Как специалисты по приборам разрабатывают техническое описание требований к безопасности для систем SIS (SRS)?

Thread Content

SRS играет решающую роль в реализации функций безопасности приборов. Разработка спецификации требований к безопасности (SRS) является одной из важнейших задач на протяжении всего жизненного цикла СИС. Он предоставляет руководящие принципы для проектирования систем SIS, а также для аппаратной интеграции и программной настройки логических контроллеров, их установки и наладки, включая запуск в эксплуатацию. В последние годы в химической промышленности активно развивается технология SIS; она появляется все чаще, словно грибы после дождя. Практически все химические компании уже внедрили SIS. Однако до сих пор лишь немногие компании могут предоставить то, что является крайне важным для SIS — а именно спецификации требований к безопасности, или SRS. В последнее время все больше внимания уделяется нормализации управления SRS. На самом деле SRS является неотъемлемой частью SIS: если существует SIS, то, логично говоря, должен существовать и SRS для его поддержки. По словам одного из специалистов: «Отсутствие чего-то в прошлом не означает, что этого не нужно; отсутствие проверок в прошлом не означает, что их не будут проводить в будущем». Вероятно, в ближайшем будущем SRS также станет настолько же важным, как и SIS. При проверке SIS SRS будет считаться одним из обязательных пунктов для проверки. Давайте рассмотрим, что же на самом деле представляет собой SRS SRS yunrun.com.cn/tech/2745.html СРС означает «Спецификация требований к безопасности»; стандарт (GB/T -21109-2007) содержит все требования к функциям систем безопасности, которые должны выполняться такими системами ； (Требования должны быть очень четкими). Цели и содержание SRS. Для обеспечения необходимых функций безопасности, с учетом требований к функциям безопасности приборов (SIF) и соответствующих правил, касающихся уровня безопасности (SIL), SRS должен состоять из двух основных частей: ◆ Технические требования к функциям безопасности – в них описываются входные и выходные данные системы, а также логика ее работы. Другими словами, она определяет, что должна делать каждая функция безопасности (SIF)? Например: когда температура в реакторе превышает установленное значение (350°C), электрический нагреватель отключается. ◆Технические требования к уровню надежности безопасности описывают требования к уровню безопасности каждой функции ； Другими словами, она определяет, какие способности должна иметь каждая функция безопасности или насколько она хороша. Например: когда температура в реакторе превышает установленное значение (350°C), необходимо обеспечить вероятность или шанс отключения электрического нагревателя на уровне 99% и выше ； Ввод: описание функций, связанных с требованиями к безопасности ； Требования к безопасности SIS, требования к безопасности программного обеспечения. Назначение SRS. SRS является основой для проектирования системы SIS (на этапах первоначального проектирования, детального проектирования, а также управления на протяжении всего цикла жизни системы и во время её эксплуатации). Кроме того, он служит основанием для окончательной проверки системы SIS. Поэтому в него должна быть включена вся необходимая информация, чтобы получилась полная и комплексная документация. Примечание: SRS является важным элементом всего жизненного цикла безопасности. Благодаря SRS можно определить, как спроектировать функции безопасности (SIF), а также как интегрировать эти функции (SIF) в систему SIS. Основные подготовительные работы для SRS. Перед разработкой SRS необходимо выполнить следующие действия (эти действия лежат в основе эффективного технического описания; если они не будут выполнены, то сам процесс разработки будет бессмысленным). Необходимо обеспечить, чтобы эти работы были выполнены правильно и качественно. Почему акцентируется внимание на подготовительных работах? Если основная работа выполнена неправильно, то все усилия и время, затраченные на разработку технических требований к системе, будут напрасны (если основа неверна, всё будет неверно)! 1. Концептуальный проектирование технологического процесса
2. Анализ опасностей и проектирование с учетом рисков (один лишь анализ не способствует повышению безопасности технологического процесса или системы; более важно применять результаты анализа на последующих этапах).
3. Определение необходимости использования дополнительных сред защиты, отличных от SIS; при необходимости — определение уровня SIL. Для составления SRS необходимы ключевые технические документы ◆ Информация, связанная с технологическим процессом: 1. Схема трубопроводов и приборов (P&ID); 2. Описание процедур управления процессом; 3. Описание систем контроля процесса, включая дизайн основных систем управления процессом, стратегии распределения систем безопасности, типы управления, интерфейсы для операторов, систему управления сигналами тревоги и запись исторических данных; 4. Соответствующие нормативные акты в области безопасности (включая требования на национальном, отраслевом, региональном и муниципальном уровнях, а также требования предприятия); 5. Документы, касающиеся надежности, качества или экологии, а также технические документы, связанные с эксплуатацией и техническим обслуживанием ； ◆Диаграмма причин и следствий (Cause-Effect). С помощью диаграммы причин и следствий можно объединить требования, касающиеся безопасности и целостности, в одном техническом документе (также можно собрать в одну таблицу другие требования, такие как диапазон измерений приборов, значения настроек, условия функционирования и т. д.) ； ◆Логическая схема служит дополнением к схеме причинно-следственных связей и позволяет описывать более сложные функции, основанные на времени или последовательности (то, что невозможно описать с помощью слов или схемы причинно-следственных связей, можно выразить с помощью логической схемы или логических связей) ； ◆Таблица технологических данных. Таблица данных технологического процесса предоставляет необходимую информацию для составления спецификаций по выбору приборов. Этапы и основные компоненты разработки SRS определяются в соответствии с полным жизненным циклом SIS и тем, что описано в пункте 4. SRS разрабатывается после завершения базовой подготовительной работы и до начала проектирования системы SIS. Кто будет разрабатывать SRS? Из определения SRS следует, что это спецификация требований к системам безопасности, которая в то же время служит входным документом для проектирования таких систем. Поэтому сотрудники, ответственные за управление процессами или оборудованием, обычно занимаются разработкой этих спецификаций (хотя эту работу не всегда выполняют только специалисты по оборудованию; её могут разрабатывать группы, занимающиеся оценкой рисков, и/или сама команда, ответственная за проект). Что касается вопросов ответственности, ни одна специальность не хочет брать на себя эту «горячую проблему». Однако, учитывая цели использования SRS, нет никаких сомнений в том, что подготовка документа SRS ложится на ответственность специалистов по приборам. Конечно, это не задача, которую может решить только специалист по приборам; для её выполнения можно сформировать команду, в которую войдут специалисты по технологии, безопасности, оборудованию, электрике и т. д. Внимание при составлении SRS ◆ Технические требования следует излагать максимально просто и ясно, чтобы все сотрудники (те, кто может использовать эту информацию на любом этапе жизненного цикла) понимали каждую деталь требований, указанных в спецификации ； Необходимо разработать систему безопасности для предотвращения или снижения риска возникновения опасных ситуаций. При формировании решений также следует избегать чрезмерной сложности. ◆Техническое описание должно быть чрезвычайно ясным; в нем следует указать, что необходимо получить, но не обязательно описывать, как это сделать. ◆Техническое описание может быть отдельным документом, а также совокупностью нескольких документов, включающих правила, чертежи или стандарты компании. Основная цель — обеспечить, чтобы в SRS были перечислены все требования к функциональности и требования к уровню полноты, предъявляемые к SIS, включая требования к прикладному программному обеспечению. ◆Описание должно быть четким, точным, функции — проверяемыми, а система — обслуживаемой и реализуемой. ◆Избегать любых выявленных состояний процесса или последовательностей действий SIS, которые могут привести к опасным ситуациям (SIS используется для предотвращения опасностей, но риски, связанные с процессом остановки или после нее, также требуют оценки). ◆СИС может выполнять функции, связанные с обеспечением безопасности, но не являющиеся частью функций безопасных измерительных устройств. Эти функции необходимо отделять от функций безопасных измерительных устройств. Они способствуют плавному остановлению или быстрому запуску оборудования. Приложение 1. Краткое описание требований к безопасности (в таблице; количество стандартных требований увеличено до 29).
I. Требования к предоставлению документации:
◆ Пункт 1: Подробные требования к диаграмме P&ID: обязательно.
◆ Пункт 2: Подробные требования к диаграмме причинно-следственных связей (C&E): обязательно.
◆ Пункт 3: Логические схемы: не являются обязательными; их можно не предоставлять, если диаграмма причинно-следственных связей позволяет полностью описать логические связи и требования.
◆ Пункт 4: Таблица технологических параметров: необходимо указать все параметры и требования, связанные с датчиками и исполнительными механизмами на производстве.
◆ Пункт 5: Информация о потенциально опасных ситуациях, которые можно предотвратить с помощью систем SIF (причины аварий, гидродинамические факторы, элементы оборудования и т. д.). ① На основе отчетов Hazop и Lopa: какие риски могут возникнуть? Как SIF может снизить или подавить эти дочерние концепции? ②Требования к скорости реакции и точности приборов в системе безопасности ； ③Особые требования к исполнительным механизмам (например, учет времени сопротивления клапана возгоранию в случае пожара, уровень герметичности при закрытии, время закрытия и т. д.) ◆ Пункт 6: Определение и учет факторов, приводящих к совместным сбоям. Подробные требования: необходимо выявить все факторы, способные вызвать сбои в процессе работы оборудования или из-за внешних факторов (например, коррозия, кристаллизация, засорение и т. д.). Необходимо учитывать все экстремальные условия, в которых может находиться SIS (необходимо учитывать коррозионную активность, вязкость, процессы кристаллизации и т. д.). Целесообразно использовать разнообразные конструкции для предотвращения совместных сбоев. ◆Пункт 7: Требования законодательства и нормативных актов, влияющие на SIS. Подробные требования: международные стандарты, **, законы и нормативные акты Главного управления по безопасности, местные нормативные акты, соответствующие документы, а также управленческие требования предприятия. II. Подробные требования к SIF (для соблюдения требований к функциональной безопасности необходимо описать все необходимые параметры SIF, включая функции безопасности приборов и уровень безопасности). ◆Пункт 8: Номер SIF. Подробные требования: необходимо для того, чтобы иметь уникальный идентификатор SIF, что облегчит его последующее обслуживание и управление. ◆ Пункт 9: Уровень SIL, требуемый для SIF (уровень SIL и режим работы для каждого SIF). Подробные требования: SIL0–2; уровень SIL3 в химической промышленности встречается редко. ◆ Пункт 10: Ожидаемый уровень требований (возможные источники требований к SIF и их уровень). Подробные требования: режим с низкими или высокими требованиями; в химической промышленности обычно используется режим с низкими требованиями. ◆ Пункт 11: Интервал тестирования (требования к периодичности проверок и тестирования, Proof Test Interval). Для достижения необходимого уровня SIL важно определить требования к периодичности обслуживания и тестирования. Это важно для расчета уровня SIL; при начале проектирования СИС необходимо заранее определить такие требования, чтобы их можно было учесть в процессе проектирования (расчеты для СИС) ； Необходимо разумно определить это с учетом циклов производства и технического обслуживания оборудования, а также условий использования приборов. ◆Пункт 12: Определение состояния безопасности технологического процесса в каждый определенный момент времени (требования к времени, необходимому для приведения процесса в безопасное состояние). Подробные требования: состояние установки (находится ли оборудование в состоянии остановки?) Сохранить? или доведение до нуля и т. д.) ◆Пункт 13: Входные параметры процесса и их задания для взаимодействия. Подробные требования: могут быть описаны в диаграмме причинно-следственных связей (C&E). ◆Пункт 14: Нормальный диапазон значений параметров процесса и пределы их работы. Подробные требования: могут быть описаны в диаграмме причинно-следственных связей (C&E). ◆Пункт 15: Выходные параметры процесса и описание их функций. Подробные требования: могут быть описаны в диаграмме причинно-следственных связей (C&E). ◆Пункт 16: Функциональные связи между входными и выходными параметрами процесса (включая логические и математические функции, а также необходимые разрешения). Подробные требования: могут быть описаны в диаграмме причинно-следственных связей (C&E). ◆Пункт 17: Выбор способа остановки системы – деактивация или активация (действия, которые выполняет система SIS при отсутствии питания или подачи газа). Подробные требования: поскольку система SIS разрабатывается с учетом принципов безопасности при сбоях, обычно она предназначена для деактивации. ◆Пункт 18: Условия и требования к ручной остановке. Подробные требования: необходимо ли использовать физические переключатели для ручной остановки, независимо от программируемого контроллера. ◆Пункт 19: Время, необходимое для того, чтобы система SIS привела процесс в безопасное состояние. Подробные требования: необходимо учитывать время реакции датчиков, логических контроллеров, исполнительных устройств, а также времени, необходимое для действий оператора; это нельзя определять произвольно. ◆Пункт 20: Требования к действиям в связи с выявленными неисправностями и любыми другими заметными проблемами. Подробные требования: какие меры необходимо принять, технические условия для перехода в определенное состояние или поддержания его (остановка работы или принятие решения на основе других факторов?) ) ◆Пункт 21: Требования к интерфейсу человек-машина (HMI). Подробные требования: необходимо полностью описать интерфейс между СИС и оператором, включая функции экстренной остановки, сигнализацию (сигналы о предупреждающей остановке, остановке, байпасе и диагностике), режимы байпаса (мягкий и жесткий байпас), а также порядок записи данных во времени. ◆Пункт 22: Функция сброса (требования к шагам и процедурам, которые необходимо выполнить при запуске и повторном запуске СИС после остановки). Подробные требования: необходимо определить все требования, связанные с процессом повторного запуска после остановки ； Права на управление переключателем сброса ◆ Пункт 23: Требования к функциям диагностики для достижения необходимого уровня SIL. Подробные требования: необходимо ли, чтобы система регулярно выполняла самодиагностику? ◆ Пункт 24: Если принудительная остановка системы представляет опасность, каковы соответствующие требования к надежности? Подробные требования: иногда остановка системы не является оптимальным решением; необходимо также оценить риски, связанные с ее остановкой, с учетом максимально допустимой частоты ошибочных остановок. ◆Пункт 25: Режимы отказа всех датчиков и трансмиттеров, контроллеров, а также каждого регулирующего клапана. Подробные требования: необходимо определить режимы отказа СИС. Трансмиттер может быть спроектирован таким образом, чтобы при его отказе система переходила в состояние отключения или же наоборот — в состояние активации.

Пункт 26: Максимально допустимая частота ложных остановок. Подробные требования: какова допустимая частота ложных остановок? ◆Пункт 27: Требования к функциям перехода в режим аварийной работы, запретам и обходным путям. Подробные требования: необходимо определить условия, при которых можно вручную привести процесс в безопасное состояние. Например, если от оператора требуется возможность вручную выключить устройство из контрольной комнаты или непосредственно на месте, то это должно быть четко указано. Также необходимо определить любые требования к независимости кнопок ручного останова в логических схемах СИС. ◆Пункт 28: Требования к функциям прикладного программного обеспечения. Подробные требования: специальные требования; требования к программному обеспечению должны быть четкими, ясными, подлежащими проверке, тестированию, изменению и отслеживанию. ◆ Пункт 29: Среднее время на ремонт SIF. Подробные требования: требования к среднему времени восстановления работы SIF после возникновения неисправностей. Приложение 2: Требования к безопасности из спецификации требований к безопасности (SRS) (взято из GB/T 21109.1-2007, раздел 10.3). 1. Описание всех SIF, необходимых для обеспечения функций безопасности (например: описание логики взаимодействия элементов, диаграммы причинно-следственных связей или логические схемы) ； 2. Требования к выявлению и учету общих причин отказа ； 3. Определение состояния процессной безопасности для каждой из определенных функций безопасности приборов ； 4. Определение любого отдельного состояния безопасности процесса: когда эти состояния возникают одновременно, это приводит к появлению отдельного риска (например, перегрузка системы экстренного хранения, многократное сброс давления в системе горения).
5. Предполагаемые источники «требований» и «скорости возникновения требований» для функций безопасности оборудования SIF ； 6. Требования, связанные с интервалом времени между проверками и испытаниями (TI) ； 7. СИС обеспечивает безопасное состояние процесса; предусмотрены требования к времени реакции (времени выполнения действий) на каждый сигнал SIF ； 8. Уровень безопасности целостности (SIL) для каждого SIF, а также режим работы (требуемый/непрерывный) ； 9. Описание параметров измерения, диапазона и точности процесса PID, а также значения отключения (установочного значения для выключения) ； 10. Описание действий, выполняемых в процессе SIF, и критериев успешной работы (например, требования к уровню утечки у закрывающегося клапана) ； 11. Функциональные связи между точками ввода и вывода процесса, включая логические и математические функции, а также любые необходимые разрешения ； 12. Требования к ручному останову (требования к ручному останову для каждого SIF) ； 13. Требования, связанные с отключением при подаче или отсутствии питания (требования к отключению при подаче питания или его отсутствии для каждого SIF) ； 14. Максимально допустимый коэффициент отключения для каждого SIF (максимально допустимая частота ошибочного отключения) ； 15. Требования к сбросу после остановки SIF (например, требования к ручному, полуавтоматическому или автоматическому сбросу окончательных элементов) ； 16. Режимы отказа каждого SIF и требуемые реакции СИС (например: сигнализация, автоматическая остановка) ； 17. Любые особые требования, связанные с процедурами запуска и повторного запуска SIS ； 18. Требования к безопасности всех интерфейсов между SIS и любым другим оборудованием (включая BPCS и оператора) ； 19. Описание режимов работы завода и идентификация функций безопасности приборов в каждом из этих режимов ； 20. Требования к безопасности приложений (программного обеспечения) ； 21. Требования к переходу в режим аварийной работы/запрету/обходу, включая письменные инструкции по операциям с обходом, должны четко описывать, как настраивается обход и как отключается ； 22. При обнаружении какого-либо сбоя в СИС необходимо принимать все меры, необходимые для поддержания безопасного состояния процесса. При этом необходимо учитывать влияние человеческого фактора на эти действия. 23. При определении практически достижимого среднего времени на ремонт (MTTR) для SIS необходимо учитывать запасы запчастей для ремонта, время в пути у персонала, процесс установки запчастей, условия, предусмотренные сервисными контрактами, а также технические навыки персонала и ограничения, связанные с окружающей средой. 24. Идентификация опасных комбинаций состояний выхода SIS, которых следует избегать ； 25. Определение всех возможных экстремальных условий окружающей среды, с которыми может столкнуться SIS во время транспортировки, хранения, установки и эксплуатации. Необходимо учитывать следующие факторы: температура, влажность, загрязнители, электромагнитные помехи/радиочастотные помехи (EMI/RFI), вибрации/удары, статическое разрядение, классификация зон по уровню взрывоопасности, наводнения, молнии и другие связанные факторы ； 26. Определение нормального или аномального режима работы технологического процесса, включая работу всего технологического оборудования (например, запуск установки), а также отдельных операций (например, техническое обслуживание оборудования, калибровка датчиков или их ремонт). Возможно, потребуются дополнительные SIF для обеспечения корректной работы в этих режимах процессов ； 27. Требования к функциям безопасности приборов, согласно которым любой SIF должен быть способен выдержать один серьезный нештатный инцидент. Например, как долго должен оставаться в рабочем состоянии клапан отключения при пожаре. 28. Список входных и выходных измерительных приборов, а также исполнительных механизмов, связанных с каждым SIF, для обеспечения уникальности идентификаторов. На сайте Changhui Instruments собрано множество оригинальных и полезных технических статей. Приглашаем всех посетить сайт Changhui Instruments