Conceptos básicos de los instrumentos de seguridad y principios de configuración

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1. El Sistema de Instrumentación de Seguridad (SIS) es un sistema de instrumentos que permite realizar una o más funciones de seguridad; está compuesto por instrumentos de medición, controladores lógicos, componentes finales y software relacionado. Además, el sistema cuenta con interfaces de comunicación e interfaces hombre-máquina. Las características del sistema son de tipo a prueba de fallos. 2. Función de instrumentación de seguridad (SIF): función de protección o control de seguridad que se implementa mediante instrumentos de medición, controladores lógicos, componentes finales y software relacionado, con el objetivo de prevenir o reducir la ocurrencia de eventos peligrosos o mantener el proceso en un estado seguro. 3. Riesgos, riesgos de seguridad: Eventos peligrosos específicos y sus posibles consecuencias que se pueden prever. Seguridad: En pocas palabras, el riesgo que se puede aceptar es aquel que se considera seguro. 4. Integridad de seguridad, nivel de integridad de seguridad (SIL). Integridad de seguridad: Probabilidad promedio de que el SIS cumpla con los SIF bajo las condiciones y plazos establecidos. Nivel de integridad de seguridad (SIL): El nivel de las funciones de seguridad, que va de bajo a alto: SIL1–SIL4. Esta norma exige que, al asignar las funciones de seguridad, el nivel de integridad de seguridad sea como máximo SIL3. Modo de operación con requisitos bajos: SIL1 corresponde a una probabilidad de fallo promedio anual de 10-1---10-2. SIL2 corresponde a una probabilidad de fallo promedio anual de 10-2---10-3. SIL3 corresponde a una probabilidad de fallo promedio anual de 10-3---10-4. Contenido de la evaluación SIL: 1) Determinar el SIL de cada SIF. 2) Determinar los requisitos de diagnóstico, mantenimiento y pruebas, incluyendo los intervalos de tiempo entre las pruebas. 5. El sistema de control de procesos básico (BPCS) es un sistema que responde a las mediciones del proceso, así como a las señales de entrada provenientes de otros equipos, instrumentos, sistemas de control o operadores. Según las reglas, algoritmos y métodos de control de procesos, genera señales de salida para lograr el control del proceso y el funcionamiento adecuado de los equipos relacionados. (Se entiende como sistemas de control distintos al SIS, sistemas que no ejecutan el SIF). 6. Capa de protección: medidas para reducir los riesgos mediante la prevención, el control y la atenuación. Ciclo de vida de la seguridad: todo el proceso que va desde el diseño del proyecto hasta que dejan de utilizarse todas las funciones de los instrumentos de seguridad. En tres fases: 1) Fase de diseño de ingeniería, desde el diseño conceptual hasta la finalización del diseño de ingeniería detallado. La especialidad en control automático pasa de ser un participante en el proceso previo a la evaluación y revisión SIL, a convertirse en el actor principal. 2) Fase de pruebas de aceptación e integración, liderada por el integrador. 3) En la fase de operación y mantenimiento, el control es principalmente realizado por el propietario. III. Instrumentos de medición
Los instrumentos de medición se dividen en dos tipos: los analógicos y los digitales.

1. Disposiciones generales
● Es recomendable utilizar transmisores inteligentes con señales de 4–20 mA + HART.
● En áreas con riesgo de explosión, es preferible utilizar instrumentos a prueba de explosiones.
● El grado de protección de los instrumentos de medición instalados en el sitio debe ser al menos IP65.
● Los instrumentos de medición y los puntos de toma de datos deben estar separados entre sí.
● No se deben utilizar buses de campo u otros métodos de comunicación como señales de entrada para el SIS.

2. Principios de instalación independiente y redundancia de los instrumentos de medición
● Para sistemas SIL1: los instrumentos de medición pueden compartirse con el BPCS; se puede utilizar un único instrumento de medición.
● Para sistemas SIL2: los instrumentos de medición deben estar separados del BPCS; es recomendable utilizar instrumentos redundantes.
● Para sistemas SIL3: los instrumentos de medición deben estar completamente separados del BPCS; también es necesario utilizar instrumentos redundantes.

3. Modos de redundancia
● Cuando el sistema requiere alta seguridad, se debe utilizar una estructura lógica de tipo “o”.
● Cuando el sistema requiere alta disponibilidad, se debe utilizar una estructura lógica de tipo “y”.
● Cuando el sistema necesita tanto alta seguridad como alta disponibilidad, se debe utilizar una estructura lógica de tipo “tres de dos”.

IV. Elementos finales
Los elementos finales incluyen válvulas de control (válvulas reguladoras, válvulas de corte), electroválvulas, motores y otros dispositivos de actuación.

1. Disposiciones generales
● Es recomendable utilizar válvulas de control neumáticas, en lugar de válvulas de control eléctricas.
● Cuando las válvulas de control neumáticas cumplen funciones de instrumentación de seguridad, el SIS debe actuar primero. Es decir, la electroválvula asociada a la válvula reguladora debe estar instalada entre el posicionador y el actuador, mientras que la electroválvula asociada a la válvula de corte debe estar instalada en el propio actuador. La alimentación de las válvulas electromagnéticas debe provenir del SIS. ● Para las válvulas de control neumático, es recomendable utilizar actuadores de un solo cilindro con recuperación por resorte. Cuando se utilizan actuadores de dos cilindros, es conveniente contar con un tanque de almacenamiento de aire o tuberías especiales para suministrar aire a las válvulas. ● En lugares donde existe riesgo de explosión, es preferible utilizar válvulas electromagnéticas y interruptores de posición a prueba de explosiones. ● El grado de protección de las válvulas electromagnéticas e interruptores de posición instalados en el sitio no debe ser inferior a IP65. 2. Principios de instalación independiente y redundancia de las válvulas de control ● Para los sistemas SIL1, las válvulas de control pueden compartirse con el BPCS, pero el SIS debe tener prioridad en su funcionamiento; se puede utilizar una sola válvula de control. ● Para los sistemas SIL2, es recomendable que las válvulas de control estén separadas del BPCS, y se deben utilizar válvulas de control redundantes. ● Para los sistemas SIL3, las válvulas de control deben estar separadas del BPCS, y también se deben utilizar válvulas de control redundantes. 3. Modos de redundancia ● La redundancia de las válvulas de control puede lograrse mediante el uso de una válvula de regulación y una válvula de cierre, o bien mediante el uso de dos válvulas de cierre. ● Cuando el sistema requiere alta seguridad, es recomendable que las válvulas electromagnéticas redundantes funcionen según una lógica “o”. ● Cuando el sistema requiere alta disponibilidad, es recomendable que las válvulas electromagnéticas redundantes funcionen según una lógica “y”. 5. Controladores lógicos Los controladores lógicos deben ser sistemas electrónicos programables. En casos sencillos, se pueden utilizar sistemas basados en relés, o bien una combinación de sistemas electrónicos programables y sistemas basados en relés. 1. Disposiciones generales: Cuando el controlador lógico es un sistema electrónico programable, el tiempo total de respuesta del controlador lógico debe estar entre 100 ms y 300 ms. El tiempo total de respuesta se refiere al tiempo necesario para que la señal pase desde la entrada del controlador lógico hasta su salida. La carga de la unidad central de procesamiento del controlador lógico no debe superar el 50%. La carga de comunicación interna del controlador lógico tampoco debe superar el 50%; en caso de uso de Ethernet, dicha carga no debe superar el 20%.

2. Principios de configuración independiente y redundante del controlador lógico: Para cumplir con los requisitos SIL1, el controlador lógico debe estar separado del BPCS; se puede utilizar un controlador lógico redundante. Para cumplir con los requisitos SIL2, el controlador lógico también debe estar separado del BPCS, y se recomienda utilizar un controlador lógico redundante. Para cumplir con los requisitos SIL3, el controlador lógico debe estar separado del BPCS, y es necesario utilizar un controlador lógico redundante.

3. Principios de configuración del controlador lógico: El controlador lógico debe cumplir con los requisitos SIL y debe poder realizar las funciones necesarias de forma independiente. Las versiones de software y hardware del controlador lógico deben ser versiones oficiales. La unidad central de procesamiento, las unidades de E/S, las unidades de alimentación y las unidades de comunicación del controlador lógico deben ser unidades independientes, de modo que sea posible reemplazarlas en línea sin afectar el funcionamiento normal del controlador lógico. El controlador lógico debe contar con funciones de diagnóstico y prueba tanto a nivel de software como de hardware. La información de diagnóstico y prueba debe mostrarse y registrarse en la estación de ingenieros y/o en la estación de operación. Las fallas del sistema del controlador lógico deben indicarse en la estación de operación del SIS, pero también pueden indicarse en la estación de operación del BPCS.

4. Principios de configuración de las interfaces del controlador lógico: Los canales de señales de las tarjetas de E/S deben tener aislamiento óptico o electromagnético. Las tarjetas de E/S no deben utilizar señales digitales a través de buses de campo. Las señales provenientes de varios instrumentos de medición que miden la misma variable de proceso deben conectarse a diferentes tarjetas de entrada. Los componentes finales redundantes deben conectarse a diferentes tarjetas de salida; cada canal de salida debe conectarse solo a un componente final