SIMATIC Safety Matrix

© Siemens AG 2011
SIMATIC Safety Matrix
La herramienta de gestión para todas las fases del
ciclo de vida de seguridad
Folleto · Septiembre 2010
Safety Integrated
Answers for industry.
© Siemens AG 2011
Seguridad funcional y
gestión del ciclo de vida de seguridad
Asignación de tareas de seguridad a niveles de protección
Análisis
Especificación de exigencias
de seguridad (SRS) para el sistema
instrumentado de seguridad (SIS)
Diseño y planificación del sistema
instrumentado de seguridad (SIS)
Diseño y planificación de otras
medidas para reducir los riesgos
Instalación, puesta en marcha y validación
Verificación
Estructura y constitución del ciclo de vida de seguridad
Gestión y evaluación de la seguridad de funcionamiento
Estimación de riesgos y determinación de los niveles de protección
Realización
Operacion y mantenimiento
Operación
Modificación
Puesta fuera de servicio
En el modelo del ciclo de vida de seguridad especificado en la norma IEC 61511 se describen las fases de la planta o instalación
En la industria de procesos, tanto la construcción como la
puesta en marcha de instalaciones que albergan peligros potenciales están sujetas a la norma internacional IEC 61511, el
estándar para la seguridad funcional de sistemas instrumentados de seguridad.
En este caso, la descripción del modo de proceder a la hora de
implementar la seguridad funcional se atiene al ciclo de vida
de seguridad (Safety Lifecycle) de la planta, el cual está dividido en tres fases: fase de análisis, fase de realización y fase de
operación y mantenimiento.
Por lo general es necesario documentar estas tres fases y
todas las actividades asociadas a ellas que estén relacionadas
con la seguridad funcional. Los documentos constituyen la
base del certificado de seguridad de la planta y de los sistemas
de seguridad empleados.
También cuando se lleva a cabo alguna modificación, es necesario volver a pasar y documentar las tres fases.
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Seguridad funcional y gestión del ciclo de vida de seguridad
Fase de análisis
Con el fin de detectar posibles peligros y evaluar los riesgos
que albergan, las instalaciones de procesos con peligros
potenciales deben analizarse de forma concreta. Un método
apropiado para tal finalidad es, por ejemplo, el análisis denominado HAZOP (Hazard Operational Analysis).
Con ayuda de los resultados obtenidos con el análisis y de su
evaluación se establecen los niveles de protección y las tareas
y funciones de seguridad asociadas a ellos. El sistema instrumentado de seguridad (SIS, Safety Instrumented System) es
uno de los niveles de protección.
Uno de los resultados fundamentales del análisis es la
especificación de los requisitos de seguridad (SRS, Safety
Requirement Specification) para el sistema instrumentado
de seguridad. En la especificación SRS se describen todas las
funciones de seguridad (SIF, Safety Instrumented Function),
incluyendo los requisitos que se deben cumplir, y se fija el
nivel de seguridad exigido (SIL). El nivel SIL es una medida
para la reducción de riesgos.
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Fase de realización
La especificación SRS sirve de base para planificar la planta o
instalación y, especialmente, para dimensionar el sistema instrumentado de seguridad (SIS) y sus funciones al efecto, así
como para tomar otras medidas destinadas a reducir los riesgos. La SRS es decisiva a la hora de elegir tanto el SIS como el
hardware y software para implementar las funciones de seguridad.
A la planificación y el diseño les siguen el montaje, la puesta
el marcha y la validación de la planta. Además de las funciones
y requisitos de seguridad, la SRS también incluye los tests y criterios de comprobación correspondientes, por lo que sirve
igualmente de modelo para la verificación y la validación.
SIMATIC Safety Matrix
Los resultados obtenidos en la comprobación de los objetivos
estipulados en la SRS se deben documentar conforme a las directivas sobre seguridad funcional. Los documentos se necesitarán más tarde para la aceptación de las funciones y el sistema de seguridad.
Fase de operación y mantenimiento
Esta fase comprende la operación y optimización de la planta
o instalación hasta el momento de su puesta fuera de servicio.
Con SIMATIC Safety Matrix Siemens ofrece una herramienta
para la gestión del ciclo de vida de seguridad certificada por
TÜV para aplicaciones de seguridad hasta SIL 3 conforme se
especifica en la norma IEC 61508.
SIMATIC Safety Matrix se puede utilizar en todas las fases del
ciclo de vida de seguridad. La racionalización que se consigue
contribuye en gran medida a reducir los gastos de capital
(CAPEX, Capital Expenditure) y los gastos de operación
(OPEX, Operational Expenses).
SIMATIC Safety Matrix consta de los siguientes productos individuales, que se distinguen por su funcionalidad y campo de
aplicación:
• Safety Matrix Editor
• Safety Matrix Engineering Tool
• Safety Matrix Viewer
Productos
Fases del ciclo de vida de
seguridad soportadas
Áreas
Safety Matrix
Editor
Fase de análisis,
fase de realización
Creación, configuración, comprobación y
documentación de la lógica de Safety Matrix
Modos de
operación
Hardware básico
(sistema de destino)
Modo offline
PC autónomo con sistema
operativo Windows XP
Professional/Server 2003
Modos offline y
online
PC autónomo con sistema
operativo Windows XP
Professional/Server 2003
Creación de un archivo matriz CEM para
importar
Safety Matrix
Engineering
Tool
Fase de análisis,
fase de realización,
fase de operación y mantenimiento
Creación, configuración y compilación de una
matriz de seguridad (Safety Matrix)
Importación/exportación de un archivo matriz
CEM
SIMATIC PCS 7 Engineering Station (ES)
Transferencia al proyecto, compilación, carga,
manejo y visualización del programa CFC de
seguridad
Comparación de matrices de seguridad partiendo de archivos matriz CEM y esquemas CFC
Informe de configuración y comprobación de
coherencia con informe de validación
Safety Matrix
Viewer
Fase de operación y mantenimiento
Manejo y visualización del programa CFC de
seguridad
Modo online
SIMATIC PCS 7 Operator
Station (OS)
Campo de aplicación de los productos SIMATIC Safety Matrix
Seguridad funcional y gestión del ciclo de vida de seguridad
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SIMATIC Safety Matrix en la
fase de análisis
Evaluación de
peligros y riesgos;
Definición de los
niveles de
protección
Asignación de las
tareas de
seguridad a los
niveles de
protección
Realización
En la fase de análisis, el objetivo es detectar y analizar riesgos
para la seguridad, tanto conocidos como potenciales, por
ejemplo, con el método HAZOP. Éste sirve para filtrar riesgos
no tolerables, evaluar la probabilidad de que exista un peligro
y calcular las posibles consecuencias.
Después se elabora un plan de seguridad para la planta. En él
se asignan las tareas de seguridad a los distintos niveles de
protección de la planta.
En dicho concepto, el sistema instrumentado de seguridad
(SIS, Safety Instrumented System) desempeña un importante
papel. La definición y la descripción de los requisitos del SIS en
forma de especificación constituyen la base de la planificación, la ingeniería y la aceptación de la planta. Durante las diferentes fases del ciclo de vida de seguridad son varias las personas que trabajan con esta especificación; por eso es importante formular los requisitos de seguridad de forma fácilmente
comprensible.
Prevención de
desastres
Especificación de los requisitos de seguridad (SRS)
En la SRS se definen los requisitos que debe cumplir el sistema
de seguridad. Parte de la SRS es la descripción funcional de las
funciones de seguridad, así como todas las condiciones generales que harán que se activen. Además, la determinación del
nivel integrado de seguridad (SIL) es objeto de una observación detallada de cada función de seguridad.
1)
Safety Integrity Level
Probability of failure on
demand (PFD) per year1)
Risk Reduction
Factor = 1/PFD
SIL 4
≥ 10-5 a < 10-4
10 000 a 100 000
SIL 3
≥ 10-4 a < 10-3
1 000 a 10 000
SIL 2
≥ 10-3 a < 10-2
100 a 1 000
SIL 1
≥ 10-2 a < 10-1
10 a 100
Demand mode of operation
Prevención de desastres
Colector
Prevención pasiva
Válvula de
sobrepresión,
diafragma de
ruptura
Sistema de
seguridad
(automático)
Prevención activa
Sistema instrumentado
de seguridad (SIS)
Safety
shutdown
Intervención del
personal de
la planta
Alarma de proceso
Sistema de control de procesos
Automatización
básica
Valor de
proceso
Comportamiento normal
Concepto de seguridad y niveles de una planta
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SIMATIC Safety Matrix en la fase de análisis
Operación
Especificación de los requisitos
de seguridad (SRS) al sistema
instrumentado de seguridad (SIS)
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Safety Matrix Editor
Definición de los vínculos de causa y funciones
Matriz de causas y efectos
La definición de las causas se realiza en las líneas de la tabla
de matriz. Las causas que se derivan de las señales digitales y
analógicas pueden resultar de hasta 3 señales. También se
pueden considerar otros requisitos adicionales como, por
ejemplo, retardos.
Un procedimiento que ha demostrado su efectividad en la
descripción funcional de funciones de seguridad y en la definición de condiciones generales y de desconexión es el método de causas y efectos. Éste fue especificado por el Instituto
Americano del Petróleo (API) en la directiva API RP 14C y en la
actualidad se está aplicando a muchos sectores de la industria
de procesos.
Siemens ha integrado en SIMATIC Safety Matrix el método de
causas y efectos definido por el API.
SIMATIC Safety Matrix permite incluir funciones de seguridad
ya en la fase de análisis y describirlas y formularlas con claridad de modo que todos los participantes las comprendan.
Además, no es necesario tener conocimientos especiales de
programación. Por eso, incluso los propios especialistas en
procesos pueden definir requisitos con SIMATIC Safety Matrix.
Los efectos se definen en las columnas de la tabla de matriz.
Una causa puede tener efecto hasta en 4 actuadores diferentes.
El enlace de varias causas y la definición de la relación entre
causas y efectos se realiza en las intersecciones de las líneas y
columnas. Aquí se fija también si se espera una confirmación
o una reinicialización.
Las causas también se pueden juntar en grupos de selección.
Así se puede implementar, por ejemplo, una votación de
"2 de 3".
A destacar
■
128 causas por matriz
■
128 efectos por matriz
■
1024 intersecciones por matriz
■
Hasta 3 entradas por causa
■
Hasta 4 salidas por efecto
Ventajas
■
No hace falta tener conocimientos de programación
■
Comprensibilidad para todos
■
Vista compacta de todas las funciones de seguridad
Definición de una causa
SIMATIC Safety Matrix en la fase de análisis
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SIMATIC Safety Matrix en la fase de realización
Diseño y planificación de
otras actividades
para la reducción de riesgos
Montaje, puesta en marcha
y validación
Análisis
Operación
Diseño y planificación del
sistema instrumentado de
seguridad (SIS)
La fase de realización comienza con el diseño y la planificación
del sistema instrumentado de seguridad y demás medidas
destinadas a reducir los riesgos. A esto le sigue el montaje,
la puesta en marcha y la validación.
Durante la planificación se ponen en práctica las funciones de
seguridad especificadas. En caso de utilizar SIMATIC Safety
Matrix, se seguirá contando con las funciones de seguridad
definidas en la fase de análisis en forma de matriz de causas
y efectos, la cual se puede adoptar directamente sin ninguna
limitación. Es decir, ahora ya no es necesario convertir a un
lenguaje de programación específico del sistema las funciones
de seguridad definidas en la SRS, tal y como era habitual antes
con el método convencional. Esto redunda en un claro ahorro
en costes de ingeniería.
Asignación de las señales de entrada y salida
6
SIMATIC Safety Matrix en la fase de realización
La conexión con la planta se establece asignando las causas
y los efectos a las entradas y salidas de SIMATIC S7-400F/FH.
Ahora se pueden realizar otras ampliaciones y parametrizaciones en SIMATIC Safety Matrix. Entre ellas figura el ajuste de los
valores límite y las histéresis de los valores analógicos, así
como la definición de la discrepancia máxima en el enlace
de varios valores de medida analógicos.
Mediante bloques de función para el procesamiento previo de
las señales (por ejemplo, para convertir un valor de entrada)
también existe la posibilidad de integrar cálculos complejos
en la matriz de seguridad. Los bloques de función correspondientes se pueden seleccionar en el driver de canal de la señal
de E/S.
Selección de los bloques de función para preprocesado de señales
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Determinación de la respuesta en el tiempo y las funciones de mantenimiento
Definición de alarmas y asignación
Por otro lado, también existe la posibilidad de configurar simulaciones y bypasses con derechos de acceso para la puesta
en marcha y el posterior funcionamiento.
La herramienta de ingeniería SIMATIC Safety Matrix se puede
conmutar directamente a la vista online para tareas de comprobación y test. Alternativamente se puede utilizar el Safety
Matrix Viewer en la SIMATIC PCS 7 Operator Station.
Un bypass se puede controlar, por ejemplo, directamente
desde SIMATIC Safety Matrix o mediante una señal de entrada
(interruptor de llave).
La posibilidad de asignar causas y efectos a 3 perfiles de alarma respectivamente proporciona más claridad a la hora de visualizar las alarmas y permite al operador detectar problemas
con celeridad y reaccionar rápida y directamente. Así, la reducción de los tiempos de parada incrementa en gran medida la
disponibilidad de la planta.
La conversión a una lógica de programación ejecutable es automática. Basándose en CFC (Continous Function Chart), la
herramienta de ingeniería SIMATIC Safety Matrix genera, con
los bloques de función de la librería F en S7 F Systems, una
lógica de programación para cada matriz y los drivers de canal
para todos los canales de E/S seguros. A continuación ya se
puede compilar la lógica de programación CFC y cargar en el
controlador. La generación automática de la lógica de programación CFC está aceptada y certificada por el organismo TÜV.
Funciones integradas en SIMATIC Safety Matrix para la comprobación de la coherencia, la documentación y la simulación,
así como para la comparación de archivos y esquemas asisten
al personal encargado de la configuración, la puesta en marcha y la supervisión a la hora de realizar el test y la aceptación
de la aplicación de seguridad.
La aceptación de la aplicación de seguridad normalmente es
llevada a cabo por centros autorizados u organismos oficiales.
Dado que estas personas por lo general no tienen conocimientos especiales de programación, el uso de SIMATIC Safety
Matrix les resulta muy beneficioso para su actividad. En el
modo online, el auditor puede seguir en la pantalla las funciones de seguridad especificadas en la SRS casi 1:1. Es decir, no
es necesario recapacitar ni cambiar a un lenguaje de programación determinado. Esto acorta el tiempo necesario para la
aceptación y la planta puede comenzar antes con la producción.
SIMATIC Safety Matrix en la fase de realización
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Lo más destacado de SIMATIC Safety Matrix
8
■
Enlaces directos de causas como 2oo3 (2 de 3), Y, O
■
Definición de la señal de disparo al editar las causas
■
Consideración de requisitos de tiempo en causas y
efectos
■
Consideración de errores en la señal y el módulo
■
Procesamiento previo del valor
■
Efecto en hasta 4 actuadores
■
Simulación integrada y función de bypass
■
Limitación integrada de la simulación a 1 sensor de
un grupo de votación
■
Disparo en caso de causa activa, sin memorización
■
Funciones adicionales
■
Comparación de matrices para el seguimiento de
cambios
■
Informe de validación integrado
■
Informe de configuración, documentación de
matrices
■
Informe de modificaciones
Ventajas
■
Procesamiento directo de la especificación de seguridad SRS al crear el programa
■
Visualización idéntica de la matriz en la configuración, la operación y la documentación
Disparo en caso de causa activa, con memorización,
requiere reinicialización
■
Vista homogénea y comprensión para todos los participantes
■
Disparo en caso de causa activa, con posible inhibición transitoria
■
Reducción del tiempo necesario para planificación,
implementación y aceptación
■
Votación XooN
■
Formación de grupos de seguridad
■
Grupos de alarmas
■
Alarmas previas y alarmas por discrepancia
SIMATIC Safety Matrix en la fase de realización
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SIMATIC Safety Matrix en la
fase de operación
Análisis
Realización
Operación y
mantenimiento
Modificación
Puesta fuera
de servicio
Alarma previa
Sinóptico del proceso de una estación de operador con el Safety Matrix
Viewer en pantalla
Durante la conducción del proceso, es conveniente que el
operador detecte a tiempo las desviaciones que resulten relevantes y que pueda reaccionar con rapidez. Ello exige un manejo fácil e intuitivo del sistema de automatización, sobre
todo cuando se trata de procesos críticos en materia de seguridad en los que la planta se para si el operador no es capaz de
localizar a tiempo la causa de la alarma y de tomar las medidas
necesarias para impedirlo.
Las funciones de mantenimiento integradas en SIMATIC
Safety Matrix ayudan a comprobar el estado del sensor y permiten inhibirlo transitoriamente para cambiarlo o comprobarlo en el exterior. De este modo se evitan paros de la planta o
su desconexión. Los sensores y actuadores también se pueden
inhibir transitoriamente para realizar un test de comprobación.
SIMATIC Safety Matrix ofrece la posibilidad de llamar la atención del operador con alarmas previas ante una situación crítica inminente y de mostrar la causa y su correspondiente efecto. Así, el operador puede ver de inmediato cuál es el sensor
discrepante o defectuoso y ordenar de inmediato su comprobación o tomar las medidas necesarias para eliminar la causa
del fallo.
SIMATIC Safety Matrix en la fase de operación
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En el SIMATIC Safety Matrix Viewer, las posibilidades de manejo que se le ofrecen al operador dependen de los derechos que
le hayan sido asignados en el sistema de control de procesos
SIMATIC PCS 7. De esta forma se garantiza que sólo el personal
autorizado pueda inhibir o simular dispositivos de campo.
Los eventos y alarmas relevantes para el proceso son transferidos al sistema de operador (OS) del sistema de control de
procesos SIMATIC PCS 7 e integrados en el sistema de alarmas
(avisos). Esto permite archivar conjuntamente los avisos y
alarmas del Basic Process Control System (BPCS) y del sistema
de seguridad.
Las matrices se llaman con iconos o símbolos de bloques ubicados en la interfaz de usuario de SIMATIC PCS 7. Éstos pueden estar vinculados a toda la matriz o sólo a una determinada
causa o efecto. Desde la vista detallada de una causa o efecto
se puede cambiar en todo momento a la vista general de la
matriz y viceversa.
Mantenimiento
El mantenimiento se puede optimizar aún más integrando los
sensores seguros en la gestión de activos.
Mediante indicadores agrupados junto al símbolo de bloque
que sirve para llamar la matriz el operador reconoce si hay alguna advertencia, alarma o función de mantenimiento activa.
Tras abrir la correspondiente vista de la matriz, el operador obtiene información más detallada al respecto.
La matriz de seguridad se puede manejar y visualizar tanto en
el modo online de la herramienta de ingeniería SIMATIC Safety
Matrix como en la estación de operador del sistema de control
de procesos SIMATIC PCS 7 con ayuda del Safety Matrix
Viewer.
Las intervenciones quedan documentadas y se pueden archivar para el la gestión del ciclo de vida de seguridad.
A destacar
■
Funciones de mantenimiento integradas como
bypass y simulación
■
Indicación de todos los valores de proceso relevantes, incluso durante el mantenimiento
■
Posibilidad de ver toda la información relevante en la
plantilla
Ventajas
Documentación de intervenciones y eventos
10
SIMATIC Safety Matrix en la fase de operación
■
Orientación óptima del operador
■
Mantenimiento de los sensores y actuadores en
función del proceso
■
Reducción de los tiempos de parada
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SIMATIC Safety Matrix:
La herramienta de gestión del ciclo de
vida de seguridad
Fase de realización
Las funciones de seguridad definidas con SIMATIC Safety
Matrix se pueden adoptar directamente. Sólo hay que hacer
algunos ajustes específicos del sistema de seguridad SIMATIC
S7-400F/FH. El proyectista, el operador y el supervisor tienen
siempre la misma vista, comprensible para todos. La representación de las funciones de seguridad es homogénea en la configuración, la operación y la documentación. Durante la operación aparecen marcados en color los estados de la señal y la
información adicional. Todo esto hace que se acorte considerablemente el tiempo necesario para las tareas de ingeniería,
comprobación y aceptación.
Fase de operación
Safety Matrix Viewer
El uso consecuente de SIMATIC Safety Matrix en todas las fases
del ciclo de vida de seguridad reduce los gastos de capital
(CAPEX) y los gastos de operación (OPEX). SIMATIC Safety
Matrix convence por sus ventajas en todas las fases.
Durante la fase de operación, y gracias a la orientación optimizada que SIMATIC Safety Matrix ofrece al operador, éste puede
reaccionar de forma rápida y concreta ante los eventos que se
presenten. También tiene la posibilidad de simular sensores y
actuadores, en especial durante el mantenimiento. El uso del
SIMATIC Safety Matrix Viewer permite reducir los tiempos de
parada de la planta.
Fase de análisis
SIMATIC Safety Matrix no requiere tener conocimientos de
programación. Por eso puede ser utilizada por igual por ingenieros de procesos, supervisores y proyectistas.
Resumen de las ventajas
■
No hace falta tener conocimientos de programación
Las funciones de seguridad se definen con el método de causas y efectos.
■
Comprensibilidad para todos
■
Vista compacta de todas las funciones de seguridad
La vista de causas y efectos es compacta, clara y comprensible
para todos.
■
Procesamiento directo de la especificación de seguridad SRS al crear el programa
■
Visualización idéntica de la matriz en la configuración, la operación y la documentación
■
Vista homogénea y comprensión para todos los
participantes
■
Reducción del tiempo necesario para planificación,
implementación y aceptación
■
Orientación óptima del operador
■
Mantenimiento de los sensores y actuadores en
función del proceso
■
Reducción de los tiempos de parada
SIMATIC Safety Matrix: La herramienta de gestión del ciclo de vida de seguridad
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Información adicional
Si lo desea, podrá encontrar información más detallada en los manuales
SIMATIC Guide:
www.siemens.com/simatic-docu
Puede solicitar otras publicaciones sobre SIMATIC en:
www.siemens.com/simatic/printmaterial
Encontrará documentación técnica detallada en nuestro
portal de asistencia y servicio técnico:
www.siemens.com/automation/support
Si prefiere mantener una conversación personal, encontrará a los
responsables más próximos
a su localidad en:
www.siemens.com/automation/partner
En la página Industry Mall puede hacer pedidos directamente por
Internet:
www.siemens.com/industrymall
Información detallada sobre el sistema de control de procesos
SIMATIC PCS 7 en:
www.siemens.com/simatic-pcs7
Siemens AG
Industry Sector
Industrial Automation Systems
Postfach 4848
90026 NUREMBERG
ALEMANIA
Sujeto a cambios sin previo aviso
PDF (E86060-A4678-A261-A1-7800)
3P.8315.15.03 / Dispo 09508
BR 0910 12 Es
Impreso en Alemania
© Siemens AG 2010
www.siemens.com/process-safety
Este folleto contiene descripciones o prestaciones que en el caso
de aplicación concreta pueden no coincidir exactamente con lo
descrito, o bien haber sido modificadas como consecuencia de
un ulterior desarrollo del producto. Por ello, la presencia de las
prestaciones deseadas sólo será vinculante si se ha estipulado
expresamente al concluir el contrato. Reservada la posibilidad
de suministro y modificaciones técnicas.
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