Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Automatyki

Transkrypt

1 Poltechnka Gdańska Wydzał Elektrotechnk Automatyk Katedra Automatyk Bezpeczeństwo funkcjonalne Z-4: Bezpeczeństwo funkcjonalne koncepcja, normy, defncje, wymagana krytera Kazmerz Kosmowsk WEA PG, marzec Zakres wykładu Norma funkcjonalnego PN-EN 658 Koncepcja funkcjonalnego Cykl życa / trwana Graf ryzyka określane wymaganego SL Zmnejszane ryzyka za pomocą rozwązań funkcjonalnego Rodzaje pracy systemów E/E/PE krytera probablstyczne Sektorowe normy funkcjonalnego Modele probablstyczne podsystemów systemów Warstwy zabezpeczenowo-ochronne w nawązanu do PN-EN 65 Przykłady powązań systemów BPCS SS Systemy zarządzana w obekce przemysłowym podwyższonego ryzyka Cele System zarządzana przedsęborstwem System zarządzana bezpeczeństwem nformacj System zarządzana jakoścą System zarządzana środowskowego System zarządzana bezpeczeństwem techncznym pracy Krytera Surowce, półprodukty Meda robocze nformacja Energa w różnej forme Zakłócena Zautomatyzowana nstalacja procesowa Zagrożena Produkcja - koszty C Obcążene środowska Potencjalne straty* Ryzyko R Ocena ryzyka dla celów ubezpeczeń * straty: zdrowotne, środowskowe lub ekonomczne Zarządzane bezpeczeństwem w cyklu życa: analza zagrożeń, dentyfkacja scenaruszy awaryjnych, krytera, ocena ryzyka, ocena opcj sterowana ryzykem, mplementacja opcj. Systemy zarządzana przykładowe normy dotyczące jakośc, ochrony środowska Systemy zarządzana bezpeczeństwem nformacj normy zwązane: PN-SO/EC 7:7 SO/EC 7799:5 SO/EC 548:5 SO/EC 5:4 Systemy zarządzana jakoścą PN-EN SO 9:/ 8 Systemy zarządzana środowskowego PN-EN SO 4:5 Systemy zarządzana bezpeczeństwem techncznym oraz bezpeczeństwem ( hgeną) pracy: PN-EN 658:4 PN-EN 65:5 przemysł procesowy nne normy sektorowe PN-N 8:4, PN-EN 8: systemy zarządzana bezpeczeństwem ( hgeną) pracy. Potrzeba ntegrowana systemów zarządzana w praktyce. 4 Systemy warunkujące nezawodność bezpeczeństwo obektu przemysłowego podwyższonego ryzyka Przykład systemu zabezpeczającego zbornk cśnenowy od wysokego pozomu (L) /lub wysokego cśnena (P) 8. Obekty współpracujące, nfrastruktura środowsko. Systemy kontrol dostępu, ochrona zabezpeczena 4. Telekomunkacja seć komputerowa Automatyczny obwód zabezpeczający HPS. Nadzór technczny admnstracyjny. Realzacja strateg w ramach SZP 4. Systemy sterowana 7. Systemy automatyk zabezpeczenowej. Systemy pomocncze systemy zabezpeczeń. nstalacja procesowa. Systemy pomarowe 9. Systemy rejestracj danych eksploatacyjnych środowskowych oraz zakłóceń wewnętrznych zewnętrznych A Automatyczny System Zabezpeczający HLS LC- 6. Sterowna - nadzór operatorsk systemy wspomagana decyzj 5.Systemy montorowana, dagnostyk alarmów. Wypracowane strateg eksploatacj w ramach SZP (jakość produkcj, nezawodność bezpeczeństwo) Zabezpeczene zbornka od wysokego pozomu /lub cśnena 5 6

2 Przykład układu automatycznej funkcj z jednym czujnkem Przykład układu automatycznej funkcj z podukładem czujnków w konfguracj oo Czujnk Układ logczny Element wykonawczy System logczny PF HLS Układ logczny (PLC) SOV Zawór elektromagnetyczny SV HLS HLS 7 SOV SV 7 8 Rola systemów sterowana automatyk zabezpeczenowej wzłożonych obektach przemysłowych nstalacjach techncznych Bazowa norma funkcjonalnego: EC 658:999 / EN 658: / PN-EN 658:4 Bezpeczeństwo funkcjonalne systemów elektrycznych / elektroncznych / programowalnych elektroncznych zwązanych W skróce systemy E/E/PE lub E/E/PES Częśc normy: Wymagana ogólne Wymagana dotyczące systemów E/E/PE zwązanych Wymagana dotyczące oprogramowana 4 efncje skrótowce 5 Przykłady metod określana pozomów nenaruszalnośc 6 Wytyczne do stosowana EC 658- EC Przegląd technk mar (w j. angelskm: EC 658-7) (Całość ok. 45 stron) Wymagana technczne CZĘŚĆ Opracowane ogólnych wymagań (koncepcja, określene zakresu, analza zagrożeń ryzyka) (systemy E/E/PE zwązane, systemy zwazane wykonane w nnych technkach zewnętrzne urządzena do zmnejszena ryzyka) CZĘŚĆ 5 od 7. do 7.5 Podejśca do opracowana wymagań oparte na analze ryzyka CZĘŚĆ Przypsane wymagań w systemach E/E/PE zwązanych CZĘŚĆ Przegląd technk sposobów CZĘŚĆ 6 Wytyczne do Faza realzacj Faza realzacj stosowana systemów E/E/PE oprogramowana częśc zwązanych z zwązanego z bezpeczeństwem bezpeczeństwem CZĘŚĆ CZĘŚĆ CZĘŚĆ nstalowane wprowadzene do ruchu oraz waldacja systemów E/E/PE zwązanych CZĘŚĆ Eksploatacja obsługa, modyfkacje odnowa, wyłączene z eksploatacj lkwdacja systemów E/E/PE zwązanych od 7.5 do 7.7 Ogólny schemat normy PN-EN 658 Struktura normy prezentacja treśc mejscam złożona nne wymagana efncje skrótowce CZĘŚĆ 4 okumentacja Rozdzał 5 załącznk A CZĘŚĆ Zarządzane bezpeczeństwem funkcjonalnym Rozdzał 6 CZĘŚĆ Ocena Bezpeczeństwa Funkcjonalnego Rozdzał 8 CZĘŚĆ Struktura normy EC 658: zmenona - mnej zawła Określene wymaganego pozomu SL funkcj zwązanej na podstawe grafu ryzyka Punkt wyjścowy oceny ryzyka CA CB CC C FA FB FA FB FA FB PA PB PA PB PA PB PA PB W W W a 4 b --- a a W prawdopodobeństwo zdarzena nepożądanego Parametry ryzyka: C dotyczący konsekwencj/ skutków F - dotyczący częstośc czasu ekspozycj P - dotyczący możlwośc unknęca sytuacj zagrożena --- brak wymagań a - brak specjalnych wymagań b - pojedynczy E/E/PE jest newystarczający,,, 4 pozomy nenaruszalnośc (SL) Uwaga: Norma PN-EN 658 traktuje ten graf jako przykładowy. Graf należy zdefnować dostosować do danego przypadku nstalacj odpowedno skalbrować (dla danego rodzaju strat: ludzkch, środowskowych majątkowych). Zasadne może okazać sę określane SL na podstawe zdefnowanej matrycy ryzyka.

3 Przykładowe wartośc parametrów grafu ryzyka wnawązanu do EC 65 Przykładowe jakoścowe defnowane parametrów grafu ryzyka Parameter Kategora parametru Zakres wartość reprezentatywna W prawdopodobeństwo zdarzena nepożądanego N lczba poszkodowanych (ogólne C-nekorzystny skutek) F prawdopodobeństwo ekspozycj P prawdopodobeństwo nepowodzena w unknęcu sytuacj zagrożena W W W C A C B C C C ( -, - ] - - ( -, ] - - (, ] - Mnor njures ( -, - ] - - ( -, ] - - (, ] - F A ( -, - ] - (max.) F B ( -, ] - - (max.) P A ( -, - ] - (max.) P B ( -, ] - - (max.) Parametr ryzyka Skutek (C) Częstość /czas ekspozycj w strefe zagrożena (F) Możlwość unknęca sytuacj zagrożena (P) C A C B C C C F A F B P A P B Prawdopodobeństwo W zdarzena nepożądanego (W) W W Znaczene Nelczne obrażena Poważne obrażena jednej lub węcej osób Klka osób poszkodowanych śmertelne Wele osób poszkodowanych Rzadka ekspozycja w strefe zagrożena Częsta do stałej ekspozycja w strefe Wokreślonych warunkach Raczej ne występuje Bardzo małe prawdopodobeństwo wystąpena zdarzena Małe prawdopodobeństwo wystąpena zdarzena Stosunkowo duże prawdopodobeństwo wystąpena zdarzena 4 Kategre: Poszkodow. Częstość W [a - ], F e (, ] Częste W [a - ], F d ( -, ] Prawdopod. W [a - ], F c ( -, - ] Sporadycz. W [a - ], F b ( -, - ] Rzadke W - [a - ], F a ( -4, - ] B.rzadke Przykładowa macerz ryzyka określane wymaganego SL funkcj systemu SS dla różnych parametrów ryzyka N A ( -, - ] Obrażena a N B ( -, - ] Węcej obrażeń SL z SL y ; - SL x SL z SL y ; - a x SL z a y ; - - x N C ( -, ] Pojedyn.poszk. SL4 z SL y ; -4 SL x SL z SL y ; - SL x SL z SL y ; - a x N (, ] Klku poszkod. b z SL4 y ; -5 SL x SL4 z SL y ; -4 SL x SL z SL y ; - SL x SL z SL z a y ; - SL y ; - a x N E (, ] Welu poszkod. b z b y b x b z SL4 y ; -5 SL x SL4 z SL y ; -4 SL x SL z SL y ; - SL x SL z SL z a y ; - SL y ; - a x Rozszerzona macerz ryzyka z regułam określana wymaganego SL systemu SS (EC 65) x SL (SS) jeśl F A P A = - ; y SL (SS) f F A P B = - (F B P A = - ); z SL (SS) jeśl F B P B = 5 Zmnejszane ryzyka w nawązanu do koncepcj funkcjonalnego systemu E/E/PE Ryzyko resztkowe Częścowe ryzyko pokryte przez systemy nnej technolog Ryzyko tolerowane Częścowe ryzyko pokryte przez systemy E/E/PE zwązane z bezpeczeństwem Ryzyko zwązane z EUC Rt = Ft N Rnp = Fnp N ΔR = Rnp - Rt Wymagana redukcja ryzyka Możlwa redukcja ryzyka Częścowe ryzyko pokryte przez zewnętrzne środk redukcj ryzyka Redukcja ryzyka uzyskana przez wszystke systemy zwązane zewnętrzne środk redukcj ryzyka Ryzyko wzrasta Współczynnk wymaganego względnego zmnejszene ryzyka za pomocą E/E/PES (N=const): R F r = Rt / Rnp = Ft / Fnp = r = PFavg Krotność wymaganego zmnejszena częstośc PF prawdopodobeństwo F F nezadzałana na przywołane k = Fnp / Fp = / r = / PFavg PF avg ma zwązek z pozomem nenaruszalnośc SL 6 System elektryczny, elektronczny, programowalny elektronczny (E/E/PES) zwązany nterfejsy wejścowe (np. przetwornk A-C) A. We Urządzena wejścowe (np. czujnk) Komunkacja B. Programowalne urządzene elektronczne Zaslane nterfejsy wyjścowe (np. przetwornk C-A) C. Wy Urządzena wyjścowe (np. elementy wykonawcze) System E/E/PE ma realzować funkcje zwązane Podsystemy A, B C składają sę z elementów / modułów uszkadzających sę (może wystąpć nesprawność funkcjonalna nebezpeczna lub bezpeczna) Aby zmnejszyć negotowość stosuje sę, jeśl to uzasadnone, nadmarowość strukturalną w podsystemach A, B, C (np. oo, oo) Formułuje sę wymagana krytera probablstyczne dla systemu E/E/PE. 7 Cykl całkowty życa (trwana) PN-EN 658 Etap REALZACJ (dostawca / ntegrator / użytkownk) Planowane całkowte Planowane Planowane Planowane 6 użytkowana 7 waldacj 8 nstalowana obsług bezpeczeństwna do wprowadze- ruchu Koncepcja Określene całkowte zakresu Analza zagrożeń ryzyka Wymagana całkowte Alokacja Systemy zwązane : E/E/PE Realzacja (zob. cykl życa bezpeczeństw a E/E/PE) Etap ANALZY (projektant / ntegrator / odborca) Systemy zwązane Zewnętrzne środk do zmnejszena w nnych ryzyka technkach Realzacja Realzacja Zanstalowane wprowadz. do ruchu Powrót do odpowednej Etap Całkowta waldacja fazy cyklu życa UŻYTKOWANA (użytkownk / Użytkowane, obsługa 4 naprawa 5 Modyfkacje odnowa dostawca / serwsant) 8 Wyłączene z ruchu 6 lub lkwdacja

4 Podstawowe defncje skrótowce (PN-EN 658-4) Szkoda - fzyczny uraz lub pogorszene stanu zdrowa ludz, tak bezpośredne jak pośredne, wynkające ze szkody w majątku lub w środowsku [SO/EC Przewodnk 5:99 (zmodyfkowany)] UWAGA: Ta defncja ma zastosowane przy wykonywanu analzy zagrożeń ryzyka. Jeśl jej zakres należy rozszerzyć (na przykład w celu włączena szkód środowskowych, które mogą ne wywoływać uszkodzena fzycznego lub nadwyrężena zdrowa), wymagałoby to odpowednego uwzględnena takego przypadku w faze Analzy Całkowtej Bezpeczeństwa (zob. 7. w EC 658-). Zagrożene - potencjalne źródło szkody [Przewodnk SO/EC 5:99] UWAGA: Ten termn obejmuje nebezpeczeństwo dla osób, powstające w krótkm czase (na przykład pożar lub wybuch), a także nebezpeczeństwo długotrwale oddzałujące na zdrowe osób (na przykład wskutek wydzelana substancj toksycznych). Sytuacja zagrożena - sytuacja, w której osoba jest narażona na zagrożene lub zagrożena. Zdarzene zagrażające - sytuacja zagrażająca, której wynkem jest szkoda. Ryzyko - kombnacja prawdopodobeństwa wystąpena szkody cężkośc tej szkody [SO/EC Przewodnk 5:99 (zmodyfkowany)] 9 efncje skrótowce (PN-EN 658-4) c.d. Ryzyko tolerowane - ryzyko akceptowane w określonym kontekśce opartym na aktualnych wartoścach społecznych Ryzyko resztkowe - ryzyko pozostające po zastosowanu środków Bezpeczeństwo - newystępowane ryzyka neakceptowanego Bezpeczeństwo funkcjonalne -część, odnosząca sę do wyposażena sterowanego EUC (equpment under control) systemu sterowana EUC, która zależy od prawdłowego dzałana systemów E/E/PE zwązanych, systemów zwązanych wykonanych w nnych technkach zewnętrznych środków zmnejszena ryzyka. System funkcja (PN-EN 658-4) System - zestaw elementów współdzałających zgodne z projektem, w którym element systemu może być nnym systemem, zwanym podsystemem; zestaw ten może być systemem sterującym lub systemem sterowanym może obejmować sprzęt, oprogramowane współdzałane człoweka Uwaga: Człowek może być częścą systemu zwązanego. Na przykład człowek może otrzymywać nformacje z urządzena programowalnego elektroncznego realzować dzałana oparte na tych nformacjach lub realzować dzałana poprzez urządzene elektronczne programowalne. Funkcja - funkcja do zamplementowana przez system E/E/PE zwązany, system zwązany wykonany w nnej technce lub zewnętrzne urządzene do zmnejszena ryzyka, której przeznaczenem jest osągnece lub utrzymane stanu bezpecznego EUC, w odnesenu do konkretnego zdarzena zagrażającego Podstawowe wymagana funkcjonalnego Termn: zwązany (safety-related) - do opsu systemu, który projektuje sę do wypełnana danej funkcj lub klku funkcj w celu utrzymana ryzyka na akceptowanym pozome. Funkcje take są z defncj funkcjam. Występują dwa rodzaje podstawowych wymagań zwązanych z osąganem funkcjonalnego: wymagana dotyczące danej funkcj (co ta funkcja ma realzować w czase) oraz wymagana nenaruszalnośc dotyczące pewnośc realzacj funkcj wyrażanej za pomocą prawdopodobeństwa oszacowanego jakoścowo lub loścowo, że dana funkcja będze realzowana właścwe w odnesenu do założeń projektowych specyfkacj techncznej. Nenaruszalność pozom nenaruszalnośc SL (PN-EN 658-4) Nenaruszalność - prawdopodobeństwo, że system zwązany wykona w sposób zadowalający wymagane funkcje, w określonych warunkach w zadanym czase. Zaleca sę, aby przy ustalanu nenaruszalnośc wząć pod uwagę wszystke przyczyny uszkodzeń (tak przypadkowe uszkodzena sprzętu, jak uszkodzena systematyczne), które prowadzą do stanu nebezpecznego, na przykład uszkodzena sprzętu, uszkodzena wprowadzane przez oprogramowane uszkodzena spowodowane zakłócenam elektrycznym. Nektóre z tych rodzajów uszkodzeń, w szczególnośc przypadkowe uszkodzena sprzętu, mogą zostać wyrażone loścowo przez podane mar, np. ntensywnośc uszkodzeń nebezpecznych lub prawdopodobeństwa, że system ochronny/zabezpeczający zwązany zawedze podczas pracy na przywołane. Należy jednak pamętać, że nenaruszalność systemu zależy także od welu czynnków, które ne mogą być ścśle wyrażone lczbowo mogą być rozpatrywane tylko jakoścowo. Pozom nenaruszalnośc (SL - safety ntegrty level) pozom dyskretny (jeden z czterech możlwych) do wyszczególnena wymagań nenaruszalnośc funkcj, które pownny być przypsane w systemach E/E/PE zwązanych ; pozom nenaruszalnośc 4 jest pozomem najwyższym, a pozom nenaruszalnośc jest pozomem najnższym. Rodzaje pracy systemu E/E/PE według PN-EN 658 Rodzaj pracy - przewdzany sposób pracy systemu zwązanego, odnesony do częstośc jego przywołań do dzałana: rzadkego przywołana: gdy częstość przywołań systemu zwązanego do dzałana ne przekracza jednego na rok ne przekracza dwukrotnej częstośc testów okresowych; częstego przywołana do dzałana lub cągły: gdy częstość przywołań do dzałana systemu zwązanego jest wększa od jednego na rok wększa nż dwukrotna częstość testów okresowych. 4

5 Pozomy nenaruszalnośc : mary docelowe (kryteralne) uszkodzeń funkcj Tolerancja uszkodzeń przykładowych archtektur podsystemów przykładowa realzacja głosowana Średne prawdopodobeństwo newypełnena funkcj na przywołane PF avg - rodzaj pracy rzadkego przywołana SL (LM) 4 [ -5, -4 ) [ -9, -8 ) [ -4, - ) [ -8, -7 ) [ -, - ) [ -7, -6 ) [ -, - ) [ -6, -5 ) Pozom nenaruszalnośc Prawdopodobeństwo uszkodzena nebezpecznego na godznę PFH - rodzaj pracy częstego przywołana lub cągły (HM) PF avg - probablty of falure on demand (avg average) PFH - probablty (frequency of dangerous falure) per hour LM - low demand mode HM - hgh demand mode 5 Archtektura oo oo oo oo oo oo oo oo Tolerancja uszkodzeń oo oo oo oo oo ag ag 6 Nenaruszalność sprzętu: ogranczena archtektonczne podsystemów zwązanych typu A (typu B) Udzał uszkodzeń bezpecznych S ff < 6 % 6 % - < 9 % 9 % - < 99 % 99 % Tolerowane uszkodzena sprzętu N oznacza, że N+ uszkodzeń spowoduje utratę funkcj S ff Tolerowane uszkodzena sprzętu N podsystemy typu A (typu B) SL (-) SL (SL) SL (SL) SL (SL) SL (SL) SL (SL) SL4 (SL) SL4 (SL4) λs + ) ( λs + = λ ) ( SL (SL) SL4 (SL) SL4 (SL4) SL4 (SL4) S uszkodzena bezpeczne uszkodzena nebezpeczne uszkodzena nebezpeczne newykrywalne 7 Zarządzane bezpeczeństwem funkcjonalnym: analza (-), realzacja (4-6) użytkowane (7-9). Analza zagrożeń ocena ryzyka w złożonym obekce techncznym. Zdefnowane funkcj zwązanych. Określene wymaganego pozomu SL dla poszczególnych funkcj na podstawe loścowej lub jakoścowej analzy ryzyka 4. Wstępny dobór archtektury systemu E/E/PE (lub SS) zuwzględnenem ogranczeń archtektoncznych 5. Weryfkacja SL funkcj realzowanej przez dany system w odnesenu do przedzałowych kryterów probablstycznych na podstawe wynków modelowana probablstycznego (stotne znaczene mają: pokryce dagnostycznego uszkodzena zależne w podsystemach) 6. Projektowane systemu E/E/PE z weryfkacją skutecznośc realzowanych funkcj wraz z projektem oprogramowana nterfejsu operatorskego, opracowane procedur dagnostycznych 7. nstalowane systemu E/E/PE jego fnalna waldacja 8. Eksploatacja systemu E/E/PE, wypracowane strateg okresowego testowana obsług proflaktycznej urządzeń/podsystemów 9. Modyfkacja lub modernzacja systemu E/E/PE w czase z ewentualną korektą realzowanych funkcj wymaganego pozomu SL. 8 Przydzelane wymagań systemom zwązanym (PN-EN 658) Specyfkacja wymagań, projekt, ntegracja waldacja E/E/PES (faza realzacj cyklu życa) Metoda określana wymagań dotyczących nenaruszalnośc a) koneczne zmnejszene ryzyka Przypsane każdej funkcj skojarzonych wymagań nenaruszalnośc System E/E/PE zwązany Systemy zwązane wykonane System E/E/PE zwązany # Zewnętrzne środk do w nnych technkach zmnejszena ryzyka # 9. Specyfkacja wymagań dla E/E/PES 9... Specyfkacja 9... Specyfkacja wymagań funkcj wymagań pozomu b) koneczne zmnejszene ryzyka System E/E/PE zwązany # E/E/PE zwązany # 9.. Planowane waldacj E/E/PES 9.. Projekt opracowane E/E/PES c) pozomy nenaruszalnośc System E/E/PE zwązany # System E/E/PE zwązany # 9.4. ntegracja E/E/PES 9.5. Procedury użytkowana obsług E/E/PES Odnośne do wymagań projektowych dotyczących poszczegolnych systemów E/E/PE zwązanych - zob. EC 658- Uwaga: Realzacja danej funkcj może być przypsana węcej nż jednemu systemow zwązanemu. Podsystemy systemu E/E/PE lub SS mogą realzować węcej nż jedną funkcję zwązaną Waldacja E/E/PES Cykl życa () systemu E/E/PE Poz. Poz. 4 Cykl całkowty życa systemu zwązanego

6 Specyfkacja wymagań, projekt, ntegracja waldacja oprogramowana E/E/PES (faza realzacj cyklu życa) 9.. Planowane waldacj oprogram. Cykl życa () oprogramowana 9. Specyfkacja wymagań oprogramowana 9... Specyfkacja 9... Specyfkacja wymagań funkcj wymagań pozomu 9.. Projekt opracowane oprogramowana 9.4. ntegracja sprzętu oprogramowana 9.6. Waldacja oprogr Procedury użytkowana modyfkacj oprogram. Poz. Poz. 4 Cykl całkowty życa systemu zwązanego Parametry model probablstycznych elementów w systeme zabezpeczeń λ -ntensywność uszkodzeń podsystemu [h - ] λ = λ S + λ λ S - ntensywność uszkodzeń bezpecznych (S) [h - ] λs = FS λ λ - ntensywność uszkodzeń nebezpecznych ()[h - ] = ( FS) λ FS -udzał uszkodzeń bezpecznych λ = + U λ C - pokryce dagnostyczne C = λ - ntensywność uszkodzeń wykrywalnych () przez automatyczne testy dagnostyczne [h - ] λ = C λ = C( FS) λ λ U - ntensywność uszkodzeń newykrywalnych (U) przez automatyczne testy dagnostyczne [h - ] U = ( C) = ( C)( FS) λ λ S -ntensywność uszkodzeń S wykrywalnych () [h - ] λ = C λ = C FS λ λ SU -ntensywność uszkodzeń S newykrywalnych (U) [h - ] S S λ = ( C ) λ = ( C FS λ S S SU S S S ) Wyznaczane PF avq podsystemu Funkcja negotowośc podsystemu, którego stan uszkodzena nebezpecznego może być wykryty tylko podczas okresowego testu Przyjmując PF avg = PF( t) = exp[ λ t] U t. U T T PF( t) dt U t dt T = PF ( t ) λ U t λ. 5λ T nterwały testu kontrolnego T przyjmuje sę o wartoścach (PN-EN 658): 68 h (jeden tydzeń); 7 h (jeden mesąc), 9 h (trzy mesące), 48 h (sześć mesęcy), 876 h (jeden rok), 75 h (dwa lata), 48 h (pęć lat) lub 876 h (dzesęć lat). Forma rozszerzona wzoru z uwzględnenem trzech składowych PF avg PF PF + PF + PF avg FT avg gdze składowe PF są zwązane z ogranczoną skutecznoścą: testu funkcjonalnego (FT functonal test), testu automatycznego (AT automatc test) oraz błędem człoweka (HE human error). AT avg HE U Modelowane probablstyczne systemu E/E/PE - podsystem o strukturze oo (PN-EN 658) U tc = T/ + MTTR (podsystem) agnostyka Przy założenu, że ntensywność uszkodzeń nebezpecznych stanow 5% ntensywnośc uszkodzeń całkowtej λ = U + = λ / U = ( C) tce tc = MTTR t U = t + t U = T ( + MTTR) + MTTR CE c c T czas mędzy testam; MTTR średn czas naprawy. T PF G, oo λ tce U ( + MTTR) + MTTR PFH G,oo = λ U 4 agnostyka Modelowane probablstyczne systemu E/E/PE - podsystem o strukturze oo (PN-EN 658) oo λ U U U T tge = ( + MTTR) + MTTR λ λ tce tge λ λ Wspólna przyczyna uszkodzena CCF T PFG, oo [( β ) + ( β ) U ] tcetge + β MTTR + βu ( + MTTR) PFH G β t + β λ + β λ, oo [( ) + ( β ) U ] CE T czas mędzy testam; MTTR średn czas naprawy; β -współczynnk uszkodzeń zależnych od wspólnej przyczyny (CCF common cause falure). U 5 Modelowane probablstyczne przykładowej struktury systemów SS Przecętne prawdopodobeństwo newypełnena funkcj na przywołane dla struktury z : EC (graf Markowa): T PFavg z 6[( β ) + ( β ) U ] tcetge + β MTTR + βu ( + MTTR) U T U T tce ( + MTTR) + MTTR; tge ( + MTTR) + MTTR; β = β Cęca mnmalne MC (metoda ): λ S T T PFavg z (( β ) ) ( + T MTTR + MTTR ) + βu ( + MTTR) λ S S safe λ SU FTA (metoda ): λ - danger T λ T PFavg z ( + T MTTR + MTTR ) + βu ( + MTTR) λ T czas mędzy testam; Pokryce dagnostyczne C [%]: S safe detected λ U MTTR średn czas naprawy; SU safe undetected C = = C λ danger detected β - współczynnk uszkodzeń U danger undetected zależnych. 6 agnostyka oo

7 SL Przykłady oblczenowe SL 5 SL --5 SL?. Wyznaczyć pozom SL struktury szeregowej systemu E/E/PE (elektrycznego/ elektroncznego/ programowalnego elektroncznego) metodą jakoścową zweryfkować ten pozom metodą loścową, przyjmując przecętne wartośc prawdopodobeństwa na przywołane PFavg (probablty of falure on demand average) równe średnej geometrycznej przedzałowych wartośc kryteralnych według PN-EN 658. Nezawodność oprogramowana - rozszerzony model V cyklu życa oprogramowana System Wymagana zaakceptowan y Analza Specyfkacja Waldacja wymagań Testów systemu Specyfkacja System nspekcja wymagań zntegrowany testów SL SL SL 4 SL - SL? -4 SL? 5 SL 5 SL 6 SL 8 SL 6-7 SL? 8-9 SL? 7 SL 9 SL -9 SL?. Wyznaczyć wynkową wartość prawdopobeństwa newypełnena funkcj przez ten system na przywołane PF avg : (a) metodą jakoścową, (b) metodą loścową schematów blokowych RB, (c) metodą loścową na podstawe MCS. Jak pozom nenaruszalnośc SL odpowada uzyskanej wynkowej wartośc PF avg? Porównać uzyskany pozom SL z wyznaczonym metodą jakoścową (zwjane schematu blokowego jak na rysunku z zastosowanem odpowednch reguł). Przyjąć wartośc PFavg poszczególnych elementów odpowadające pozomom SL: - (SL), - (SL), -4 (SL). Projektowane Specyfkacja nspekcj archtektury Testów Specyfkacja nspekcja archtektury Projektowan Specyfkacja nspekcj e modułów Testów Projekt nspekcja modułów Kodowane nspekcj Testowane ntegracyjne Zweryfkowane moduły Testowane modułów Moduły testów testów 7 Źródło: Valdaton of communcaton n safety-crtcal controls system. Nordtest Teknkante 8 Wymagana dotyczące nezawodnośc kanałów komunkacyjnych w programowalnym systeme zabezpeczeń Normy funkcjonalnego: ogólna (PN-EN 658) sektorowe PN-EN 658 komunkacyjny komunkacyjny Normy dla wytwórców PN-EN 54, 57 Norma ogólna Normy dla użytkownków PN-EN 65 etektory gazu Przemysł procesowy Czujnk % PF, PFH Sterownk programowalny % PF, PFH Element wykonawczy PN-EN 5 Zabezpeczena (atmosfera wybuchowa) PN-EN 849 EC 65 Energetyka jądrowa PN-EN 66 Maszyny Maszyny Funkcja (PF, PFH) EC 68 PN-EN 56, 8, 9 Źródło: PN-EN 6784-:8 9 Układy napędowe Transport kolejowy 4 Norma sektorowa do stosowana w przemyśle procesowym PN-EN 65:5 Bezpeczeństwo funkcjonalne. Przyrządowe systemy do sektora przemysłu procesowego Częśc:. Schemat, defncje, wymagana dotyczące systemu, sprzętu oprogramowana. Wytyczne do stosowana EC 65-. Wytyczne do określana pozomów wymaganych nenaruszalnośc Wytwórcy dostawcy urządzeń EC 658 Normy dotyczące przyrządowych systemów (SS) sektora procesowego ntegratorzy użytkowncy przyrządowych systemów SS EC 65 4 Opracowane nowych urządzeń częśc sprzętowej EC 658 EC 658 EC 65 w projektowanu przyrządowych systemów SS (safety nstrumented system) Sprzęt do sektora procesowego Stosowane wypróbowanych urządzeń sprzętu EC 65 Normy przyrządowych systemów sektora procesowego Stosowane sprzętu opracowanego ocenonego według EC 658 EC 65 Wytworzene oprogramowana posadowonego (systemowego) EC 658- Oprogramowane do sektora procesowego Wytworzene oprogramowana aplkacyjnego przy użycu języków o pełnej zmennośc EC 658- Wytworzene oprogramowana aplkacyjnego przy użycu języków o ogranczonej zmennośc lub stałych programów EC 65 4

8 Warstwy zabezpeczenowo-ochronne nstalacj podwyższonego ryzyka w nawązanu do PN-EN 65 Przykładowe warstwy zabezpeczeń nstalacj przemysłowej 5. Systemy zabezpeczeń nżyneryjnych (zawory, kurtyny, obudowy) 4. Systemy automatyk zabezpeczenowej SS. System alarmowy AS nterwencje operatorów. Podstawowy system sterowana BPCS. nstalacja procesowa BPCS basc process control system (podstawowy system sterowana) AS alarm system (system alarmowy) SS safety nstrumented system (przyrządowy system ) 4 Źródło: E.M.Marszal, C.P.Wel: mplementng protectve functons 44 n BPCS and combned systems. Kenexs Consultng Corporaton. nternet, March. Przykładowe warstwy w systeme sterowana zabezpeczeń Przykładowa struktura systemu BPCS SS Basc Process Control System Safety nstrumented System BPCS OPERATOR Nezależność warstw? SS Przykładowe powązane funkcj realzowanych przez BPCS (kolor nebesk) SS (kolor czerwony). 45 Źródło: E.M.Marszal, C.P.Wel: mplementng protectve functons n BPCS and combned systems. Kenexs Consultng Corporaton. nternet: March. 46 załana systemów BPCS SS typu mmc Przykład funkcj zabezpeczającej realzowanej tylko przez BPCS Źródło: E.M.Marszal, C.P.Wel: mplementng protectve functons n BPCS and combned systems. Kenexs Consultng Corporaton. nternet: March. 47 Źródło: E.M.Marszal, C.P.Wel: mplementng protectve functons n BPCS and combned systems. Kenexs Consultng Corporaton. nternet: March. 48

9 Wyprzedzające dzałane BPCS jeśl 5 z 5 czujnków temperatury zarejestruje wartość przekraczającą ustalone prog. Przykład ncjowana przez BPCS dzałana SS wyłączającego reaktor, nekrytycznego ze względu na bezpeczeństwo Na przykładze produkcj tlenku etylenu (ethylene oxde). Jeśl dzałane BPCS okaże sę neskuteczne następuje dzałane SS BPCS SS w systeme sterowana obektem/procesem podwyższonego ryzyka Warstwy zabezpeczeń PL (protecton layers), które mogą być strukturalne funkcjonalne zależne PLANT / PROCESSES PL BPCS PL OPERATOR PL SS / ES Equment under control (EUC) EUC (SS) STC (SS) EUC STC AS / SS Safety-related system (SRS) Safety nstrumented System (SS) State control, Testng, Supervson nformaton / nterface Basc Process Control System (BPCS) ecsons / Control SRS nformaton / nterface NFORMATON / ALARMS > HUMAN OPERATORS > ECSONS Sensors / Transducers / Converters (STC) 5 Z F Hazardous ndustral nstallaton W przypadku założena nezależnośc warstw = F PF ; PL PF ; PL PF ; PL = F PF Ogólne mogą występować zależnośc dlatego należy uwzględnać prawdopobeństwa warunkowe F = F P ) = F PF ( X ; PL ) P( X ; PL X ; PL) P( X ; PL X ; PLX ; PL 5 Z Projektowane systemu sterowana zabezpeczeń Process defnton and hazard dentfcaton Przykład matrycy warstw (safety layer matrx EN 65) The protecton layers nclude: PL basc process control system (BPCS), PL human-operator (OPERATOR), who supervses the process and ntervenes n cases of abnormal stuatons and durng emergences that are ndcated by the alarm system, PL safety nstrumented system (SS), whch can perform a functon of emergency shutdown (ES). Prelmnary rsk analyss and defnng safety related functons Rsk mtgaton and control strategy BPCS desgn ncludng SS, HM and AS SS desgn Rsk assessment and control system ntegrty valdaton Number of PLs Hazardous event lkelhood C C SL Low C C SL Medum Mnor Safety ntegrty level (SL) requred C C C C C SL C SL SL SL SL Hgh SL Low SL Medum Serous SL B Hgh Hazardous event severty ratng SL B Low SL SL SL B Medum Extensve SL SL B SL A Hgh PL and PL general structure: A. Sensors KAooNA B. Logc KBooNB C. Actuators KCooNC No Crtera met? Yes 5 A. One level SL safety nstrumented functon does not provde suffcent rsk reducton at ths rsk level. Addtonal modfcatons are requred n order to reduce rsk (ths approach s not consdered sutable for SL4). B. One level SL safety nstrumented functon does not provde suffcent rsk reducton at ths rsk level. Addtonal revew s requred (ths approach s not consdered sutable for SL4). 54 C. SS ndependent protecton layer s probably not needed.

10 Example of PL credt requrements Levels of safety nstrumented system (SS) ntegraton wth basc process control system (BPCS) Adjusted ntatng event frequency ** f [a - ] - f - f < - -4 f < - -6 f < -4 f < -6 Number of PL Credts Requred * Consequence Category V One fatalty,5,5 Consequence Category V Multple fataltes,5,5,5 B A ENG. HM ENG. W/S W/S BPCS Gateway SS ENG. HM W/S C ENG. W/S HM * ncludes adjustments to the ntatng event frequency for probabltes of gnton, person present and fatalty ** PL credt s defned as a reducton n event frequency of BPCS SS BPCS A - nterfaced, B - ntegrated, and C Common Accordng to a whte paper of Semens SS 56 Consultc Market Survey: Greatest angers Wth Respect to Network Securty PROFsafe sland wthn Securty Zone Źródło: Materały frmy Semens dostępne w nternece, marzec. 57 Źródło: Materały frmy Semens dostępne w nternece, marzec. 58 Cell protecton concept and secure communcatons usng securty modules Uwag końcowe Problematyka projektowana użytkowana systemów sterowana zabezpeczeń w przemyśle (rozpatrywana w cyklu życa) zyskuje na znaczenu, szczególne wzłożonych obektach / nstalacjach podwyższonego ryzyka. Źródło: Materały frmy Semens dostępne w nternece, marzec. 59 Rozwązana funkcjonalnego właścwe wprowadzane do praktyk przemysłowej przyczynają sę do racjonalnego zmnejszena ryzyka zwązanego z eksploatacją złożonego obektu, a tym samym szeroko rozumanych strat. Określane wymaganego pozomu nenaruszalnośc SL funkcj zwązanych na podstawe analzy zagrożeń ryzyka, a następne weryfkacja SL systemów E/E/PE, BPCS lub SS realzujących te funkcje w procese modelowana probablstycznego są nekedy wyzwanem ze względu na wpływ różnych czynnków ryzyka występujące nepewnośc, co wpływa na koneczność korzystana z metod bazujących na nformacj jakoścowej. Normy funkcjonalnego - PN-EN 658) normy sektorowe (np. PN-EN 65) wymagają starannego przestudowana w celu stosowana w analzach wymagań metodycznych odpowednch kryterów. Normy funkcjonalnego są uaktualnane w czase. Na przykład opracowano nedawno uaktualnoną wersję normy EC 658 (). Nowym zagadnenem jest problem ochrony nformacj w przemysłowych secach komputerowych. 6