Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Automatyki

Transkrypt

1 Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Automatyki Kazimierz Kosmowski k.kosmowski@ely.pg.gda.pl Opracowanie metod analizy i narzędzi do komputerowo wspomaganego zarządzania bezpieczeństwem funkcjonalnym w ramach systemu warstw zabezpieczeniowo-ochronnych obiektów przemysłowych podwyższonego ryzyka Seminarium PPT BPP Priorytety i formy badań naukowych i prac rozwojowych w ramach Polskiej Platformy Technologicznej Bezpieczeństwo Pracy w Przemyśle CIOP PIB, Warszawa, 17 maja 2007

2 Zakres prezentacji Koncepcja bezpieczeństwa funkcjonalnego (IEC 61508) Określanie wymaganego poziomu nienaruszalności bezpieczeństwa SIL (safety integrity level) na podstawie analizy ryzyka Weryfikacja poziomu nienaruszalności bezpieczeństwa systemów E/E/PE i SIS Metoda LOPA (Layer of Protection Analysis) w praktyce w nawiązaniu do IEC Kategorie częstości, skutków zdarzeń awaryjnych i ryzyka oraz określanie SIL Projekt w programie wieloletnim koordynacja CIOP PIB

3 Bezpieczeństwo funkcjonalne (IEC 61508) Cykl życia / trwania bezpieczeństwa Bezpieczeństwo funkcjonalne - część bezpieczeństwa, odnosząca się do wyposażenia sterowanego (EUC - equipment under control) i systemu sterowania EUC Koncepcja Określenie całkowite zakresu Analiza zagrożeń i ryzyka Wymagania całkowite bezpieczeństwa 5 Alokacja bezpieczeństwa 6 Planowanie użytkowania i obsługi Planowanie całkowite 7 Planowanie walidacji bezpieczeństwa 8 Planowanie instalowania i wprowadzenia do ruchu 9 Systemy związane z bezpieczeństwem: E/E/PE Realizacja (zob. cykl życia bezpieczeństw a E/E/PE) Systemy związane Zewnętrzne środki z bezpieczeństwem do zmniejszenia w innych ryzyka technikach Realizacja Realizacja 12 Zainstalowanie i wprowadz. do ruchu 13 Całkowita walidacja bezpieczeństwa Powrót do odpowiedniej fazy cyklu życia bezpieczeństwa 14 Użytkowanie, obsługa i naprawa 15 Modyfikacje i odnowa 16 Wyłączenie z ruchu lub likwidacja

4 Redukowanie ryzyka za pomocą E/E/PE lub SIS Ryzyko resztkowe Ryzyko tolerowane R t = F t C R np = F np C Ryzyko EUC ΔR = R np - R t ; < F t /F np Niezbędna redukcja ryzyka Ryzyko wzrasta Możliwa redukcja ryzyka Częściowe ryzyko pokryte przez systemy bezpieczeństwa innej technologii Częściowe ryzyko pokryte przez systemy E/E/PE związane z bezpieczeństwem Częściowe ryzyko pokryte przez zewnętrzne środki redukcji ryzyka Redukcja ryzyka uzyskana przez wszystkie systemy związane z bezpieczeństwem i zewnętrzne środki redukcji ryzyka

5 Kryteria probabilistyczne dla systemów E/E/PE isis pełniących funkcje bezpieczeństwa SIL (poziom nienaruszalności bezpieczeństwa) Prawdopodobieństwo niewypełnienia funkcji na przywołanie - rodzaj pracy rzadkiego przywołanie (LDM) Prawdopodobieństwo uszkodzenia niebezpiecznego na godzinę - rodzaj pracy częstego przywołania lub ciągły (HDM) 4 [ 10-5, 10-4 ) [ 10-9, 10-8 ) 3 [ 10-4, 10-3 ) [ 10-8, 10-7 ) 2 [ 10-3, 10-2 ) [ 10-7, 10-6 ) 1 [ 10-2, 10-1 ) [ 10-6, 10-5 )

6 Graf ryzyka do określania SIL według IEC W 3 W 2 W 1 Punkt wyjściowy oceny ryzyka CA CB FA FB PA PB PA a a a C - skutki - parametr ryzyka F - częstość i czas ekspozycji P - możliwość uniknięcia zagrożenia W - prawdopodobieństwo zdarzenia CC CD FA FB FA FB PB PA PB PA PB 3 4 b Bez wymagań bezpieczeństwa a - Bez specjalnych wymagań b - Pojedynczy E/E/PE nie wystarcza 1, 2, 3, 4 - SIL

7 Wyznaczanie systemu w weryfikowaniu SIL PED + + SYS A B C A. Podsystem wejściowy (czujniki i przetworniki). B. Podsystem przetwarzania informacji (sterowniki programowalne). C. Podsystem wyjściowy (człony wykonawcze i elementy końcowe). Przykładowa struktura szeregowa: A -2 = SIL1 B 3 = SIL2 S SIL1 C 2 = SIL1

8 Warstwy zabezpieczeń w obiekcie podwyższonego ryzyka (IEC 61511) 7. System ograniczania skutków awarii w otoczeniu obiektu 6. System ograniczania skutków awarii w obrębie obiektu 5. System zabezpieczeń inżynieryjnych (kurtyny, obudowy) 4. System automatyki zabezpieczeniowej SIS 3. Alarmy krytyczne i interwencje operatorów 2. System monitorowania i sterowania (BPCS) 1. PROCES / INSTALACJA Filozofia obrony w głąb warstwy powinny spełniać warunek niezależności funkcjonalnej i strukturalnej

9 Systemy E/E/PE sterowania i automatyki zabezpieczeniowej INSTALACJA / PROCESY Urządzenia sterowane (wykonawcze) EUC (SZ) UP (SZ) EUC (SS) UP (SS) Urządzenia pomiarowe System związany z bezpieczeństwem Kontrola stanu, testowanie i nadzór SZ - System zabezpieczeń SIS Informacja / wskaźniki / alarmy SS - System sterowania BPCS Decyzje / Sterowania Informacja / wskaźniki System związany z bezpieczeństwem INFORMACJA > OPERATORZY > DECYZJE System sterowania i system automatyki zabezpieczeniowej - wymaganie niezależności funkcjonalnej

10 Analiza warstw zabezpieczeń LOPA (Layer of Protection Analysis) PL1 BPCS PL2 OPERATOR PL3 SIS Trzy przykładowe warstwy PL (mają zapobiec wstąpieniu zdarzeń awaryjnych o poważnych konsekwencjach): PL1 System sterowania BPCS (Basic Proces Control System) PL2 Człowiek-operator (nadzoruje proces i interweniuje w razie wystąpienia sytuacji nienormalnej lub awaryjnej, PL3 System zabezpieczeń SIS (Safety Instrumented System). F PLs i = F I i PL1 i PL 2 i PL3 i = d F IPLs i

11 Wyniki analizy scenariuszy awaryjnych - przykładowa matryca ryzyka N [j. strat] F [a -1 ] F 0 F -1 F -2 F -3 N A N B N C N D N E IV IV II IV I a II b II I I c d I I I II Kategorie ryzyka: I niedopuszczalne II - niepożądane - tolerowane IV - akceptowane F -4 IV IV IV

12 Przykładowe kategorie częstości i skutków zdarzeń do definiowania matrycy ryzyka Kategorie częstości zdarzenia Określenie słowne kategorii częstości F -4 F -3 F -2 F -1 F 0 Rzadkie Sporadyczne Częste Przedziały wartości [a -1 ] (10-5, 10-4 ] (10-4, 10-3 ] (10-3, 10-2 ] (10-2, 10-1 ] (10-1, 10 0 ] Kategorie skutku zdarzenia Określenie słowne kategorii skutku N A N B N C N D N E Marginalne Małe Duże Krytyczne Orientacyjna liczba poszkodowanych Pojedyncze obrażenia Liczne obrażenia Pojedyncze zejścia Kilka zejść Mało prawdopodobne Prawdopodobne Katastroficzne Więcej niż kilka zejść

13 PPT BPP projekt w programie wieloletnim koordynacja CIOP PIB Opracowanie metod analizy i narzędzi do komputerowo wspomaganego zarządzania bezpieczeństwem funkcjonalnym w ramach systemu warstw zabezpieczeniowo-ochronnych obiektów przemysłowych podwyższonego ryzyka Zadania projektu obejmują: 1. Opracowanie metodyki analizy bezpieczeństwa funkcjonalnego w projektowaniu i użytkowania systemów SIS (safety instrumented systems) zgodnie wymaganiami z EN i EN 61511; 2. Opracowanie metody kalibrowanego grafu ryzyka do określania wymaganego poziomu nienaruszalności bezpieczeństwa SIL (safety integrity level) dla zdefiniowanych funkcji bezpieczeństwa; 3. Opracowanie metod weryfikacji SIL systemów SIS i BPCS (basic process control system); 4. Opracowanie metody analizy warstw zabezpieczeń LOPA (layer of protection analysis) uwzględniającej analizę niezawodności człowieka i uszkodzeń zależnych;

14 PPT BPP projekt w programie wieloletnim koordynacja CIOP PIB (c.d.) Opracowanie metod analizy i narzędzi do komputerowo wspomaganego zarządzania bezpieczeństwem funkcjonalnym w ramach systemu warstw zabezpieczeniowo-ochronnych obiektów przemysłowych podwyższonego ryzyka 5. Opracowanie koncepcji funkcjonalnej i strukturalnej oprogramowania komputerowego wspomagającego zarządzanie bezpieczeństwem funkcjonalnym w cyklu życia systemu; 6. Projekt i oprogramowanie modułu wspomagającego wyznaczanie wymaganego poziomu nienaruszalności bezpieczeństwa SIL; 7. Projekt i oprogramowanie modułu wspomagającego weryfikację SIL systemów SIS; 8. Projekt i oprogramowanie modułów graficznych oraz baza danych niezawodnościowych do wspomaganej komputerowo analizy bezpieczeństwa funkcjonalnego; 9. Testowanie prototypowego oprogramowania dla przykładowych rozwiązań BPCS i SIS.