Safety Integrated. SIMATIC Safety Matrix. A ferramenta de gerenciamento para todas as fases do Safety Lifecycle. Brochura Setembro de 2010

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1 SIMATIC Safety Matrix A ferramenta de gerenciamento para todas as fases do Safety Lifecycle Brochura Setembro de 2010 Safety Integrated Answers for industry.

2 Segurança funcional e gerenciamento do Safety Lifecycle Avaliação de perigos e riscos e determinação dos níveis de proteção Gerenciamento e avaliação da segurança de função Estrutura e planejamento do Safety Lifecycle Atribuição de tarefas de segurança para os níveis de segurança Especificação dos requisitos de segurança (SRS) no Sistema técnico de segurança (SIS) Planejamento e projeto do Sistema técnico de segurança (SIS) Montagem, colocação em funcionamento e validação Operação e manutenção Modificação Planejamento e projeto de outras medidas para a minimização de riscos Verificação Análise Realização Funcionamento Descomissionamento O Safety Lifecycle no modelo da IEC descreve as fases do sistema Na indústria de processos, a operação e construção de sistemas com perigos potenciais está sujeita à norma internacional IEC 61511, o padrão para a segurança funcional em sistemas de técnica de segurança. A descrição do procedimento para a realização da segurança funcional segue, neste caso, o ciclo de vida de segurança (Safety Lifecycle) do sistema, que foi dividido nas três seguintes fases: Fase de análise, fase de realização e fase de operação e manutenção. Geralmente, todas estas fases e as atividades a elas relacionadas para a segurança funcional devem ser documentadas. Os documentos constituem a base para a comprovação de segurança do sistema e do sistema de técnica de segurança utilizado. Mesmo em caso de modificação, todas as fases do ciclo de vida de segurança serão novamente executadas e documentadas. Fase de análise Para identificar possíveis perigos e avaliar seus riscos, os sistemas de processos perigos potenciais deve ser analisado de maneira direcionada. Um método apropriado para isto é, por exemplo, a análise HAZOP (Hazard Operational Analysis). De posse dos conhecimentos adquiridos através da análise e suas avaliações é realizada a definição de níveis de proteção, bem como a atribuição de tarefas e funções de segurança relativas a estes níveis. O sistema técnico de segurança (SIS, Safety Instrumented System) é, neste caso, um dos níveis de segurança. Um resultado significativo da análise é a especificação dos requisitos de segurança (SRS, Safety Requirement Specification) para o sistema técnico de segurança. O SRS descreve todas as funções de segurança (SIF, Safety Instrumented Funktion) inclusive os requisitos nele apresentados e afirma o Safety Integrity Level (SIL) exigido. O SIL é uma medida para a redução de riscos. 2 Segurança funcional e gerenciamento do Safety Lifecycle

3 Fase de realização O SRS é o fundamento para a continuidade do planejamento do sistema, especialmente para a instalação do Sistema técnico de segurança (SIS) e das funções de segurança relativas a ele, bem como para outras medidas para minimizar os riscos. Ele é decisivo para a escolha do SIS, bem como do hardware e software para a realização das funções de segurança. Após o planejamento e projeto vêm a montagem, a colocação em funcionamento e validação do sistema. Já que o SRS contém, além das funções e dos requisitos de segurança, também as verificações e os critérios de verificação a eles pertinentes, ele é, ao mesmo tempo, um modelo para a verificação e validação. Os resultados visados com a verificação das especificações SRS devem ser documentados conforme as diretrizes para a segurança funcional. Os documentos serão, posteriormente, necessários para a aceitação das funções de segurança e do sistema de segurança. Fase de operação e manutenção Esta fase compreende a operação e otimização do sistema até o período do descomissionamento. SIMATIC Safety Matrix Com o SIMATIC Safety Matrix, a Siemens oferece uma ferramenta de gerenciamento do Safety Lifecycle com certificação TÜV para aplicações de segurança até SIL 3, conforme a IEC O SIMATIC Safety Matrix pode ser utilizado em todas as fases do ciclo de vida de segurança. Os efeitos de racionalização visados através disto contribuem de maneira significativa para a redução dos custos de investimentos (CAPEX, Capital Expenditure) e os custos operacionais (OPEX, Operational Expenses) do sistema. O SIMATIC Safety Matrix consiste dos seguintes produtos individuais que diferenciam-se em termos de funcionalidade e áreas de utilização: Safety Matrix Editor Safety Matrix Engineering Tool Safety Matrix Viewer Produtos Suporte para Fases Safety Lifecycle Tarefas realizadas Modos de operação Hardware base (Sistema alvo) Safety Matrix Editor Fase de análise, fase de realização Definir, projetar, verificar e documentar a lógica do Safety Matrix Criação de um arquivo matriz CEM que possa ser importado Operação offline PC autônomo com sistema operacional Windows XP Professional/ Server 2003 Safety Matrix Engineering Tool Fase de análise, fase de realização, fase de operação e manutenção Definir, projetar e traduzir um Safety Matrix Importar/Exportar um arquivo matriz CEM Transferir para o projeto, traduzir, carregar, operar e observar o programa CFC orientado para a segurança Comparar das matrizes de segurança de base dos arquivos matriz CEM e planejamentos CFC Relatório de configuração e verificação de plausibilidade com relatório de validação Operação offline e online PC autônomo com sistema operacional Windows XP Professional/ Server 2003 SIMATIC PCS 7 Engineering Station (ES) Safety Matrix Viewer Fase de operação e manutenção Operação e observação do programa CFC orientado para a segurança Operação online SIMATIC PCS 7 Operator Station (OS) Área de utilização dos produtos SIMATIC Safety Matrix Segurança funcional e gerenciamento do Safety Lifecycle 3

4 SIMATIC Safety Matrix na fase de análise Avaliação de perigos e riscos; Determinação de níveis de proteção Atribuição de tarefas de segurança para os níveis de segurança Especificação dos requisitos de segurança (SRS) no sistema técnico de segurança (SIS) Realização Funcionamento Na fase de análise é importante descobrir e analisar os riscos conhecidos e potenciais à segurança, por exemplo, com o método HAZOP. Isto serve para filtrar riscos não toleráveis, para avaliar a probabilidade de um perigo e estimar possíveis consequências A seguir é efetuada a criação do conceito de segurança do sistema. Nele, são atribuídas as tarefas de segurança dos diferentes níveis de proteção do sistema. Dentro do conceito de segurança, o sistema de segurança (Safety Instrumented System - SIS) desempenha um papel importante. A definição e a descrição dos requisitos SIS na forma de uma especificação, constituem o fundamento para o planejamento, a engenharia e a aceitação do sistema. Uma vez que diferentes pessoas têm que orientar seu trabalho conforme esta especificação nas diferentes fases do ciclo de vida de segurança, é importante que os requisitos de segurança sejam formulados de maneira fácil de compreender. Especificação dos requisitos de segurança (SRS) Na SRS são definidos os requisitos do sistema de segurança. A descrição funcional das funções de segurança, é parte integrante da SRS, bem como todas as condições de base para sua ativação. Além disso, a determinação do objeto do Safety Integrity Level (SIL) é uma observação detalhada de cada uma das funções de segurança isoladas. Safety Integrity Level Probabilidade de falha sob demanda (PFD) por ano 1) 1) Modo de demanda de operação Redução de riscos Fator = 1/PFD SIL até < até SIL até < até SIL até < até SIL até < até 100 Proteção contra catástrofes Tanques de recolhimento Válvula de sobrepressão, disco de alívio de pressão Proteção contra Proteção passiva Proteção ativa catástrofes Safety System (automático) Safety shutdown Safety Instrumented System (SIS) Intervenção do pessoal do sistema Automatização de base Valor de processo Alarme de processo Comportamento normal Sistema de gerenciamento de processos Conceito de segurança e níveis em um sistema 4 SIMATIC Safety Matrix na fase de análise

5 Safety Matrix Editor Definição das operações causa e funções Matriz Cause&Effect O método Cause&Effect demonstrou-se uma possibilidade muito eficaz para a descrição funcional de funções de segurança, bem como para a definição de condições de base e desconexão. O método especificado pelo American Petroleum Institute na diretriz API RP 14C é praticado hoje em diversas áreas da indústria de processos. A Siemens transpôs o método Cause&Effect, definido pelo American Petroleum Institute, para o SIMATIC Safety Matrix. Com o SIMATIC Safety Matrix, desde a fase de análise as funções de segurança podem ser registradas de maneira uniforme, descritas e formuladas de maneira compreensível para todos os envolvidos. E isto não requer quaisquer conhecimentos especiais em programação. Assim, também os especialistas em procedimentos podem, eles mesmos, definir requisitos com o SIMATIC Safety Matrix. A definição das causas (Causes) é efetuada nas linhas da tabela da matriz. As causas dedutíveis dos sinais digitais e analógicos podem resultar em até 3 sinais. Também é possível levar em conta dados adicionais, por exemplo, retardamentos temporais. Os efeitos (Effects) são definidos na coluna da tabela da matriz. Uma causa pode resultar em até 4 diferentes atuadores. A operação de múltiplas causas e a definição do comportamento entre as causas e os efeitos são efetuadas nos pontos de interseção (Intersections) entre as linhas e colunas. Lá também é determinado se é necessário uma confirmação ou um retorno. As causas podem, além disso, ser resumidas em grupos de seleção. Deste modo, pode ser realizada, por exemplo, uma seleção de 2-para-3. Pontos altos 128 causas (Causes) a cada matriz 128 efeitos (Effects) a cada matriz 1024 pontos de interface (Intersections) a cada matriz Até 3 entradas a cada causa Até 4 saídas a cada efeito Vantagens Não requer conhecimentos em programação Compreensível para todos os envolvidos Visão geral compacta das funções de segurança Definição de uma causa (Cause) SIMATIC Safety Matrix na fase de análise 5

6 SIMATIC Safety Matrix na fase de realização Análise Planejamento e projeto de outras medidas para a minimização de riscos Planejamento e projeto do sistema técnico de segurança (SIS) Montagem, colocação em funcionamento e validação Funcionamento A fase de realização inicia-se com o planejamento e o projeto do sistema orientado para a segurança, bem como de outras medidas para a minimização de riscos. No decorrer do procedimento ocorre a montagem, a colocação em funcionamento e a validação. Durante o planejamento é efetuada a transposição das funções de segurança específicas. Com a utilização do SIMATIC Safety Matrix as funções de segurança definidas na fase de análise já existem em forma de uma matriz Cause&Effect, que pode ser diretamente utilizada, logo a seguir, sem restrições. A conversão, necessária no procedimento convencional, das funções de segurança descritas na SRS em uma linguagem de programação específica do sistema também não é necessária neste caso. Isto resulta em economias nítidas em custos com engenharia. A ligação com o sistema é estabelecida através da atribuição das causas e efeitos para entradas e saídas do SIMATIC S7-400F/FH. No SIMATIC Safety Matrix, podem, agora, ser efetuadas outras complementações e parametrizações. Isto inclui o ajuste de valores limite e da histerese para valores analógicos e também os dados de discrepância máxima em operações com vários valores de medição analógicos. Também podem ser integrados ao Safety Matrix cálculos complexos através de blocos de funções para pré-processamento de sinais, por exemplo, para calcular um valor de entrada. Os blocos de funções correspondentes podem ser selecionados no driver de canal do sinal de I/O. Atribuição dos sinais de entrada e saída Seleção dos blocos de função para o pré-processamento de sinal 6 SIMATIC Safety Matrix na fase de realização

7 Determinação do comportamento de tempo e funções de manutenção Definição de alarme e atribuição Com isto existe também a possibilidade de configurar simulações e bypass com os privilégios de acesso correspondentes para a colocação em funcionamento e operação posterior. Um bypass é, por exemplo, controlável diretamente pelo SIMATIC Safety Matrix ou pelo sinal de entrada (interruptor de chave). A possibilidade de atribuir causas e efeitos a cada 3 perfis de alarme melhora a visão geral com a indicação por alarmes e possibilita ao operador ou controlador do sistema reconhecer mais rapidamente os problemas existentes e reagir a eles de maneira ágil e direcionada. A redução dos tempos de shutdown contribui substancialmente para o aumento da disponibilidade do sistema. A transposição para uma lógica de programa executável é efetuada automaticamente. Na base do CFC (Continuous Function Chart), o SIMATIC Safety Matrix Engineering Tool cria uma lógica de programa para cada matriz e gera o driver de canal para todos os canais I/O seguros com os módulos de função da biblioteca F em sistemas S7 F. A seguir a lógica de programa do CFC pode ser traduzida e carregada no controlador. A geração automática da lógica de programa do CFC é baseada no TÜV e certificada por ele. Para propósitos de verificação e teste, o Safety Matrix Engineering Tool pode ser ligado diretamente na exibição online. Alternativamente, o Safety Matrix Viewer também pode ser utilizado no SIMATIC PCS 7 Operator Station. No SIMATIC Safety Matrix funções integradas para a verificação de plausibilidade, documentação e simulação, bem como para a comparação de arquivos e planejamentos oferecem apoio eficaz aos projetistas, técnicos de instalação e verificadores em testes e na aceitação de aplicações de segurança. A aceitação das aplicações de segurança é efetuada geralmente através de profissionais autorizados ou autoridades. Uma vez que estas pessoas geralmente não dispõem de conhecimentos especiais sobre programação, elas tiram bastante proveito da utilização do SIMATIC Safety Matrix em suas atividades. O auditor pode compreender as funções de segurança especificadas na SRS em operação online numa proporção de quase 1:1 na tela. Não é necessário esforço para compreender ou para aprender uma linguagem de programação específica. Através disto, os tempos de aceitação são reduzidos e o sistema pode iniciar a produção antes. SIMATIC Safety Matrix na fase de realização 7

8 Destaques SIMATIC Safety Matrix Operações diretas de causas como 2oo3, E, OU Definição do sinal de ativação no processamento de causas Levando em conta requisitos temporais em causas e efeitos Levando em conta falhas de sinal e módulos Pré-processamento de valores Efeito em até 4 atuadores Simulação integrada e função bypass Limitação de simulação integrada em 1 sensor e em um grupo de votação Ativação em causa ativa, sem armazenamento Ativação em causa ativa, com armazenamento, requer retorno Ativação em causa ativa, possibilidade de conexão em ponte Seleção XooN Formação de grupos de segurança Grupos de alarme Pré-alarme e alarme de discrepância Funções adicionais Comparação de matrizes para rastreamento de alterações Integração de relatório de validação Relatório de configuração, documentação de matriz Relatório de alteração Vantagens Processamento contínuo direto das especificações de segurança SES na criação do programa Indicação idêntica na matriz na configuração, operação e documentação Visibilidade e compreensão uniforme por todos os envolvidos Redução dos tempos de planejamento, transposição e aceitação 8 SIMATIC Safety Matrix na fase de realização

9 SIMATIC Safety Matrix na fase de operação Análise Realização Operação e manutenção Modificação Descomissionamento Pré-alarme Imagem de processo de um Operator Station com mistura de elementos do Safety Matrix Viewer Na execução de processos, o operador deve reconhecer precocemente os desvios relevantes e poder reagir com rapidez a eles. Isto pressupõe que o sistema de automatização deva ser simples e intuitivo em seus comandos. Isto acontece especialmente em processos críticos de segurança, nos quais o sistema é desligado se o operador não puder localizar o acionamento de um alarme de maneira rápida o suficiente e introduzir as medidas apropriadas. As funções de manutenção integradas do SIMATIC Safety Matrix oferecem suporte à verificação de sensor. Elas possibilitam a conexão temporária em ponte do sensor com objetivo de substituição ou verificação externa. Deste modo é possível evitar imobilizações do sistema ou desligamentos. Um Proof- Test existente também pode ser motivo para que os sensores e atuadores temporariamente possam ser conectados em ponte. O SIMATIC Safety Matrix oferece a possibilidade de chamar a atenção do operador, através de um pré-alarme na iminência de situações críticas, e indicar o acionamento com os respectivos efeitos. O operador pode reconhecer em um rápido olhar estes desvios ou falhas no sensor e ativar imediatamente uma verificação ou outras etapas para a eliminação da causa do defeito. SIMATIC Safety Matrix na fase de operação 9

10 No SIMATIC Safety Matrix Viewer, as possibilidades de comando do operador dependem das garantias de operação determinadas no sistema de gerenciamento de processos SIMATIC PCS 7. Assim, é assegurado que apenas pessoas autorizadas possam conectar em ponte ou fazer simulações em aparelhos de campo. Ocorrências e alarmes relevantes ao processo serão transmitidos para o Operator System do sistema de gerenciamento de processos SIMATIC PCS 7 e vinculados ao sistema de mensagens. Isto possibilita o total arquivamento dos alarmes e mensagens do Basic Process Control System (BPCS) e do sistema de segurança. Manutenção Devido à conexão dos sensores de segurança no gerenciamento de ativos, a manutenção ainda pode ser otimizada. O SIMATIC Safety Matrix pode ser comandado e observado tanto em operação online do Safety Matrix Engineering Tool quanto também pelo Safety Matrix Viewer na Operator Station do sistema de gerenciamento de processos SIMATIC PCS 7. O acesso às matrizes é efetuado através dos símbolos de módulos, colocados na interface de comando do SIMATIC PCS 7. Eles podem ser vinculados tanto à matriz inteira quanto a apenas uma determinada causa ou um determinado efeito. A exibição com foco em uma causa ou efeito pode ser desativada e reiniciada a qualquer momento na exibição total da matriz. Através da indicação coletiva nos símbolos de módulos para o acesso à matriz, o operador já pode reconhecer se há advertências, alarmes ou funções de manutenção ativas. Outras informações detalhadas a este respeito ele recebe após acessar a respectiva exibição de matriz. As intervenções de comando serão documentadas e podem ser arquivadas para o gerenciamento do Safety Lifecycle. Pontos altos Documentação das intervenções de comando e ocorrências Funções de manutenção integradas, como bypass e simulação Indicação de todos os valores de processo relevantes também durante a manutenção Todas as informações relevantes no template podem ser visualizadas com um rápido olhar Vantagens Guia otimizado do operador Manutenção dos sensores e atuadores independente do processo Redução dos tempos de imobilização 10 SIMATIC Safety Matrix na fase de operação

11 SIMATIC Safety Matrix A ferramenta de gerenciamento do Safety Lifecycle Fase de realização Com o SIMATIC Safety Matrix as funções de segurança definidas podem ser assumidas diretamente. É preciso apenas que sejam realizados alguns ajustes específicos do sistema de segurança SIMATIC S7-400F/FH. Planejador, operador e verificador têm sempre uma exibição idêntica, compreensível por todos. A representação das funções de segurança é uniforme na configuração, na operação e na documentação. Os estados dos sinais e as informações adicionais são identificados na operação por meio de cores. Tudo isto resulta em uma nítida redução nos tempos de engenharia, testes e aceitação. Fase de operação Safety Matrix Viewer A utilização consequente do SIMATIC Safety Matrix em todas as fases do ciclo de vida de segurança reduz os custos de investimentos (CAPEX) e os custos operacionais (OPEX). O SIMATIC Safety Matrix convence por suas vantagens em todas as fases. Fase de análise O SIMATIC Safety Matrix não pressupõe quaisquer conhecimentos em programação. Ele pode, portanto, ser utilizado da mesma maneira por técnicos em processos, verificadores e planejadores. As funções de segurança são definidas com o método Cause&Effect. A apresentação Cause&Effect é compacta, oferece visão geral e é compreendida facilmente por todos. Durante a operação, o guia otimizado do operador SIMATIC Safety Matrix assegura que o operador possa reagir de maneira rápida e direcionada aos incidentes. Ele também tem a possibilidade de simular os sensores e atuadores, especialmente em caso de manutenção. Através da utilização do SIMATIC Safety Matrix Viewer, os tempos de imobilização do sistema podem ser diminuídos. Vantagens num só olhar Não requer conhecimentos em programação Compreensível para todos os envolvidos Visão geral compacta das funções de segurança Processamento contínuo direto das especificações de segurança SES na criação do programa Indicação idêntica na matriz na configuração, operação e documentação Exibição e compreensão uniforme por todos os envolvidos Redução dos tempos de planejamento, transposição e aceitação Guia otimizado do operador Manutenção dos sensores e atuadores independente do processo Redução dos tempos de imobilização SIMATIC Safety Matrix A ferramenta de gerenciamento do Safety Lifecycle 11

12 Outras informações Informações mais detalhadas podem ser encontradas nos manuais SIMATIC Guide: Peça outros impressos sobre o tema SIMATIC pelo endereço: Documentação técnica mais detalhada no nosso Portal Service&Support: Para conversar pessoalmente, encontre o contato mais próximo em: Com o Industry Mall você pode fazer pedidos diretamente por Internet: Mais detalhes sobre o sistema de gerenciamento de processos SIMATIC PCS 7 você encontra em: Siemens AG Industry Sector Industrial Automation Systems Caixa Postal NUREMBERG ALEMANHA Reserva-se o direito a alterações PDF (E86060-A4678-A261-A1-V400) 3P / Dispo BR Br Impresso na Alemanha Siemens AG 2010 As informações nesta brochura consistem em descrições ou características de desempenho, que nem sempre se aplicam da forma descrita nos casos de aplicação concretos ou que podem ser alteradas devido ao desenvolvimento contínuo dos produtos. As características de desempenho desejadas só são vinculativas se elas estiverem expressamente estabelecidas no contrato. Reserva-se o direito a possibilidades de fornecimento e alterações técnicas. Todas as designações de produtos podem ser marcas ou nomes de produtos da Siemens AG ou de outra empresa fornecedora cuja utilização por parte de terceiros, para os seus próprios fins,