西門子過(guò)程安全生命周期

1、IEC 61511 安全生命周期的實(shí)現(xiàn)和操作階段 內(nèi)容提要功能安全管理和安全生命周期的實(shí)現(xiàn)過(guò)程安全要求規(guī)格書 SRS安全儀表功能SIF的實(shí)現(xiàn)及SIS的設(shè)計(jì)西門子過(guò)程安全技術(shù)的展望The IEC 61511 (ISA S84, EN 61511, VDE 810,) 安全生命周期Risk Analysis and Protection Layer DesignSub-clause 8Allocation of Safety Functions to Safety Instrumented Systems or other means of risk reduction Sub-clause 9S

2、afety Requirements Specification for the Safety Instrumented System Sub-clause 10Design and Development of Safety Instrumented System Sub-clause 11Design and Development of other means of Risk ReductionSub-clause 9Installation, Commissioning and ValidationSub-clause 14Operation and MaintenanceSub-cl

3、ause 15ModificationSub-clause 15.4DecommissioningSub-clause 16Management of Functional Safety and Functional Safety AssessmentSub-clause 5Safety Lifecycle Structure and PlanningSub-clause 6.2VerificationSub-clause 7, 12.7分析階段實(shí)現(xiàn)階段操作階段安全生命周期危害和風(fēng)險(xiǎn)分析(例如. HAZOP)保護(hù)層的安全功能配置(SIL)安全要求規(guī) 格書SIS的設(shè)計(jì)和工程SIS的安裝，調(diào)試和測(cè)

4、驗(yàn)操作和維護(hù)修改停運(yùn)13132132456132613261326132613123456項(xiàng)目安全規(guī)劃 (PSP)安全要求規(guī)范 (SRS)核查和驗(yàn)證規(guī)劃， 功能安全評(píng)估規(guī)劃工程指南功能設(shè)計(jì)規(guī)范 (FDS) *測(cè)試規(guī)劃 *功能安全管理_安全規(guī)劃 (Safety Plan) “安全規(guī)劃 應(yīng)定義所需實(shí)施的活動(dòng).可以:作為一個(gè)名為“安全規(guī)劃”的部分，納入質(zhì)量管理QM體系中。一個(gè)名為“安全規(guī)劃”的獨(dú)立文件形式出現(xiàn)，或以幾份文件的形式包含在公司的管理程序中?！?（IEC 61511, 5.2.4）例子: 西門子 PSP功能安全管理_安全規(guī)劃 (Safety Plan) 安全規(guī)劃內(nèi)容 應(yīng)包括：安全生命周期中

5、各階段的角色和責(zé)任核查和驗(yàn)證內(nèi)容和步驟功能安全評(píng)估內(nèi)容和步驟測(cè)試活動(dòng) 例如. FAT, SAT安裝和調(diào)試修改和停運(yùn)文檔管理和文件編制例子: 西門子 PSP安全生命周期危害和風(fēng)險(xiǎn)分析(例如. HAZOP)保護(hù)層的安全功能配置(SIL)安全要求規(guī) 格書SIS的設(shè)計(jì)和工程SIS的安裝，調(diào)試和測(cè)驗(yàn)操作和維護(hù)修改停運(yùn)13132132456132613261326132613123456項(xiàng)目安全規(guī)劃 (PSP)安全要求規(guī)范 (SRS)核查和驗(yàn)證規(guī)劃， 功能安全評(píng)估規(guī)劃工程指南功能設(shè)計(jì)規(guī)范 (FDS) *測(cè)試規(guī)劃 *安全儀表功能 SIF 壓力超高緊急停車 SafetyRequirementsSpecific

6、ation安全儀表功能 SIF SIF 可以用 S.L.A.T.S 來(lái)概述 :感知（S）: 什么樣的參數(shù)將被測(cè)量邏輯（L）: 怎樣進(jìn)行邏輯處理執(zhí)行 (A): 采取什么動(dòng)作時(shí)間 (T): 動(dòng)作需要多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)被執(zhí)行安全完整性(S): 這個(gè)功能需要被執(zhí)行的程度SIF 示例：測(cè)量反應(yīng)器的壓力壓力超過(guò)100psi時(shí)就關(guān)閉進(jìn)料切斷閥 要在3秒鐘內(nèi)完成 (過(guò)程安全時(shí)間 “PST”) 且需要達(dá)到 SIL 2等級(jí)安全要求規(guī)格書危害和風(fēng)險(xiǎn)分析(例如. HAZOP)保護(hù)層的安全功能配置(SIL)安全要求規(guī) 格書（SRS）SIS的設(shè)計(jì)和工程SIS的安裝，調(diào)試和測(cè)驗(yàn)操作和維護(hù)修改停運(yùn)131321324561326132

7、61326132613123456項(xiàng)目安全規(guī)劃 (PSP)安全要求規(guī)范 (SRS)核查和驗(yàn)證規(guī)劃， 功能安全評(píng)估規(guī)劃工程指南功能設(shè)計(jì)規(guī)范 (FDS) *測(cè)試規(guī)劃 *安全要求規(guī)格書(SRS)安全完整性要求包括所需的全部安全儀表功能明確每個(gè)SIF的要求生命周期中實(shí)現(xiàn)和操作階段的基礎(chǔ)安全功能要求安全要求規(guī)格書安全要求規(guī)格書 IEC 61511 相關(guān)要求:SIF 描述SIL 等級(jí)操作方式（需求模式/連續(xù)模式）勵(lì)磁或非勵(lì)磁停車停車條件安全狀態(tài)需求率檢驗(yàn)間隔響應(yīng)時(shí)間啟動(dòng)，復(fù)位，重新啟動(dòng)故障模式與相應(yīng)旁路最高的誤停車率環(huán)境條件運(yùn)行條件應(yīng)用軟件（邏輯）安全要求規(guī)格書危害和風(fēng)險(xiǎn)分析(例如. HAZOP)保護(hù)層的

8、安全功能配置(SIL)安全要求規(guī) 格書（SRS）SIS的設(shè)計(jì)和工程SIS的安裝，調(diào)試和測(cè)驗(yàn)操作和維護(hù)修改停運(yùn)13132132456132613261326132613123456項(xiàng)目安全規(guī)劃 (PSP)安全要求規(guī)范 (SRS)核查和驗(yàn)證規(guī)劃， 功能安全評(píng)估規(guī)劃工程指南功能設(shè)計(jì)規(guī)范 (FDS) *測(cè)試規(guī)劃 *SIS的設(shè)計(jì)和工程安全規(guī)格說(shuō)明SIS系統(tǒng)構(gòu)架SIF典型結(jié)構(gòu)傳感器子系統(tǒng)子系統(tǒng)邏輯處理子系統(tǒng)子系統(tǒng)最終單元子系統(tǒng)軟件安裝和調(diào)試驗(yàn)證文件編制典型SIF結(jié)構(gòu)所有安全相關(guān)的電氣和機(jī)械組件及其交互作用每個(gè)SIF 都應(yīng)被分配到一個(gè)典型結(jié)構(gòu)中附加說(shuō)明：Ex-zone 1-20 40C工業(yè)環(huán)境高可用性 SI

9、S 設(shè)計(jì)與工程實(shí)施示例典型的硬件設(shè)計(jì) 選擇合適的設(shè)備，收集數(shù)據(jù)，如:類型, HFT, 失效率, SFF, 文檔創(chuàng)建正確的體系結(jié)構(gòu)硬件和體系結(jié)構(gòu)符合SIL?計(jì)算危險(xiǎn)失效的概率(PFD , PFH)SRS符合SIL概率?HW SIL 符合重新設(shè)計(jì)否是否是重新設(shè)計(jì)每個(gè)子系統(tǒng)都需要滿足的結(jié)構(gòu)規(guī)則子系統(tǒng)系統(tǒng)子系統(tǒng)子系統(tǒng)子系統(tǒng)模式SIL 等級(jí)低高連續(xù) 1HFT = 0HFT = 0HFT = 02HFT = 0HFT = 1HFT = 13HFT = 1HFT = 1HFT = 14HFT = 2HFT = 2HFT = 2IEC 61511 結(jié)構(gòu)規(guī)則每個(gè)子系統(tǒng)所需的HFT基于目標(biāo)SIL等級(jí)典型的硬件設(shè)計(jì)

10、 典型的硬件設(shè)計(jì) 選擇合適的設(shè)備，收集數(shù)據(jù)，如:類型, HFT, 失效率, SFF, 文檔創(chuàng)建正確的體系結(jié)構(gòu)硬件和體系結(jié)構(gòu)符合SIL?計(jì)算危險(xiǎn)失效的概率(PFD , PFH)SRS符合SIL概率?HW SIL 符合重新設(shè)計(jì)否是否是重新設(shè)計(jì)傳感器 轉(zhuǎn)換器安全柵1oo1結(jié)構(gòu)的PFD 的計(jì)算1oo2 系統(tǒng)中的一個(gè)通道分析，與 1oo1 系統(tǒng)的 PFD1oo1 結(jié)果相似1oo2結(jié)構(gòu)的PFD 的計(jì)算SIL 1SIL 2SIL 3SIL 4測(cè)試間隔測(cè)試間隔 Ti西門子安全儀表數(shù)據(jù) /silRelease08. January 2016A = simple HW B = complex HW/SWProdu

11、ctHWAssessment TypePFDAVGSFFLevel SITRANS LR250 (HART)BSIL 2PiU1,01E-0378%SITRANS LG200BSIL 1FMEDA8,06E-0484%SITRANS LG200BSIL 2FMEDA4,69E-0491%SITRANS LG240/LG250/LG260/LG270BSIL 2/3certificate1,33E-0393%SITRANS LVL200 S/E C/R/NASIL 2PiU1,95E-0483%Pointek CLS 200 (Standard)ASIL 2PiU8,80E-0465%Posit

12、ionerSIPART PS 2, 2-, 3- , 4-wire variantsASIL 2PiU5,69E-0488%SIPART PS 2 PA, digital shut down input,SIPART PS 2 FF, digital shut down inputASIL 2PiU6,70E-0487%Analytics OXYMAT 6BSIL 1FMEDA1,62E-0374%OXYMAT 6 / 61BSIL 2PiU4,10E-0470%ULTRAMAT 6BSIL 1FMEDA3,03E-0368%ULTRAMAT 6BSIL 2PiU1,03E-032,07E-0

13、375%CALOMAT 6BSIL 1FMEDA2,01E-0361%Laser Gas Analyzer SITRANS SLBSIL 1PiU5,10E-0373%BSIL 1FMEDA5,10E-0373%西門子過(guò)程安全系統(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)備Part no.PFDPFHTi控制器CPU 417-5H PN/DP / CPU 410-5H6ES7417-5HT06-0AB01.9E-044.3E-0910 yearsCPU 417-5H PN/DP / CPU 410-5H6ES7417-5HT06-0AB03.8E-044.3E-0920 yearsI/O ET 200M, inst. Ex-Zo

14、ne 2SM336 F-AI 66ES7336-1HE00-0AB0 1.00E-05 1.00E-0920 yearsSM326 F-DI 8 Namur6ES7326-1RF01-0AB0 1.00E-05 1.00E-0920 yearsSM326 F-DI 246ES7326-1BK02-0AB0 1.00E-05 1.00E-0920 yearsSM326 F-DO 106ES7326-2BF10-0AB0 1.00E-05 1.00E-0920 yearsI/O ET 200iSP, inst. Ex-Zone 1EM138 4 F-AI Ex HART6ES7138-7FA00-

15、0AB0 1.00E-05 1.00E-0920 yearsEM138 8 F-DI Ex NAMUR6ES7138-7FN00-0AB0 1.00E-05 1.00E-0920 yearsEM138 4 F-DO Ex 17.4V/40mA6ES7138-7FD00-0AB0 1.00E-05 1.00E-0920 yearsSIL 核查 輸入SIL 核查的信息SIF 結(jié)構(gòu)體系失效數(shù)據(jù)(-值, PFD, SFF, etc.) 注意，在證書和報(bào)告中使用的限制條款西門子SIL 核查軟件西門子SIL 核查軟件全可變語(yǔ)言(FVL)固定的編程語(yǔ)言(FPL)應(yīng)用軟件對(duì)應(yīng) “嵌入式軟件” 參照 IEC 6

16、1508設(shè)計(jì) 對(duì)應(yīng)按照在 IEC 61511 中定義的應(yīng)用軟件有限可變語(yǔ)言(LVL)軟件設(shè)計(jì)安全要求規(guī)格子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件安全要求規(guī)格應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用模塊開(kāi)發(fā)程序設(shè)計(jì) (制造商按照 IEC 61508)應(yīng)用模塊測(cè)試應(yīng)用軟件測(cè)試應(yīng)用軟件完整測(cè)試 (工廠驗(yàn)收試驗(yàn) FAT)SIS 安全驗(yàn)證= 檢定軟件設(shè)計(jì) IEC 61511 要求作者應(yīng)用程序目的描述安全手冊(cè)使用的版本對(duì)SRS溯源識(shí)別每一個(gè) SIF 和其 SIL使用符號(hào)的識(shí)別與描述輸入與輸出信號(hào)的識(shí)別通信信息流程程序結(jié)構(gòu)描述版本識(shí)別和更改歷史記錄應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)結(jié)果 SIMATIC Safety Martix 編輯器原因 SIS的設(shè)計(jì)和工

17、程 簡(jiǎn)單的“黃金” 規(guī)則安全是首要的，可用性也很重要100%的安全的系統(tǒng)不存在, 但是我們的目標(biāo)簡(jiǎn)單原則盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的方式處理沒(méi)有監(jiān)視的冗余沒(méi)有意義清晰明確的識(shí)別所有的組件文件檔保持更新 (版本索引)行動(dòng)無(wú)邊界，對(duì)“整個(gè)安全回路”負(fù)責(zé)AIDIDODOAIAIDIDODOAIAI2oo31oo2 操作和維護(hù)危害和風(fēng)險(xiǎn)分析(例如. HAZOP)保護(hù)層的安全功能配置(SIL)安全要求規(guī) 格書（SRS）SIS的設(shè)計(jì)和工程SIS的安裝，調(diào)試和測(cè)驗(yàn)操作和維護(hù)修改停運(yùn)13132132456132613261326132613123456項(xiàng)目安全規(guī)劃 (PSP)安全要求規(guī)范 (SRS)核查和驗(yàn)證規(guī)劃， 功能

18、安全評(píng)估規(guī)劃工程指南功能設(shè)計(jì)規(guī)范 (FDS) *測(cè)試規(guī)劃 *有能力的及獨(dú)立性參與者(i)FAT 的基礎(chǔ)是 SRSSIF 的 HW 和 SW 測(cè)試環(huán)境和測(cè)試工具測(cè)試用例，描述和測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)失效準(zhǔn)則測(cè)試類型：黑匣子、性能、接口等測(cè)試結(jié)果文檔化（i）FAT中的任何修改都遵循修改步驟FAT SAT測(cè)試計(jì)劃操作與維護(hù)危害和風(fēng)險(xiǎn)分析(例如. HAZOP)保護(hù)層的安全功能配置(SIL)安全要求規(guī) 格書（SRS）SIS的設(shè)計(jì)和工程SIS的安裝，調(diào)試和測(cè)驗(yàn)操作和維護(hù)修改停運(yùn)13132132456132613261326132613123456項(xiàng)目安全規(guī)劃 (PSP)安全要求規(guī)范 (SRS)核查和驗(yàn)證規(guī)劃， 功能

19、安全評(píng)估規(guī)劃工程指南功能設(shè)計(jì)規(guī)范 (FDS) *測(cè)試規(guī)劃 *操作，維護(hù)- 規(guī)則簡(jiǎn)單如果操作 SIF: 避免如何維護(hù) SIF:按照維護(hù)計(jì)劃按照檢驗(yàn)間隔和步驟結(jié)果文檔化SIL 4SIL 3SIL 2SIL 1IEC61508PFD(t)TimeWithout PST1 year Proof Testing = SIL2With PST (4x/year)2 year Proof Testing = SIL2Proof Test IntervalPFDAVG操作，維護(hù)- 規(guī)則簡(jiǎn)單修改危害和風(fēng)險(xiǎn)分析(例如. HAZOP)保護(hù)層的安全功能配置(SIL)安全要求規(guī) 格書（SRS）SIS的設(shè)計(jì)和工程SIS的

20、安裝，調(diào)試和測(cè)驗(yàn)操作和維護(hù)修改停運(yùn)13132132456132613261326132613123456項(xiàng)目安全規(guī)劃 (PSP)安全要求規(guī)范 (SRS)核查和驗(yàn)證規(guī)劃， 功能安全評(píng)估規(guī)劃工程指南功能設(shè)計(jì)規(guī)范 (FDS) *測(cè)試規(guī)劃 * 通常要做（按照修改步驟):修改的正式要求要求申請(qǐng)的正式批準(zhǔn)進(jìn)行影響分析影響分析的正式批準(zhǔn)人員A 做修改人員B核查修改修改被測(cè)試所有的都文檔記錄人員C正式評(píng)審修改修改示例停運(yùn)危害和風(fēng)險(xiǎn)分析(例如. HAZOP)保護(hù)層的安全功能配置(SIL)安全要求規(guī) 格書（SRS）SIS的設(shè)計(jì)和工程SIS的安裝，調(diào)試和測(cè)驗(yàn)操作和維護(hù)修改停運(yùn)13132132456132613261326132613123456項(xiàng)目安全規(guī)劃 (PSP)安全要求規(guī)范 (SRS)核查和驗(yàn)證規(guī)劃， 功能安全評(píng)估規(guī)劃工程指南功能設(shè)計(jì)規(guī)范 (FDS) *測(cè)試規(guī)劃 *安全儀表功能的停運(yùn)，參照SIFs修改一樣的規(guī)則 (影響分析，責(zé)任，文檔)尤其要考慮與其它功能的關(guān)系.通常有用戶自己完成停運(yùn)最新安全標(biāo)準(zhǔn) IEC61508，2010； IEC61511， 2016 推動(dòng)了PU和PIU的現(xiàn)