금까지 SIS에 있어 매우 중요한 문서인 안전 요구사항 명세서 SRS를 제시할 수 있는 기업은 거의 없습니다.최근에는 SRS 관리를 표준화하는 것도 점차 중요하게 여겨지고 있습니다. 사실 SRS는 SIS에 있어서 필수적인 요소입니다. 즉, SIS가 설치된다면 반드시 SRS가 그를 뒷받침해주어야 합니다. 한 교수님의 말을 빌리자면, “과거에 없었다고 해서 필요하지 않은 것은 아니며, 과거에 검사하지 않았다고 해서 앞으로도 검사하지 않을 필요는 없다”는 것입니다. 조만간 SRS도 SIS처럼 중요한 요소가 될 것입니다. SIS를 검사할 때 SRS도 반드시 확인해야 할 항목 중 하나가 될 것입니다. 그렇다면 창휘 계측기에서 SRS가 도대체 무엇인지 설명해 드리겠습니다 SRS yunrun.com.cn/tech/2745.html SRS는 Safety requirements specification의 약자로, (GB/T -21109-2007)에 따라 안전 계측 시스템이 반드시 수행해야 하는 안전 계측 기능(SIF)에 관한 모든 요구사항들을 규정한 문서입니다；(요구사항은 매우 명확해야 합니다). SRS의 목적 및 내용
요구되는 안전 기능을 달성하기 위해, 요구되는 계측기 안전 기능(SIF)과 그에 관련된 안전 완전성(SIL) 규정에 따라 각 SIF의 요구사항이 정해집니다. SRS는 다음 두 가지 주요 부분으로 구성되어야 합니다:
◆ 안전 기능 요구사항 명세서 – 이 문서에서는 시스템의 입력, 출력 및 처리되는 로직에 대한 설명이 포함됩니다.다시 말해, 그것은 각 보안 기능(SIF)이 무엇을 해야 하는지를 정의합니다예를 들어, 반응기의 온도가 설정값(350℃)을 초과하면 전기 히터의 작동을 중단합니다. ◆안전 완전성 요구 사양서는 각 기능의 안전 성능 요구사항(수준)을 설명합니다；다시 말해, 각 보안 기능이 가져야 할 능력이나 그 수준을 정의하는 것입니다.예를 들어, 반응기의 온도가 설정값(350℃)을 초과할 경우, 전기 히터의 작동을 중단시키는 확률이 99% 이상이 되도록 해야 합니다；입력: 보안 요구 기능의 설명；출력: SIS 보안 요구사항, 소프트웨어 보안 요구사항. SRS의 용도: SRS는 SIS 시스템 설계(초기 설계, 상세 설계 및 전 생애주기에 걸친 설계와 운영 단계 관리)의 기반이며, SIS 시스템을 최종적으로 승인하는 근거이기도 합니다. 따라서 반드시 필요한 모든 정보가 포함되어야 하며, 이를 통해 완전한 문서 세트가 구성됩니다.설명: SRS는 전체 안전 라이프사이클에서 매우 중요한 요소입니다. SRS를 통해 안전 계측 기능(SIF)을 어떻게 설계할지, 그리고 이러한 기능들(SIF)을 SIS에 어떻게 통합할지 알 수 있습니다. SRS의 기초 준비 작업 SRS를 준비하기 전에 다음과 같은 활동들을 수행해야 합니다(이러한 활동들은 효과적인(효과적이지 않다면 작성해도 의미가 없는) 사양서의 기반이 됩니다). 이러한 작업들이 반드시 효과적이고 적절하게 이루어져야 합니다. 왜 기초 준비 작업을 강조하는가?기초 작업이 제대로 이루어지지 않으면, 아무리 많은 시간과 노력을 들여 시스템 요구사항 명세서를 작성해도 헛수고일 뿐입니다(기초가 잘못되면 모든 것이 잘못됩니다)! 1. 공정 프로세스의 개념 설계
2. 위험 분석 및 리스크 설계 (단순한 분석만으로는 공정 프로세스나 시스템의 내재적 안전성을 향상시킬 수 없으며, 분석 결과를 후속 단계들에 적용하는 것이 더 중요하다.)
3. 비SIS 보호 계층의 적용 여부 결정; SIF가 필요한 경우에는 SIL을 결정한다. SRS를 작성할 때 필요한 핵심 기술 문서들 ◆공정 프로세스 관련 정보 1. 파이프라인 및 계측기 설계도(P&ID) 2. 공정 운영에 대한 설명 3. 기본적인 공정 제어 시스템의 설계와 안전 계측 시스템의 구성 방안, 제어 유형, 운영자 인터페이스, 경보 관리, 그리고 과거 데이터 기록을 포함한 공정 제어에 대한 설명 4. 관련된 안전 규정들(**, 산업 분야, 주/시 단위의 규정 및 기업의 요구사항 포함) 5. 신뢰성, 품질 또는 환경과 관련된 자료들, 그리고 운영 또는 유지보수와 관련된 기술 문서들； ◆인과도 그래프(Cause-Effect): 인과도 그래프를 통해 안전 기능과 무결성 요구사항들을 하나의 기술 문서에 통합할 수 있습니다(또한 계기의 측정 범위, 설정값, 동작 상태와 같은 다른 요구사항들도 하나의 양식에 모을 수 있습니다)； ◆논리도는 인과도를 보완하는 용도로 사용되며, 더 복잡하거나 시간이나 순서에 기반한 기능을 설명할 수 있다(언어나 인과도로 표현할 수 없는 것은 논리도나 논리적 관계로 표현할 수 있다)； ◆공정 데이터표: 공정 프로세스 데이터표는 계측기 선정 사양서를 작성하는 데 필요한 정보를 제공합니다. SRS 작성 단계 및 주체는 SIS의 전 생명주기와 네 번째 항목에 기술된 바에 따름.SRS는 기초 준비 작업이 완료되고 SIS 시스템 설계가 시작되기 전에 작성됩니다. SRS는 누가 작성하나요? SRS의 정의를 보면, SRS는 안전 계측 장치에 대한 요구사항을 규정하는 문서이며, 동시에 안전 계측 장치 설계의 입력 자료로도 사용됩니다. 따라서 공정 제어나 계측 관련 업무를 담당하는 사람들이 일반적으로 이러한 안전 요구사항을 명시한 문서를 작성하는 역할을 맡습니다. 물론 이 작업은 계측 전문가만이 담당하는 것이 아니라, 위험 및 리스크 평가팀이나 프로젝트 팀도 이러한 요구사항을 정할 수 있습니다. 책임 문제와 관련해서는 어떤 전문 분야도 이 ‘고민거리’를 맡고 싶어 하지 않습니다. 하지만 SRS의 용도를 고려할 때, SRS를 작성하는 업무는 계측 전문 분야가 맡는 것이 당연합니다. 물론 이는 계측 전문 분야만의 업무는 아니며, 공정, 안전, 설비, 전기 등 다양한 분야의 사람들이 함께 팀을 구성하여 SRS를 작성할 수 있습니다. SRS 작성 시 주의사항 ◆ 기술적 요구사항은 가능한 한 간단명료하게 기술해야 하며, 이를 통해 라이프사이클의 어느 단계에서든 해당 정보를 사용할 수 있는 모든 사람들이 사양서에 명시된 각각의 요구사항을 이해할 수 있도록 해야 합니다；위험한 사건의 발생을 예방하거나 줄일 수 있는 안전 시스템을 설계할 때, 해결책을 마련함에 있어서도 지나치게 복잡해지는 것을 피해야 합니다. ◆사양서는 매우 명확해야 하며, 무엇을 얻고자 하는지를 기술해야 하지만 반드시 어떻게 할 것인지까지 설명할 필요는 없습니다. ◆사양서는 단독 문서일 수도 있고, 규정, 도면 또는 회사 표준 관리 내용을 포함한 여러 문서의 집합일 수도 있습니다.주요 목적은 SRS에 SIS가 충족해야 하는 모든 기능 요구사항과 완전성 수준 요구사항을 명시하도록 보장하는 것이며, 여기에는 애플리케이션 소프트웨어에 대한 요구사항도 포함됩니다. ◆명확하고 정확하게 기술하며, 기능은 검증 가능하고 유지보수가 용이하며 실현 가능해야 한다. ◆위험한 상황을 초래할 수 있는 것으로 확인된 모든 공정 상태나 SIS 작동 순서를 피해야 합니다(SIS는 위험을 방지하기 위해 작동하지만, 정지 과정이나 정지 후의 위험도 마찬가지로 평가해야 합니다). ◆SIS는 질서 있는 정지나 빠른 시동을 보장하기 위해 비안전 계측기 안전 기능을 수행할 수 있으며, 이러한 기능들은 안전 계측기 기능과 분리되어야 합니다. 첨부파일 1, 안전 요구 사항 명세서 정보 요약(표 형식, 규격 요구 사항이 29개로 증가함)
1. 문서 입력 관련 자료 요구 사항
◆ 항목 1: P&ID – 상세 요구 사항: 반드시 제공해야 함
◆ 항목 2: 인과도 다이어그램(C&E) – 상세 요구 사항: 반드시 제공해야 함
◆ 항목 3: 논리 다이어그램 – 상세 요구 사항: 반드시 제공할 필요는 없음. 인과도 다이어그램만으로도 논리적 관계와 요구 사항을 충분히 설명할 수 있다면 제공하지 않아도 됨
◆ 항목 4: 공정 데이터표 – 상세 요구 사항: 현장의 모든 센서 및 액추에이터와 관련된 공정 파라미터와 요구 사항들을 모두 제공해야 함
◆ 항목 5: SIF로 방지해야 할 위험 사건에 관한 공정 정보(사고 원인, 유체 역학적 요소, 최종 부품 등) – ① Hazop 및 LOPA 보고서를 바탕으로 어떤 위험이 발생할 수 있는지 확인해야 함SIF는 이러한 하위 개념들을 어떻게 줄이거나 억제할 수 있을까? ②안전 계측 시스템 내 계측기의 응답 속도 및 정밀도 요구사항； ③실행 장치에 대한 특별한 요구사항들(예: 화재 발생 시 밸브가 닫히는 데 걸리는 시간, 닫힐 때의 밀폐 등급, 닫히는 속도 등) ◆항목 6: 공통적인 원인으로 인한 고장을 식별하고 고려해야 할 사항들 상세 요구사항: 공정 과정이나 외부 요인으로 인해 발생하는 고장들(예: 부식, 결정화, 막힘 등). SIS가 직면할 수 있는 모든 극단적인 환경 조건들을 반드시 고려해야 하며(부식성, 점도, 결정화 등을 고려해야 함), 가능한 한 다양한 설계를 채택하여 공통적인 원인으로 인한 고장을 방지해야 합니다. ◆항목 7: SIS에 영향을 미치는 법규 및 규정 요구사항
상세 요구사항: 국제적인 규정, **, 안전검사총국의 법규 및 규정, 지방법규, 관련 공문들, 그리고 기업의 관리 요구사항들.
II. SIF의 상세 요구사항 (기능 안전 요구사항을 충족시키기 위해, 필요한 모든 SIF에 대해 설명해야 하며, 여기에는 계측기의 안전 기능과 안전 완전성 등급도 포함됩니다.) ◆항목 8: SIF의 번호
상세 요구사항: 필요함. SIF를 식별하기 위한 고유한 번호로, 향후 유지보수 및 관리를 위해 필요함.

◆ 항목 9: SIF에 필요한 SIL 등급(각 SIF의 SIL 등급 및 작동 모드)
상세 요구사항: SIL0-2가 일반적이며, SIL3는 화학 산업에서는 거의 사용되지 않음.

◆ 항목 10: 예상되는 요구사항 수준(SIF에 필요한 가능한 요구사항들과 그 비율)
상세 요구사항: 낮은 요구사항 수준인지 높은 요구사항 수준인지. 화학 산업에서는 보통 낮은 요구사항 수준을 적용함.

◆ 항목 11: 테스트 간격(검증 테스트 주기에 대한 요구사항, Proof Test Interval)
상세 요구사항: 매우 중요함. SIL 등급을 결정하는 데 영향을 미치므로, SIS를 설계할 때부터 필요한 검증 테스트 간격을 미리 정의해두어야 함. 이를 통해 설계 단계에서 해당 사항을 반영할 수 있다(SIS 계산)；장치의 생산 및 점검 주기와 계측기의 사용 상황을 고려하여 합리적으로 결정해야 함. ◆항목 12: 식별된 각 시점에 대한 공정 안전 상태의 정의(공정을 안전한 상태로 유지하기 위한 해당 시간 요건). 세부 요구사항: 설치 상태(가동 중단 상태인가?)유지하는 건가요?또는 공기를 빼내는 등의 조치가 필요함) ◆항목 13: 공정 입력값 및 그에 대한 연동 설정점. 상세 요구사항: 인과도도(C&E)에 함께 기술할 수 있음. ◆항목 14: 공정 파라미터의 정상적인 작동 범위 및 그 작동 한계. 상세 요구사항: 인과도도(C&E)에 함께 기술할 수 있음. ◆항목 15: 공정 출력값 및 그에 따른 동작에 대한 설명. 상세 요구사항: 인과도도(C&E)에 함께 기술할 수 있음. ◆항목 16: 공정 입력값과 출력값 간의 함수 관계(논리적/수학적 함수 및 필요한 허가 사항 포함). 상세 요구사항: 인과도도(C&E)에 함께 기술할 수 있음. ◆항목 17: 소거(비활성화)에 의한 정지 또는 활성화에 의한 정지 중 어떤 방식을 선택할지(SIS 시스템이 전원이나 가스 공급이 중단될 때 취하는 조치). 상세 요구사항: SIS 시스템은 장애 안전형으로 설계되므로, 일반적으로는 비활성화에 의한 정지 방식이 사용됨. ◆항목 18: 수동 정지에 관한 고려사항 및 요구사항. 상세 요구사항: 프로그래머블 컨트롤러와는 별도로, 하드웨어 연결을 통한 정지 스위치가 필요한지 여부. ◆항목 19: SIS가 공정을 안전한 상태로 만들기까지 걸리는 시간. 상세 요구사항: 센서, 논리 컨트롤러, 액추에이터, 혹은 인력의 작동에 따른 반응 시간에 대한 명확한 기준이 필요하며, 마음대로 결정해서는 안 됨. ◆항목 20: 진단된 고장 및 기타 모든 명백한 고장에 대한 해당 조치 요구 사항 상세 요구 사항: 필요한 조치를 취하는 경우, 특정 상태로 진입하거나 그 상태를 유지하기 위한 기술적 요구 사항(무시, 정지 또는 기타 조건에 따라 판단?)) ◆항목 21: 인간-기계 인터페이스(HMI) 요구사항 상세 요구사항: 긴급 정지, 알람(사전 정지 알람, 정지 알람, 바이패스 알람 및 진단 알람), 바이패스(소프트 바이패스 및 하드 바이패스), 시간 순서 기록을 포함하여 SIS와 작업자 간의 인터페이스를 충분히 설명해야 함. ◆항목 22: 리셋 기능(SIS 전원 켜기 및 재시작 시 수행해야 하는 관련 단계와 절차에 대한 요구사항) 상세 요구사항: 한 번의 정지 이후 재시작 과정에 관한 모든 요구사항을 명시해야 함；리셋 스위치의 권한 ◆항목 23: 필요한 SIL을 충족시키기 위한 진단 기능에 대한 요구사항 상세 요구사항: 시스템이 정기적으로 자가 진단을 수행해야 하는지 여부 ◆항목 24: 오류로 인한 정지가 위험할 경우의 해당 신뢰성 요구사항 상세 요구사항: 때로는 정지가 반드시 최선의 선택은 아니며, 정지로 인해 발생하는 위험도 평가해야 하며, 허용 가능한 최대 오작동률도 고려해야 함. ◆항목 25: 모든 센서와 트랜스미터, 그리고 각 제어 밸브의 고장 모드에 대한 세부 요구사항: SIS의 고장 모드를 명확히 정의해야 하며, 트랜스미터가 고장나면 비상 정지 상태가 되도록 설계할 수도 있고, 반대로 고장나면 비상 정지 상태가 해제되도록 설계할 수도 있다.
◆항목 26: 허용 가능한 오작동으로 인한 정지율(Spurious Trip)에 대한 세부 요구사항: 어느 정도의 오작동으로 인한 정지율이 허용될 수 있는가? ◆항목 27: 오버라이드, 금지, 우회에 관한 작동 요구사항
상세 요구사항: 프로세스를 수동으로 안전한 상태로 전환할 수 있는 방법을 명시해야 합니다. 예를 들어, 작업자가 제어실이나 현장에서 장비를 수동으로 끌 수 있도록 해야 한다면, 이에 대한 규정이 필요합니다. 또한 SIS 로직 컴퓨터의 수동 정지 스위치와 관련된 독립성 요구사항도 명시되어야 합니다. ◆항목 28: 응용 소프트웨어의 기능 요구사항
상세 요구사항: 특별한 요구사항으로서, 소프트웨어에 대한 요구사항은 명확하고 구체적이어야 하며, 검증 가능하고 테스트 가능하며 수정 가능하고 추적 가능해야 합니다.
◆항목 29: SIF의 평균 수리 시간
상세 요구사항: 고장이 발생했을 때의 SIF의 평균 복구 시간에 관한 요구사항입니다.
부록 2: 안전 요구사항 사양서(SRS)의 안전 요구사항 (GB/T 21109.1-2007 10.3에서 발췌)
1. 안전 기능을 달성하기 위해 필요한 모든 SIF에 대한 설명 (예: 연동 로직 설명, 인과도 다이어그램 또는 로직 다이어그램)； 2. 공통 원인에 의한 고장을 식별하고 고려해야 하는 요구사항； 3. 각각 확인된 계측기의 안전 기능에 대한 공정 안전 상태 정의； 4. 개별적인 공정 안전 상태의 정의로서, 이러한 상태들이 동시에 발생할 경우 단독의 위험이 발생한다(예: 비상 저장소의 과부하, 연소 시스템의 반복적인 압력 방출).
5. 계측기 안전 기능 SIF의 “요구사항(Demand)”과 “요구율(Demand Rate)”에 대한 가정된 출처； 6. 검사 테스트(Proof Test) 시간 간격(TI)과 관련된 요구 사항； 7. SIS는 공정을 안전한 상태로 유지하며, 각 SIF에 대한 반응 시간(실행 시간)에 대한 요구사항이 있습니다； 8. 각 SIF의 안전 무결성 등급(SIL) 및 작동 모드(요구/연속)； 9. PID 공정의 측정 파라미터, 측정 범위, 정밀도, 그리고 차단점(차단 설정값)에 대한 설명； 10. SIF 과정의 출력 동작 및 성공적인 작동 기준에 대한 설명 (예: 밸브의 누설률에 대한 요구 사항)； 11. 프로세스의 입력점과 출력점 사이의 기능적 관계로, 논리적/수학적 기능은 물론, 필요한 모든 허가 사항도 포함됩니다； 12. 수동 정지 요구사항(각 SIF의 수동 정지 조건)； 13. 전원 공급 또는 차단에 따른 해제와 관련된 요구사항 (각 SIF가 전원이 공급될 때와 차단될 때의 작동 관련 요구사항)； 14. 각 SIF의 최대 허용 차단율(최대 허용 오작동으로 인한 정지율)； 15. SIF가 정지된 후의 리셋 요구사항 (예: 최종 부품의 수동, 반자동, 또는 자동 리셋에 대한 요구사항)； 16. 각 SIF의 고장 모드와 요구되는 SIS 반응(예: 경보, 자동 정지) ； 17. SIS의 시작 및 재시작 절차와 관련된 모든 특별한 요구사항들； 18. SIS와 다른 모든 장비들(BPCS 및 운영자를 포함함) 간의 모든 인터페이스에 대한 보안 요구사항； 19. 공장의 작동 모드에 대한 설명, 및 각 작동 모드에서의 계측기 안전 기능 식별； 20. 애플리케이션(소프트웨어)의 보안 요구사항； 21. 오버라이드/금지/바이패스에 관한 요구사항으로, 바이패스 작동에 대한 서면 지침을 포함하여 바이패스를 어떻게 설정하고 해제하는지 명확히 기술해야 합니다； 22. SIS에 어떤 고장이 발생했을 때, 특정 공정의 안전한 상태를 유지하기 위해 반드시 취해져야 하는 모든 조치들에 있어서는, 인적 요소의 영향도 반드시 고려되어야 합니다. 23. SIS의 실질적인 평균 수리 시간(MTTR)을 산정할 때에는, 수리에 필요한 부품의 재고 상황, 작업 인력의 이동 시간, 부품 설치 과정, 서비스 계약의 규정 등을 고려해야 하며, 또한 인력의 기술적 능력과 환경적 제약 요소들도 함께 고려해야 합니다. 24. 피해야 할 SIS 출력 상태의 위험한 조합 식별； 25. 운송, 보관, 설치 및 운영 과정에서 SIS가 직면할 수 있는 모든 극한 환경 조건의 식별.다음과 같은 요소들을 고려해야 합니다: 온도, 습도, 오염물질, 전자기 간섭/무선 주파수 간섭(EMI/RFI), 진동/충격, 정전기 방전, 전기 폭발 방지 구역 등급, 홍수, 낙뢰, 그리고 기타 관련 요인들； 26. 공정 프로세스의 정상적인 작동 모드와 비정상적인 작동 모드를 식별하는 것으로, 여기에는 전체 공정 장비의 작동(예: 가동 시작)뿐만 아니라 개별 작업 절차들(예: 장비 유지보수, 센서 교정 또는 수리)도 포함됩니다.이러한 공정 작동 모드에 대응하기 위해 추가적인 SIF가 필요할 수 있습니다； 27. 모든 SIF가 중대한 사고를 견뎌낼 수 있도록 하는 계측기의 안전 기능에 대한 요구사항들입니다.예를 들어, 화재가 발생했을 때 밸브를 닫아야 하는 시간은 얼마나 되어야 하는가입니다. 28. 각 SIF와 관련된 입력, 출력 계기 및 액추에이터 목록을 통해 번호의 유일성을 보장한다. 창휘 계측기 네트워크에는 많은 독창적이고 유용한 기술 관련 글들이 수록되어 있습니다. 여러분도 창휘 계측기 네트워크를 방문해 보시기 바랍니다