Conceitos básicos de instrumentação de segurança e princípios de configuração

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1. O Sistema de Instrumentação de Segurança (SIS) é um conjunto de componentes que permitem a realização de uma ou mais funções de segurança: instrumentos de medição, controladores lógicos, componentes finais e softwares relacionados. Além disso, o sistema também possui interfaces de comunicação e interfaces homem-máquina. As características do sistema são de segurança contra falhas. 2. Função de instrumentação de segurança (SIF): função de proteção ou controle de segurança, implementada por meio de instrumentos de medição, controladores lógicos, componentes finais e softwares relacionados, com o objetivo de prevenir, reduzir a ocorrência de eventos perigosos ou manter o processo em um estado seguro. 3. Riscos, riscos de segurança: Eventos perigosos específicos e suas consequências potenciais. Segurança: Em termos simples, o risco que é aceitável é o que representa segurança. 4. Integridade de segurança, nível de integridade de segurança (SIL): Integridade de segurança: é a probabilidade média de o SIS cumprir o SIF, sob as condições e no prazo estabelecidos. Nível de integridade de segurança (SIL): o nível das funções de segurança, que varia de baixo para alto, de SIL1 a SIL4. Esta norma exige que, na atribuição das funções de segurança, o nível de integridade de segurança máximo seja SIL3. Modo de operação com requisitos baixos: SIL1 corresponde a uma probabilidade média de falha por ano de 10-1 a 10-2. SIL2 corresponde a uma probabilidade média de falha por ano de 10-2 a 10-3. SIL3 corresponde a uma probabilidade média de falha por ano de 10-3 a 10-4. Conteúdo da avaliação SIL: 1) Determinar o SIL de cada SIF. 2) Definir os requisitos de diagnóstico, manutenção e teste, incluindo o intervalo entre os testes. 5. O Sistema Básico de Controle de Processos (BPCS) é um sistema que responde às medições do processo, bem como aos sinais de entrada de outros equipamentos, instrumentos, sistemas de controle ou operadores. De acordo com as regras, algoritmos e métodos de controle de processos, ele gera sinais de saída para realizar o controle do processo e a operação dos equipamentos relacionados. (Entender significa sistemas de controle fora do SIS, sistemas que não executam o SIF). 6. Camada de proteção: medidas para reduzir riscos por meio da prevenção, controle e atenuação. Ciclo de vida de segurança: todo o processo, desde a fase de projeto da instalação até o momento em que todas as funções relacionadas à segurança deixam de ser utilizadas. Em três fases: 1) Fase de projeto de engenharia, do planejamento inicial até a conclusão do projeto de engenharia detalhado. A especialização em controle automático passa de participante no processo anterior à avaliação e revisão SIL para papel de líder. 2) Fase de teste de aceitação pós-integração, com o integrador como responsável principal. 3) Fase de operação e manutenção, com controle principal pelo proprietário. III. Instrumentos de medição
Os instrumentos de medição incluem dois tipos: os de tipo analógico e os de tipo digital.

1. Regras gerais
● É recomendado o uso de transmissores inteligentes do tipo 4–20mA+HART para os instrumentos de medição.
● Em locais com risco de explosão, devem ser utilizados instrumentos à prova de explosão.
● O grau de proteção dos instrumentos de medição instalados no local deve ser pelo menos IP65.
● Os instrumentos de medição e os pontos de coleta de dados devem ser instalados de forma independente.
● Não se deve utilizar barramentos de campo ou outros métodos de comunicação como sinais de entrada para o SIS.

2. Princípios de instalação independente e redundância dos instrumentos de medição
● Para sistemas SIL1: os instrumentos de medição podem ser compartilhados com o BPCS; pode-se usar um único instrumento de medição.
● Para sistemas SIL2: os instrumentos de medição devem ser separados do BPCS; é recomendado o uso de instrumentos de medição redundantes.
● Para sistemas SIL3: os instrumentos de medição devem ser separados do BPCS; é necessário o uso de instrumentos de medição redundantes.

3. Estruturas de redundância
● Quando o sistema exige alta segurança, deve-se utilizar uma estrutura lógica do tipo “OU”.
● Quando o sistema exige alta disponibilidade, deve-se utilizar uma estrutura lógica do tipo “E”.
● Quando o sistema exige tanto alta segurança quanto alta disponibilidade, deve-se utilizar uma estrutura lógica do tipo “três em dois”.

IV. Elementos finais
Os elementos finais incluem válvulas de controle (válvulas reguladoras, válvulas de corte), válvulas eletrônicas, motores e outros dispositivos de execução.

1. Regras gerais
● É recomendado o uso de válvulas de controle pneumáticas, em vez de válvulas de controle elétricas.
● Quando as válvulas de controle pneumáticas são utilizadas para funções de segurança, o SIS deve agir primeiro. Ou seja, a válvula eletrônica associada à válvula reguladora deve ser instalada entre o posicionador e o atuador, enquanto a válvula eletrônica associada à válvula de corte deve ser instalada no atuador. A alimentação dos válvulas eletromagnéticas deve ser fornecida pelo SIS. ● As válvulas de controle pneumático devem utilizar atuadores de um único cilindro com recuperação por mola. Quando se utilizam atuadores de dois cilindros, é recomendável usar um tanque de armazenamento de ar ou tubulações especiais para fornecimento de ar. ● Em locais com risco de explosão, devem-se utilizar válvulas eletromagnéticas e interruptores de posição à prova de explosão. ● O grau de proteção das válvulas eletromagnéticas e dos interruptores de posição instalados no local não deve ser inferior a IP65. 2. Princípios de instalação independente e redundância das válvulas de controle ● Para SIF de nível SIL1: as válvulas de controle podem ser compartilhadas com o BPCS, mas o SIS deve ter prioridade; pode-se usar uma única válvula de controle. ● Para SIF de nível SIL2: as válvulas de controle devem ser separadas do BPCS; é recomendável usar válvulas de controle redundantes. ● Para SIF de nível SIL3: as válvulas de controle devem ser separadas do BPCS, e devem ser utilizadas válvulas de controle redundantes. 3. Modos de redundância ● A redundância das válvulas de controle pode ser alcançada com o uso de uma válvula de regulação e uma válvula de corte, ou com duas válvulas de corte. ● Quando o sistema exige alta segurança, as válvulas eletromagnéticas redundantes devem seguir uma lógica “OU”. ● Quando o sistema exige alta disponibilidade, as válvulas eletromagnéticas redundantes devem seguir uma lógica “E”. 5. Controladores lógicos Os controladores lógicos devem ser sistemas eletrônicos programáveis. Em situações simples, podem-se usar sistemas de relés, ou uma combinação de sistemas eletrônicos programáveis e sistemas de relés. 1. Regras gerais: Quando o controlador lógico é um sistema eletrônico programável, o tempo total de resposta do controlador lógico deve estar entre 100 ms e 300 ms. O tempo total de resposta refere-se ao tempo total necessário para que o sinal chegue do controlador lógico até sair dele. A carga da unidade central de processamento do controlador lógico não deve exceder 50%. A carga de comunicação interna do controlador lógico também não deve exceder 50%; caso seja utilizada a rede Ethernet, essa carga não deve ultrapassar 20%.

2. Princípios de configuração independente e redundante dos controladores lógicos: Para atingir o nível SIL1, o controlador lógico deve ser separado do BPCS; pode-se utilizar controladores lógicos redundantes. Para atingir o nível SIL2, o controlador lógico também deve ser separado do BPCS, sendo recomendável o uso de controladores lógicos redundantes. Para atingir o nível SIL3, o controlador lógico deve ser separado do BPCS, e é obrigatório o uso de controladores lógicos redundantes.

3. Princípios de configuração do controlador lógico: O controlador lógico deve atender aos requisitos do nível SIL e deve ser capaz de executar as funções necessárias de forma independente. As versões de software e hardware do controlador lógico devem ser oficialmente lançadas. A unidade central de processamento, as unidades de E/S, as unidades de alimentação e as unidades de comunicação do controlador lógico devem ser unidades independentes, permitindo assim a substituição dessas unidades online sem afetar o funcionamento normal do controlador lógico. O controlador lógico deve ter funcionalidades de diagnóstico e teste tanto em termos de software quanto de hardware. As informações de diagnóstico e teste devem ser exibidas e registradas na estação de engenharia e/ou na estação de operação. Os problemas do sistema do controlador lógico devem ser alertados na estação de operação do SIS, mas também podem ser alertados na estação de operação do BPCS.

4. Princípios de configuração das interfaces do controlador lógico: Os canais de sinal das placas de E/S devem ter isolamento ótico ou eletromagnético. As placas de E/S não devem utilizar sinais digitais via barramento de campo. Os sinais de vários instrumentos de medição que detectam a mesma variável de processo devem ser conectados a diferentes placas de entrada. Os componentes finais redundantes devem ser conectados a diferentes placas de saída. Cada canal de saída deve conectar apenas um componente final