V priemyselných prevádzkach nestačí, aby meracie a regulačné zariadenia pracovali presne. V mnohých aplikáciách musia zároveň zabezpečovať ochranu ľudí, technológie a životného prostredia pred nebezpečnými situáciami.
Pri výbere bezpečnostných zariadení sa preto často stretávame s označeniami SIL 1, SIL 2 alebo SIL 3. Tieto údaje nájdeme v technických listoch snímačov, bezpečnostných relé, galvanických oddeľovačov či riadiacich systémov.
Čo však tieto označenia znamenajú? Je zariadenie SIL 3 automaticky bezpečnejšie než SIL 2? A podľa čoho sa určuje požadovaná úroveň?
Rozhodujúce je pochopiť, že SIL sa vzťahuje predovšetkým na bezpečnostnú funkciu celého systému, nie iba na jednotlivé zariadenie.
1. Čo je SIL a prečo je dôležitý?
SIL (Safety Integrity Level) predstavuje úroveň integrity bezpečnosti. Vyjadruje požiadavky na spoľahlivosť bezpečnostnej funkcie, ktorá má pri vzniku nebezpečnej situácie zabezpečiť požadovaný zásah.
Funkčná bezpečnosť sa riadi najmä normami:
-
IEC 61508 – všeobecné požiadavky na funkčnú bezpečnosť elektrických, elektronických a programovateľných elektronických systémov.
-
IEC 61511 – požiadavky na bezpečnostné prístrojové systémy v procesnom priemysle.
Norma IEC 61508 definuje štyri úrovne SIL. V procesnom priemysle sa najčastejšie používajú SIL 1, SIL 2 a SIL 3.
Vyššia úroveň SIL znamená prísnejšie požiadavky na pravdepodobnosť nebezpečného zlyhania bezpečnostnej funkcie.
To však neznamená, že každá aplikácia potrebuje najvyššiu úroveň. Požadovaný SIL sa určuje na základe analýzy rizika konkrétneho procesu.
2. Aký je rozdiel medzi SIL 2 a SIL 3?
Hlavný rozdiel spočíva v požadovanej pravdepodobnosti nebezpečného zlyhania.
Pri bezpečnostných funkciách s nízkou frekvenciou požiadaviek na aktiváciu sa používa ukazovateľ PFDavg (Average Probability of Failure on Demand).
Ten vyjadruje priemernú pravdepodobnosť, že bezpečnostná funkcia nezareaguje správne v okamihu, keď je potrebná.
|
Úroveň SIL |
PFDavg |
Zníženie rizika (RRF) |
|---|---|---|
|
SIL 1 |
≥ 10⁻² až menej ako 10⁻¹ |
Viac ako 10 až 100 |
|
SIL 2 |
≥ 10⁻³ až menej ako 10⁻² |
Viac ako 100 až 1 000 |
|
SIL 3 |
≥ 10⁻⁴ až menej ako 10⁻³ |
Viac ako 1 000 až 10 000 |
Hodnoty RRF sú odvodené ako prevrátená hodnota PFDavg.
SIL 3 má teda približne desaťkrát prísnejšie hraničné požiadavky na pravdepodobnosť nebezpečného zlyhania než SIL 2.
Pri bezpečnostných funkciách s vysokou alebo kontinuálnou frekvenciou požiadaviek sa namiesto PFDavg používa ukazovateľ PFH, ktorý vyjadruje priemernú frekvenciu nebezpečného zlyhania za hodinu.
Pre SIL 2 je požadovaný rozsah PFH od 10⁻⁷ do menej ako 10⁻⁶ za hodinu a pre SIL 3 od 10⁻⁸ do menej ako 10⁻⁷ za hodinu.
3. Prečo nestačí použiť zariadenie s certifikátom SIL 3?
Jednou z najčastejších chýb je predpoklad, že použitím snímača alebo bezpečnostného relé s označením SIL 3 automaticky vznikne bezpečnostný systém SIL 3.
V skutočnosti je potrebné posudzovať celú bezpečnostnú funkciu, označovanú ako SIF – Safety Instrumented Function.
Typická bezpečnostná funkcia pozostáva z troch častí:
-
Snímač – zaznamenáva nebezpečný stav, napríklad prekročenie tlaku alebo teploty.
-
Logický systém – vyhodnocuje signál a rozhoduje o bezpečnostnom zásahu.
-
Akčný člen – vykoná zásah, napríklad uzatvorí ventil alebo odstaví zariadenie.
Praktický príklad
V technologickej prevádzke je potrebné zabrániť prekročeniu maximálneho povoleného tlaku.
Tlakový snímač zaznamená nebezpečnú hodnotu a bezpečnostný systém vydá povel na uzatvorenie ventilu.
Ak však ventil zlyhá a neuzatvorí prívod média, bezpečnostná funkcia nebude splnená – bez ohľadu na to, že snímač a bezpečnostné PLC sú vhodné pre SIL 3.
Pri návrhu sa preto hodnotia aj poruchovosť komponentov, diagnostika, architektúra zapojenia, spoločné príčiny porúch a pravidelné funkčné skúšky.
Úroveň SIL celého systému nemožno určiť iba podľa certifikátu jedného komponentu.
4. Akú úlohu majú bezpečnostné relé a galvanické oddeľovače?
Bezpečnostné relé a galvanické oddeľovače predstavujú dôležité komponenty mnohých priemyselných bezpečnostných systémov.
Používajú sa napríklad na:
-
prenos bezpečnostných signálov medzi zariadeniami,
-
galvanické oddelenie elektrických obvodov,
-
prenos signálov 4–20 mA,
-
prepojenie snímačov s bezpečnostným PLC,
-
ovládanie akčných členov,
-
zabezpečenie iskrovej bezpečnosti pri vhodne certifikovaných zariadeniach.
Pri výbere treba preveriť nielen deklarovanú vhodnosť pre požadovanú úroveň SIL, ale aj údaje uvedené v bezpečnostnom manuáli výrobcu.
Dôležité sú najmä hodnoty poruchovosti, diagnostické vlastnosti, podmienky použitia a intervaly periodických skúšok.
Riešenia G.M. International
Výrobca G.M. International ponúka galvanické oddeľovače, iskrovo bezpečné rozhrania a bezpečnostné relé pre náročné priemyselné aplikácie.
Vybrané zariadenia sú vhodné na použitie v bezpečnostných systémoch s požiadavkami SIL 2 alebo SIL 3 podľa konkrétneho modelu a podmienok jeho použitia.
Pri výbere je potrebné overiť príslušnú certifikáciu a bezpečnostnú dokumentáciu.
Dôležité je tiež rozlišovať medzi funkčnou bezpečnosťou SIL a ochranou pred výbuchom ATEX. Ide o dve rozdielne oblasti a zariadenie môže potrebovať splniť požiadavky oboch.
5. Ako správne vybrať zariadenie pre SIL 2 alebo SIL 3?
Správny výber začína analýzou rizika technologického procesu.
Na jej základe sa stanoví požadovaná úroveň SIL bezpečnostnej funkcie.
Následne je potrebné preveriť:
-
Požadovanú úroveň SIL – podľa analýzy rizika.
-
Typ bezpečnostnej funkcie – čo má systém vykonať pri nebezpečnom stave.
-
Vhodnosť zariadení – snímače, relé, oddeľovače, PLC a akčné členy.
-
Architektúru systému – napríklad zapojenie 1oo1, 1oo2 alebo 2oo3.
-
Údaje o poruchovosti – potrebné na výpočet bezpečnostnej integrity.
-
Diagnostiku a skúšky – spôsob odhaľovania nebezpečných porúch.
-
Prevádzkové podmienky – teplota, tlak, Ex prostredie a ďalšie požiadavky.
Pri bezpečnostných funkciách sa musia zohľadniť aj systematické poruchy, napríklad chyby návrhu, konfigurácie alebo údržby.
Samotný výpočet pravdepodobnosti zlyhania preto nestačí na preukázanie splnenia všetkých požiadaviek SIL.
Je vhodné vždy vybrať SIL 3?
Nie.
Ak analýza rizika stanoví požiadavku SIL 2, správne navrhnutá bezpečnostná funkcia SIL 2 môže predstavovať úplne vyhovujúce riešenie.
Použitie komponentov s vyššou deklarovanou schopnosťou môže byť vhodné, ale automaticky nezvyšuje dosiahnutú úroveň SIL celého systému.
Rozhodujúce je splnenie požiadaviek konkrétnej bezpečnostnej funkcie.
6. Najčastejšie chyby pri návrhu bezpečnostných systémov
Pri výbere zariadení a návrhu bezpečnostných funkcií sa opakuje niekoľko problémov.
Výber podľa označenia SIL bez analýzy rizika
Požadovaná úroveň sa musí určiť na základe rizika, nie podľa dostupnosti komponentov.
Posudzovanie iba jedného zariadenia
SIL sa musí preukázať pre celú bezpečnostnú funkciu vrátane akčných členov.
Ignorovanie bezpečnostného manuálu
Výrobca môže stanovovať konkrétne podmienky zapojenia, konfigurácie a skúšania.
Nedostatočná diagnostika a údržba
Skryté nebezpečné poruchy môžu znižovať bezpečnostnú integritu systému.
Zámena SIL a ATEX
Zariadenie vhodné do výbušného prostredia nemusí automaticky spĺňať požiadavky funkčnej bezpečnosti.
Nesprávne navrhnutá redundancia
Použitie viacerých snímačov nemusí zabezpečiť vyššiu bezpečnosť, ak nie sú zohľadnené spoločné príčiny porúch.
Záver
Rozdiel medzi SIL 2 a SIL 3 spočíva predovšetkým v požadovanej integrite bezpečnostnej funkcie a pravdepodobnosti jej nebezpečného zlyhania.
SIL 3 predstavuje prísnejšie požiadavky, ale nie každá aplikácia túto úroveň potrebuje.
Správny návrh bezpečnostného systému preto nezačína výberom zariadenia s najvyšším SIL, ale dôkladným posúdením rizika a požiadaviek celej bezpečnostnej funkcie.
Spoločnosť REFLOW SK dodáva komponenty pre priemyselné meranie, reguláciu a automatizáciu vrátane bezpečnostných relé, galvanických oddeľovačov a iskrovo bezpečných rozhraní výrobcu G.M. International.
Pomôžeme vám s výberom vhodných komponentov a overením ich technických parametrov a bezpečnostnej dokumentácie pre konkrétnu aplikáciu.