Com base na minha experiência, vou explicar o processo de certificação de segurança dos instrumentos e os pontos importantes a serem observados

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Este post utiliza como exemplo a certificação de segurança funcional TUV obtida por meio de um barramento de entrada digital, para explicar o processo de certificação de segurança funcional conforme a norma IEC 61508. São apresentadas, de forma detalhada, as etapas do processo de certificação, as principais atividades em cada fase, bem como as mais recentes exigências dos engenheiros responsáveis pela auditoria na Alemanha. Para servir de referência na obtenção da certificação de segurança funcional para produtos como dispositivos de teste e controle de processos. Por volta de 2010, muitas empresas pertencentes à CNPC e Sinopec exigiam, nos seus editais de licitação, que fossem fornecidos certificados de certificação de segurança funcional ao adquirir equipamentos. Sem a certificação de segurança funcional, os fabricantes de instrumentos perdem muitas oportunidades de participação. Gradualmente, todos passaram a reconhecer a importância dessa certificação e começaram a se preparar ativamente para obtê-la. Acredito que algumas pessoas também se sintam assim: ao começarem a se familiarizar com a certificação, ficam confusas e não sabem por onde começar. Este artigo, com base na experiência prática de certificação de segurança funcional para barras de proteção com entradas digitais, apresenta os requisitos de certificação, o processo de certificação e os pontos a serem observados. Processo de certificação de segurança yunrun.com.cn/news/1940.html A importância da certificação de segurança funcional para a segurança na indústria moderna – não será necessário explicar isso aqui; existem muitos artigos especializados na internet que abordam o papel da segurança funcional. Este artigo apresenta, como exemplo, a barreira de segurança para entradas digitais, descrevendo o processo de certificação de segurança funcional com base na norma IEC 61508. 1. Como produto à prova de explosões, a barreira de segurança com certificação à prova de explosões deve atender aos requisitos obrigatórios de certificação internacional para esse tipo de produto, se quiser entrar no mercado internacional. É necessário obter a certificação correspondente antes da certificação de segurança funcional. Muitas organizações de certificação oferecem informações sobre o processo de certificação à prova de explosão IECEX. ①A entidade solicitante deve apresentar, por escrito, um pedido de certificação à instituição de certificação autorizada pelo sistema IECEX, juntamente com os documentos relacionados ao produto em questão. Após a aceitação pela instituição, a entidade solicitante assina um contrato de certificação com a instituição de certificação. ②A entidade certificadora realiza testes de tipo para verificar se o produto a ser certificado é à prova de explosões (incluindo a análise dos documentos técnicos relacionados à proteção contra explosões e testes com protótipos) ； Revisar o relatório de inspeção antivazamento. ③A organização de certificação realiza inspeções nas condições de qualidade da fábrica das unidades fabricantes que solicitam a certificação. ④A entidade de certificação avalia os resultados dos testes de tipo e as inspeções nas fábricas; caso a avaliação seja positiva, é emitido o certificado de certificação IECEX. ⑤A entidade de certificação realiza uma supervisão anual às unidades solicitantes. Na verdade, como a auditoria de certificação de segurança funcional exige uma avaliação da integridade de segurança dos instrumentos, é possível que haja alterações nos circuitos, o que pode afetar os parâmetros de proteção contra explosões ； Ou, durante a auditoria de certificação à prova de explosões, pode ser necessário ajustar o circuito, e a integridade de segurança do produto precisa ser reavaliada. Por isso, recomenda-se que a certificação à prova de explosões e a certificação de segurança funcional sejam realizadas simultaneamente, para evitar desperdícios desnecessários de tempo, recursos humanos e custos. Com base em vasta experiência em certificação de empresas, recomenda-se que sejam primeiro submetidos para revisão os desenhos relacionados à certificação contra explosões e os esboços iniciais relacionados à certificação de segurança funcional. Após a aprovação desses desenhos, pode-se passar às etapas seguintes da certificação de segurança funcional, como a análise FMEA, os testes FIT e os testes EMC/ambientais. Após a conclusão dos passos acima, o esquema lógico e o diagrama elétrico poderão ser definidos de forma básica. Nesse ponto, é possível prosseguir com os trabalhos subsequentes, como a finalização dos documentos necessários para a certificação de segurança contra explosões, os testes do protótipo e a inspeção da fábrica. 2. Certificação de segurança funcional O processo de certificação de segurança funcional pode ser dividido, em linhas gerais, em revisão na fase conceitual, revisão na fase de inspeção principal, inspeção na fábrica, além de revisão e emissão do certificado na Alemanha ； Se dividido em detalhes, o trabalho principal pode ser dividido em gestão e avaliação de documentos de projeto e desenvolvimento, cálculo e avaliação da confiabilidade do hardware, testes de compatibilidade eletromagnética (EMC), testes ambientais, entre outros. Este artigo apresenta o processo de certificação de segurança funcional, tomando como exemplo a barreira de segurança para entradas digitais. A barreira de segurança para entradas digitais é um circuito puramente hardware, portanto não é necessário realizar avaliações relacionadas à integridade de segurança do software. Outros instrumentos, porém, podem exigir tais avaliações. Barreira de segurança yunrun.com.cn/product/list_85.html ① Fase conceitual ◆ Plano de segurança (SP) No plano de segurança, são definidas informações como a organização do projeto, os profissionais envolvidos e suas qualificações, a divisão do ciclo de vida da segurança, medidas para evitar falhas, procedimentos para lidar com mudanças e gestão de configurações. http://yunrun.com.cn/upload/201804/25/201804252126471238.png Figura 1: Diagrama organizacional do projeto ◆ Plano de verificação e confirmação (VVP) O Plano de Verificação e Confirmação define as atividades de verificação em cada fase do ciclo de vida de segurança, os dados de entrada e saída necessários, bem como as pessoas responsáveis pela verificação. ◆ Especificação de Requisitos de Segurança (SRS): A Especificação de Requisitos de Segurança define as funcionalidades de segurança, os estados de segurança, as descrições e parâmetros de entrada/saída, o tempo de resposta a falhas, o nível de integridade de segurança SIL, a proporção do barramento de segurança em todo o circuito de segurança (valor recomendado pela TUV: 10%), a pontuação de falha de segurança SFF, a margem de tolerância para falhas de hardware, o intervalo entre testes de verificação, os modos de operação, os requisitos ambientais, entre outros. ◆ Conceito de segurança (SC): No conceito de segurança, são definidos o diagrama de confiabilidade e o diagrama funcional (onde as partes relacionadas à segurança são distinguidas por cores diferentes). Também são especificadas as funções de cada bloco funcional, as medidas de diagnóstico utilizadas por cada bloco funcional (de modo a atender ao nível SIL correspondente), os intervalos entre os testes de diagnóstico de cada bloco funcional, e como cada bloco funcional retorna ao estado seguro após o diagnóstico. Na verdade, para garantir que a pontuação de falha de segurança atenda ao nível SIL e reduzir ajustes posteriores nos documentos, as barreiras de segurança certificadas pela nossa empresa passam primeiro por uma simplificação dos parâmetros e por uma análise FMEA, com o objetivo de eliminar, na medida do possível, defeitos graves no projeto. ◆ Outro documento muito importante que percorre todo o ciclo de certificação é a Tabela de Rastreamento de Requisitos (RT). Nos documentos como as Especificações de Requisitos de Segurança (SRS), os Conceitos de Segurança (SC), o Plano de Testes (TP) e o Relatório de Testes (TR), cada item relacionado à segurança é identificado por um número sequencial (SR1, SC1, TP1, TR1, etc.). Isso permite que as relações entre os itens relacionados à segurança em diferentes documentos sejam identificadas, facilitando assim o rastreamento entre eles. As observações da entidade certificadora são enviadas à empresa solicitante na forma de um documento LOP. Após várias rodadas de revisões, quando todas as observações da entidade certificadora forem sanadas no documento LOP, isso significa que a barreira de segurança passou pela avaliação na fase conceitual pela entidade certificadora, e o processo de certificação entra na fase de inspeção detalhada. ② Fase de inspeção principal: Tarefas da fase de inspeção principal: testes adicionais de funcionalidade, segurança e meio ambiente, para verificar se as funcionalidades de segurança definidas e o nível SIL são atingidos. ◆ Relatório de redução de especificações: A Rhein TUV exige a redução das especificações do dispositivo, devendo-se escolher a condição mais rigorosa entre o princípio de 2/3 e a redução de nível 2 estabelecida na GJB/Z 35-93 para sua aplicação ； A redução da capacidade de dispositivos intrinsecamente seguros, como fusíveis e diodos Zener, deve ser feita de acordo com os requisitos da norma nacional GB 3836. Se o componente tiver um desempenho inferior ao exigido, será necessário escolher um componente adequado novamente. Tabela 1: Redução de especificações dos componentes
Nome do componente | Especificações | Parâmetros de redução | Requisitos do manual | Valor real | Redução real | Conclusão
Indutor L1 | 422776156 | Corrente instantânea (A): 0,8 | 0,67 | 0,06 | 0,09 | Aprovado
Tensão de ruptura do isolante (V): 800 | 0,5 | 30 | 0,0375 | Aprovado
Corrente de operação (A): 0,4 | 0,6 | 0,03 | 0,075 | Aprovado
Temperatura térmica (°C): 85 | THS-(25~10): 60,063 | Menor que THS-(25~10) | Aprovado
Capacitor C1/C2012N102N101T | Tensão de operação (V): 100 | 0,6 | 29 | 0,299 | Aprovado
Temperatura máxima de operação (°C): 125 | TAM-10: 60 | Menor que TAM-10 | Aprovado
◆ Relatório de análise FMEA: a) Determinar a estrutura do produto; dividir o conjunto completo em vários blocos funcionais, de acordo com o diagrama de confiabilidade. b. Escolha um banco de dados de confiabilidade adequado. O valor de referência para a taxa de falha dos dispositivos, λref, pode ser obtido consultando o banco de dados da Siemens SN 29500, ou diretamente com o fabricante ； O nível de confiança exigido para participar do cálculo é de 70%. Se o fabricante fornecer um nível de confiança de 60%, será necessário fazer uma correção: λ70% = λ60% × 1,204 / 0,917. c) Determinação das condições ambientais (como temperatura, pressão, etc.): Na análise FMEA, é necessário utilizar os dados reais de tensão, corrente e temperatura utilizados pelo dispositivo, consultando o banco de dados da Siemens, a fim de calcular o valor real da taxa de falha λ. d. Referindo-se aos modos de falha dos dispositivos descritos no Anexo D da IEC 62061, bem como às proporções de cada um desses modos de falha, calcula-se a soma das taxas de falha de cada bloco funcional, além da pontuação de falha de segurança SFF. É necessário que o valor SFF de cada bloco funcional atenda aos requisitos correspondentes ao seu nível SIL. Tabela 2: Cálculo da pontuação de falha de segurança dos blocos funcionais
Número de IDs | Especificações | Função | Modo de falha | Impacto da falha | Critério de perigo | Medidas de diagnóstico
DC | λ | λs | λD | λDD | λDU | SFF | U6 | 1 | MAX3256 | Ponte completa | Circuito aberto | Sem impacto ou perda de saída; entra em estado seguro | 0 | Nenhum | 0 | 16,4 | 3,28 | 3,28 | 0 | 0 | Curto-circuito entre quaisquer dois terminais | Sem impacto ou perda de saída; entra em estado seguro | 0 | Nenhum | 0 | 3,28 | 0 | 0 | 0 | Bloqueio | Sem impacto ou perda de saída; entra em estado seguro | 0 | Nenhum | 0 | 3,28 | 0 | 0 | 0 | Oscilações parasitas na saída | Perda da função de segurança | 1 | Nenhum | 0 | 0 | 3,28 | 0 | 3,28 | Alteração no valor | Sem impacto ou perda de saída; entra em estado seguro | 1 | Nenhum | 0 | 3,28 | 0 | 0 | 0 | C62 | 2 | 0603 | 5% | Filtragem | Circuito aberto | Sem impacto | 0 | Nenhum | 0 | 44 | 14,67 | 0 | 0 | 0 | C43 | CL10F101 | Curto-circuito | Saída desligada; entra em estado seguro | 0 | Nenhum | 0 | 14,67 | 0 | 0 | 0 | Alteração no valor | Sem impacto | 0 | Nenhum | 0 | 14,67 | 0 | 0 | 0 | Total | 60,4 | 57,12 | 3,28 | 0 | 3,28 | 0,9457
◆ Taxa de cobertura do diagnóstico DC: A taxa de cobertura do diagnóstico depende das medidas adotadas. Seus valores podem ser aproximadamente 60%, 90% e 99%. As tabelas A.2 a A.15 da IEC 61508-2 listam as técnicas e medidas recomendadas para testes de diagnóstico. O diagrama de confiabilidade da barreira de segurança com duas entradas digitais e duas saídas é mostrado na Figura 3. De acordo com os mais recentes requisitos dos engenheiros certificados na Alemanha, os relés devem ser avaliados como um bloco funcional separado, participando da análise FMEA. Existem falhas de causa comum na fonte de alimentação e na entrada; são realizados cálculos para PFD e PFH. http://yunrun.com.cn/upload/201804/25/201804252058206101.png Figura 2: Diagrama de confiabilidade e cálculo do PFD ◆ Teste de inserção de falhas (Fault Insert Test). O teste FIT é utilizado pelas entidades certificadoras para verificar a correção dos relatórios FMEA. Se os resultados dos testes FIT não estiverem em concordância com o FMEA, é necessário retornar à fase de projeto para fazer as alterações necessárias, ou então modificar o relatório do FMEA com base nos resultados dos testes. Nesse caso, é preciso calcular novamente a pontuação de falha de segurança e a taxa de falhas, a fim de determinar o nível SIL. ◆ Testes de desempenho, testes EMC/ambientais: de acordo com as exigências da GB 3836, as barreiras de segurança devem passar por testes de tipo rigorosos ； Além disso, de acordo com os requisitos da VVP, a barreira de segurança deve passar por testes de desempenho completo, a fim de confirmar a efetivação de suas funções de segurança. Os itens de teste EMC para barreiras de segurança com segurança funcional, bem como os padrões de referência e níveis de teste, seguem os requisitos do Anexo E da IEC 2061. Para os testes relacionados a descargas eletrostáticas, pulsos elétricos rápidos e surtos, são aplicados requisitos de teste mais rigorosos. ◆ Os documentos do sistema referem-se às barreiras de segurança que possuem requisitos de segurança funcional. Esses documentos devem atender tanto aos requisitos do sistema de gestão quanto aos da norma IEC 1508, a fim de garantir que todas as atividades sejam realizadas corretamente ao longo do ciclo de vida da segurança. ◆ Manual de Design: O manual de design é um documento fundamental criado para viabilizar as funcões de design, incluindo informações sobre a carcaça, requisitos estruturais, princípios de funcionamento, listas e funcionalidades. De acordo com os padrões estabelecidos, ele é apresentado preferencialmente em formato de diagramas. ◆ Relatório de verificação: A verificação é uma atividade de autoinspeção realizada pelo fabricante após a conclusão da montagem, incluindo o relatório de conformidade em termos de segurança elétrica e o relatório de testes de valores limítrofes. ◆ Requisitos de produção: Os requisitos de produção são as normas estabelecidas pelos fabricantes para que um produto possa cumprir suas funções. Eles incluem requisitos funcionais, requisitos de segurança e requisitos ambientais. ◆ Manual do usuário O manual do usuário é um documento que contém informações sobre as especificações do produto, suas funcionalidades, instalação e operação, além de testes de verificação. Inclui também orientações de segurança, métodos de operação e soluções para problemas. O objetivo da revisão dos documentos de gestão é verificar se os meios e fundamentos para atender aos requisitos de segurança são suficientes e adequados, se o conteúdo dos documentos satisfaz as necessidades de cada fase do ciclo de vida da segurança, e se eles podem servir como base para a realização da certificação de segurança funcional. Quando todos os documentos acima forem aprovados, a entidade certificadora procederá à emissão do certificado de segurança funcional do instrumento. Atualmente, já existem muitas instituições de pesquisa em segurança funcional e órgãos de teste relacionados, como o Instituto de Instrumentação Automática de Xangai e o Instituto de Tecnologia e Economia Integrada para Instrumentos da Indústria Mecânica. Essas instituições já começaram a oferecer serviços de certificação em segurança funcional no país. O número de profissionais qualificados está aumentando, assim como seu nível técnico. Assim, a certificação em segurança funcional para instrumentos de proteção pode ser realizada no país. Existem muitas diferenças em termos de práticas e percepções entre as diversas organizações*. Recomenda-se que todos estudem a fundo a norma IEC 6508, levando em consideração as características reais dos produtos da própria empresa, sem se prender a modelos pré-definidos, a fim de obter o certificado de segurança funcional o mais rápido possível. Autor: Zhang Hongyun