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SIMATIC Safety MatrixLa herramienta de gestión para todas las fases del ciclo de vida de seguridad

Folleto · Septiembre 2010

Safety Integrated

Answers for industry.

br_safetymatrix_es.book Seite 1 Mittwoch, 6. Oktober 2010 1:37 13

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Seguridad funcional y gestión del ciclo de vida de seguridad2

Seguridad funcional ygestión del ciclo de vida de seguridad

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 po-tenciales están sujetas a la norma internacional IEC 61511, el estándar para la seguridad funcional de sistemas instrumenta-dos 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 dividi-do 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 nece-sario volver a pasar y documentar las tres fases.

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 deno-minado 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 instru-mentado 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.

Análisis

Realización

Operación

Estimación de riesgos y determinación de los niveles de protección

Verif

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Instalación, puesta en marcha y validación

Operacion y mantenimiento

Modificación

Puesta fuera de servicio

Diseño y planificación del sistema instrumentado de seguridad (SIS)

Especificación de exigencias de seguridad (SRS) para el sistema instrumentado de seguridad (SIS)

Diseño y planificación de otras medidas para reducir los riesgos

Asignación de tareas de seguridad a niveles de protección


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Seguridad funcional y gestión del ciclo de vida de seguridad 3

Fase de realización

La especificación SRS sirve de base para planificar la planta o instalación y, especialmente, para dimensionar el sistema ins-trumentado de seguridad (SIS) y sus funciones al efecto, así como para tomar otras medidas destinadas a reducir los ries-gos. La SRS es decisiva a la hora de elegir tanto el SIS como el hardware y software para implementar las funciones de segu-ridad.

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 cri-terios de comprobación correspondientes, por lo que sirve igualmente de modelo para la verificación y la validación.

Los resultados obtenidos en la comprobación de los objetivos estipulados en la SRS se deben documentar conforme a las di-rectivas sobre seguridad funcional. Los documentos se nece-sitarán más tarde para la aceptación de las funciones y el sis-tema 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.

SIMATIC Safety Matrix

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 indi-viduales, que se distinguen por su funcionalidad y campo de aplicación:

• Safety Matrix Editor• Safety Matrix Engineering Tool• Safety Matrix Viewer

Campo de aplicación de los productos SIMATIC Safety Matrix

ProductosFases del ciclo de vida de seguridad soportadas Áreas

Modos de operación

Hardware básico (sistema de destino)

Safety Matrix Editor

Fase de análisis, fase de realización

Creación, configuración, comprobación y documentación de la lógica de Safety Matrix

Creación de un archivo matriz CEM para importar

Modo offline PC autónomo con sistema operativo Windows XP Professional/Server 2003

Safety Matrix Engineering Tool

Fase de análisis, fase de realización, fase de operación y manteni-miento

Creación, configuración y compilación de una matriz de seguridad (Safety Matrix)

Importación/exportación de un archivo matriz CEM

Transferencia al proyecto, compilación, carga, manejo y visualización del programa CFC de seguridad

Comparación de matrices de seguridad par-tiendo de archivos matriz CEM y esquemas CFC

Informe de configuración y comprobación de coherencia con informe de validación

Modos offline y online

PC autónomo con sistema operativo Windows XP Professional/Server 2003

SIMATIC PCS 7 Enginee-ring Station (ES)

Safety Matrix Viewer

Fase de operación y manteni-miento

Manejo y visualización del programa CFC de seguridad

Modo online SIMATIC PCS 7 Operator Station (OS)


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SIMATIC Safety Matrix en la fase de análisis4

SIMATIC Safety Matrix en la fase de análisis

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 planifica-ción, la ingeniería y la aceptación de la planta. Durante las di-ferentes fases del ciclo de vida de seguridad son varias las per-sonas que trabajan con esta especificación; por eso es impor-tante formular los requisitos de seguridad de forma fácilmente comprensible.

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 gene-rales que harán que se activen. Además, la determinación del nivel integrado de seguridad (SIL) es objeto de una observa-ción detallada de cada función de seguridad.

1) Demand mode of operation

Concepto de seguridad y niveles de una planta

Evaluación de peligros y riesgos;Definición de los niveles de protección

Asignación de las tareas de seguridad a los niveles de protección Especificación de los requisitos

de seguridad (SRS) al sistema instrumentado de seguridad (SIS)

Realización Operación

Safety Inte-grity 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

Prevención de desastres Prevención de desastres

Prevención pasiva

Prevención activa

Colector

Válvula de sobrepresión, diafragma de ruptura

Sistema de seguridad (automático)

Safety shutdown

Valor de proceso

Sistema instrumentado de seguridad (SIS)

Sistema de control de procesos

Comportamiento normal

Alarma de proceso

Intervenci-ón del personal de la planta

Automati-zación básica


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SIMATIC Safety Matrix en la fase de análisis 5

Safety Matrix Editor

Matriz de causas y efectos

Un procedimiento que ha demostrado su efectividad en la descripción funcional de funciones de seguridad y en la defi-nición de condiciones generales y de desconexión es el méto-do 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 clari-dad 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.

Definición de una causa

Definición de los vínculos de causa y funciones

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.

Los efectos se definen en las columnas de la tabla de matriz. Una causa puede tener efecto hasta en 4 actuadores diferen-tes.

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


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SIMATIC Safety Matrix en la fase de realización6

SIMATIC Safety Matrix en la fase de realización

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

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 parametrizacio-nes 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 correspon-dientes se pueden seleccionar en el driver de canal de la señal de E/S.

Selección de los bloques de función para preprocesado de señales

Diseño y planificación de otras actividadespara la reducción de riesgos

Diseño y planificación del sistema instrumentado de seguridad (SIS)

Montaje, puesta en marchay validación OperaciónAnálisis


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SIMATIC Safety Matrix en la fase de realización 7

Determinación de la respuesta en el tiempo y las funciones de manteni-miento

Por otro lado, también existe la posibilidad de configurar si-mulaciones y bypasses con derechos de acceso para la puesta en marcha y el posterior funcionamiento.

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 alar-ma respectivamente proporciona más claridad a la hora de vi-sualizar las alarmas y permite al operador detectar problemas con celeridad y reaccionar rápida y directamente. Así, la reduc-ción de los tiempos de parada incrementa en gran medida la disponibilidad de la planta.

La conversión a una lógica de programación ejecutable es au-tomática. 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 progra-mación CFC está aceptada y certificada por el organismo TÜV.

Definición de alarmas y asignación

La herramienta de ingeniería SIMATIC Safety Matrix se puede conmutar directamente a la vista online para tareas de com-probación y test. Alternativamente se puede utilizar el Safety Matrix Viewer en la SIMATIC PCS 7 Operator Station.

Funciones integradas en SIMATIC Safety Matrix para la com-probación 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 mar-cha 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 conocimien-tos 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 funcio-nes de seguridad especificadas en la SRS casi 1:1. Es decir, no es necesario recapacitar ni cambiar a un lenguaje de progra-mación determinado. Esto acorta el tiempo necesario para la aceptación y la planta puede comenzar antes con la produc-ción.


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SIMATIC Safety Matrix en la fase de realización8

Lo más destacado de SIMATIC Safety Matrix

■ 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

■ Disparo en caso de causa activa, con memorización, requiere reinicialización

■ Disparo en caso de causa activa, con posible inhibi-ción transitoria

■ Votación XooN

■ Formación de grupos de seguridad

■ Grupos de alarmas

■ Alarmas previas y alarmas por discrepancia

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 seguri-dad SRS al crear el programa

■ Visualización idéntica de la matriz en la configura-ción, la operación y la documentación

■ Vista homogénea y comprensión para todos los par-ticipantes

■ Reducción del tiempo necesario para planificación, implementación y aceptación


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SIMATIC Safety Matrix en la fase de operación 9

SIMATIC Safety Matrix en la fase de operación

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 rele-vantes y que pueda reaccionar con rapidez. Ello exige un ma-nejo fácil e intuitivo del sistema de automatización, sobre todo cuando se trata de procesos críticos en materia de segu-ridad 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.

SIMATIC Safety Matrix ofrece la posibilidad de llamar la aten-ción del operador con alarmas previas ante una situación críti-ca inminente y de mostrar la causa y su correspondiente efec-to. Así, el operador puede ver de inmediato cuál es el sensor discrepante o defectuoso y ordenar de inmediato su compro-bación o tomar las medidas necesarias para eliminar la causa del fallo.

Alarma previa

Las funciones de mantenimiento integradas en SIMATIC Safety Matrix ayudan a comprobar el estado del sensor y per-miten inhibirlo transitoriamente para cambiarlo o comprobar-lo 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 comproba-ción.

Operación y mantenimiento

Puesta fuera de servicio

ModificaciónRealizaciónAnálisis


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SIMATIC Safety Matrix en la fase de operación10

Mantenimiento

El mantenimiento se puede optimizar aún más integrando los sensores seguros en la gestión de activos.

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 archi-var para el la gestión del ciclo de vida de seguridad.

Documentación de intervenciones y eventos

En el SIMATIC Safety Matrix Viewer, las posibilidades de mane-jo 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 transfe-ridos 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 ubi-cados en la interfaz de usuario de SIMATIC PCS 7. Éstos pue-den 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.

Mediante indicadores agrupados junto al símbolo de bloque que sirve para llamar la matriz el operador reconoce si hay al-guna advertencia, alarma o función de mantenimiento activa. Tras abrir la correspondiente vista de la matriz, el operador ob-tiene información más detallada al respecto.

A destacar

■ Funciones de mantenimiento integradas como bypass y simulación

■ Indicación de todos los valores de proceso relevan-tes, incluso durante el mantenimiento

■ Posibilidad de ver toda la información relevante en la plantilla

Ventajas

■ 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 11

SIMATIC Safety Matrix: La herramienta de gestión del ciclo de vida de seguridad

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.

Fase de análisis

SIMATIC Safety Matrix no requiere tener conocimientos de programación. Por eso puede ser utilizada por igual por inge-nieros de procesos, supervisores y proyectistas.

Las funciones de seguridad se definen con el método de cau-sas y efectos.

La vista de causas y efectos es compacta, clara y comprensible para todos.

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 represen-tación de las funciones de seguridad es homogénea en la con-figuración, la operación y la documentación. Durante la ope-ración aparecen marcados en color los estados de la señal y la información adicional. Todo esto hace que se acorte conside-rablemente el tiempo necesario para las tareas de ingeniería, comprobación y aceptación.

Fase de operación

Durante la fase de operación, y gracias a la orientación optimi-zada 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.

Resumen de las ventajas

■ No hace falta tener conocimientos de programación

■ Comprensibilidad para todos

■ Vista compacta de todas las funciones de seguridad

■ Procesamiento directo de la especificación de seguri-dad SRS al crear el programa

■ Visualización idéntica de la matriz en la configura-ción, 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


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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.Todos los nombres de productos pueden ser marcas registradas o nombres protegidos de Siemens AG u otras empresas proveedoras suyas cuyo uso por terceros para sus fines puede violar los derechos de sus titulares.

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 nuestroportal de asistencia y servicio técnico:www.siemens.com/automation/support

Si prefiere mantener una conversación personal, encontrará a los responsables más próximosa 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

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Sujeto a cambios sin previo avisoPDF (E86060-A4678-A261-A1-7800)3P.8315.15.03 / Dispo 09508BR 0910 12 EsImpreso en Alemania © Siemens AG 2010

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