Segurança de Processo e Controle Crítico Integração do Controle de Processo com Sistemas de Segurança

(1)

Segurança de Processo e Controle Crítico

Integração do Controle de Processo com Sistemas de Segurança

Rogério Rodrigues

Marcio Cruz

(2)

Agenda

Plataforma integrada RA

Tecnologias Rockwell

Expectativas Dos Clientes

Visão de Mercado e tendências

(3)

Visão de Mercado e Tendências



Ao longo do último par de anos, temos observado uma mudança comportamental em que

as agências reguladoras estão concentrando-se mais na tentativa de evitar proativamente

acidentes graves do que reagir a eles após acontecerem.



Os usuários finais devem concentrar os seus critérios de decisão na classificação SIL,

disponibilidade, operabilidade e custo de propriedade.



Novas abordagens e novas tecnologias para sistemas de segurança processo estão

fornecendo aos usuários uma gama maior de escolhas para alcançar um caminho para

maior confiabilidade e melhor gestão de risco ao aderir a novas normas internacionais.



Os usuários finais estão à procura de uma arquitetura integrada de segurança de

processo e automação de processos em suas fábricas para tirar proveito dos muitos

benefícios em operações, custos de engenharia e de ciclo de vida das plantas.

(4)

Expectativas dos Usuários Finais

Geral



Um entendimento claro sobre os

benefícios do uso de sistemas de

segurança



Conhecimento aprofundado das normas

de segurança, tais como IEC 61508 e

IEC 61511



Expertise na implementação e

utilização de sistemas de segurança



Experiência em projetos de segurança

eficiente de design, implementação e

serviços

4

Serviços



Análise de risco e de segurança,

incluindo a camada de análise de

protecção (LOPA) e risco e estudos de

operabilidade (HAZOP)



Definição do projeto



Desenho do sistema de segurança



Implementação do sistema de

segurança



Serviços de Start up

(5)

Process

Control

SIL 1

SIL 2

SIL 3

High

Availability

Fail Safe

Fault Tolerant

Fail Safe

Fault Tolerant

AADvance Safety Technologies

Trusted TMR

CLX

Conexão entreo Technologias

Safety Integrity Levels (SIL) e

Technologia RA

(6)

O que é um SIL?

São níveis discretos

de segurança baseados em

Probabilidade de Falha em

Demanda (PFD)

Disponibilidade

Probabilidade de Falha = PFS + PFD

Probabilidade de Falha Segura

Probabilidade de Falha em Demanda (ou Perigosa)

PFS

5%

PFD

5%

Disponibilidade

90%

(7)

Gráfico de Risco (Risk Graph)

W3

W2

W1

Ca

Cb

Cc

Cd

Fa

Fb

Fa

Fb

Pa

Pb

Pa

Pb

a

1

2

3

4 b

a

1

2

3

4 Fb

Fa

Consequência

Ca

Pequenas Lesões

Cb

Lesões Graves, Uma Morte

Cc

Algumas Mortes

Cd

Muitas Mortes

Frequência Exposição

Fa

Raro - Frequente

Fb

Frequente - Contínuo

Possibilidade de Prevenção

Pa

Possível Algumas Vezes

Pb

Quase Impossível

Probabilidade de Ocorrência

W1

Baixa

W2

Média

W3

Alta

a = Sem necessidade de SIS

b = Um único SIS não é suficiente

(8)

8 Níveis Discretos de Segurança

Nível SIL

Probabilidade de Falha em

_{Demanda (PFD prometido)}

Fator de Redução de

_{Risco (FRR)}

SIL 4

0.0001 – 0.00001

10000 – 100000

SIL 3

0.001 – 0.0001

1000 – 10000

SIL 2

0.01 – 0.001

100 – 1000

(9)

Múltiplas Camadas de Proteção

Política de Emergência da Comunidade

Política de Emergência da Planta

Proteção Física (Ex.: Represa)

Proteção Física (Ex.: Válvulas de Alívio)

Sistema Instrumentado de Segurança

Alarmes, Intervenção da Operação

Controle de Processo Básico

Processo

(10)

SIL – Safety Integrity Level

I / P FT

Sistema de Controle de

Processo Básico (BPCS)

Entradas

Saídas

Reator

PT 1A PT1B

Sistema Instrumentado de

Segurança (SIS)

Entradas

Saídas

É um sistema composto por sensores, logic solvers, e elementos de

controle finais com o propósito de levar o processo à um estado

(11)

Incidentes com Sistemas de Controle

Especificação 44%

Alterações

pós-comissionamento 20%

Planejamento e

Implementação 15%

Operações e

Manutenção 15%

Instalação e

Comissionamento 6%

* From ‘Out Of Control’

(12)

Controle

de

Processo

SIL 1

SIL 2

SIL 3

Alta

Disponibilidade

Falha Segura

Tolerante a

Falha

Falha Segura

Tolerante a

Falha

AADvance Safety Technologies

Trusted TMR

CLX

Conexão entre plataformas

(13)

13 Sistema Trusted

Triple Module Redundancy (TMR)

Sistema de Segurança

Visão geral do

Hardware / Software

(14)

Chassis Principal

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Processamento, comunicação,

Módulos E/S em 1 chassi

Estação de Engenharia:

• Configuração do Sistema e E/S

• Linguagens IEC 61131-3

• Simulação offline

• Monitoração online

CPU

TMR

Módulo de

Communicação

(15)

Processador (CPU) TMR

15 Copyright © 2009 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.



Processador Triplicado



LEDs de Status



Chave de Segurança

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Entradas TMR (AI/DI)

16 Copyright © 2009 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.



40 canais TMR por módulo



3 conversores A/D por canal, 120 conversores por módulo



Opções 24 Vcc, 120 Vcc, 4-20 mA



Deteção de falha no barramento



Faixas de trabalho de tensão e indicações de LED definidas

pelo usuário



SOE de 1 ms em cada canal, incluindo falhas



Troca de módulos a quente



Alta cobertura de diagnósticos

(17)

Saídas TMR (24/48 Vcc, 120 Vcc/ac)

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

40 canais TMR por módulo (32 para alta tensão)



Duas opções de 24 Vcc: 0,75A ou 2A por ponto



Fusíveis não são necessários



SOE de 1 ms em cada canal, incluindo falhas



Tensão e corrente monitorados



Saída TMR de fato (Hexa-Contatos)



Detecção de chave “travada” ligado/desligada, perda de

alimentação, carga aberta

(18)

Conjunto de Expansão

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

Quando o chassi principal não é

suficiente…



Até 14 chassis de expansão

por sistema



14 slots físicos,

12 slots E/S disponíveis



240 E/S TMR por chassis

(138 módulos de E/S por

CPU)

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Opções de Substituição de E/S

19 Copyright © 2009 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.

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E/S Remota e Terminações de Campo

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

Chassis remotos em até 10 km de distância

(conexão triplicada de 250Mbit/seg)



Unidades de fibra ótica TX/RX TMR montadas

em trilho DIN



Mesmos chassis, módulos de E/S e módulos de

comunicação



Conexão dos instrumentos de

campos aos módulos de E/S



Conexão da alimentação dos

instrumentos de campo

(21)

Trusted - Característica Gerais

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

TMR: alta segurança, disponibilidade e

diagnósticos



Troca de todos os módulos a quente



Slot Companhia e/ou Inteligente



Módulos E/S configuráveis



Sincronização de relógio IRIG-B



SOE com resolução de 1 mseg



Atualização de programas online



Upload de programas do controlador



Upgrade de firmware online



Visibilidade das variáveis forçadas



Conectividade via OPC



Comunicação peer-to-peer certificada

para segurança



Módulo para PST (Partial Stroke Test) de

válvula



Módulo de Monitoramento de velocidade

(TMC)

(22)

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₂₂

Características do Sistema

(23)

Sistema AADvance

23 Copyright © 2009 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.

(24)

Plataforma Expansível em Tamanho e

Redundância

24 Copyright © 2009 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.

Copyright © 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.

24

Arquiteturas Flexíveis

I/O backplane

_{CPU Base/backplane}

_{I/O Backplane}

T

C

T

C

Cada grupo de entrada pode ser

configurado como entrada

simplex, dual ou triplicada

Cada grupo de saída pode ser

configurado como saída

falha-segura ou tolerante-a-falha

Base do processador permite configuração

de CPU simplex, dual ou triplicada e

(25)

Configuração SIL 2 Falha Segura 1oo1D

Base de

processador

com 1 CPU

Base de E/S com

1 Módulo Entrada e

1 Módulo Saída

(26)

Configuração SIL 3 Falha Segura 1oo2D

Adicionada

1 CPU

(27)

Configuração SIL 3 Tolerante a Falha

2oo2D

Saídas Tolerantes a

Falha

Entradas Tolerantes a

Falha (1oo2D)

CPU Dual

(1oo2D)

(28)

Configuração SIL 3 Tolerante a Falha

TMR

CPUs

Triplicadas

Terminações

Triplicadas

Saídas Tolerantes

a Falha

Entradas

Triplicadas

(29)

AAdvance: Expansível e Flexível

(30)

Processador AAdvance

30 Arquiteturas suportadas

Configurações Falha Segura (simplex) e Tolerante a Falha

(dual e triplex)

Substituição on-line

Sim

Diagnósticos

Diagnósticos internos do módulo, memória, barramento,

interfaces do barramento

Níveis SIL

Aplicações SIL 1, SIL 2 e SIL 3

Programação

5 linguagens IEC 61131-3 (FB, LD, ST, SFC, IL)

Edições e alterações on-line

Sim, totalmente suportadas

Comunicação

Ethernet e portas seriais, CIP, MODBUS, Protocolo de rede

seguro

Aplicações distribuídas

CPUs suportam aplicações distribuídas entre redes seguras

redundantes

Consumo de energia

6 W

Co-processador matemático

Sim

(31)

Entrada Digital de 8 e 16 canais

31 Arquiteturas suportadas

Configurações Falha Segura (simplex) e Tolerante a Falha

(dual e triplex)

Substituição on-line

Sim

Diagnósticos

Diagnósticos internos do módulo, monitoração da linha para

deteção de circuito aberto ou em curto

Níveis SIL

Aplicações SIL 1-3

Canais

Canais isolados em configuração redundante, Canais

comuns em configuração simplex

Tensão da malha

24 Vcc (18 – 32Vcc)

SOE

Sim, 10mS de resolução

Mecânica

155 mm X 110 mm X 42mm

(32)

Entrada Analógica de 8 e 16 canais

32 Arquiteturas suportadas

Configurações Falha Segura (simplex) e Tolerante a Falha

(dual e triplex)

Substituição on-line

Sim

Diagnósticos

Diagnósticos internos do módulo, monitoração da linha para

deteção de circuito aberto ou em curto

Níveis SIL

Aplicações SIL 1-3

Canais

Canais isolados em configuração redundante, Canais

comuns em configuração simplex

Measurement

0 - 24mA

Mecânica

155 mm X 110 mm X 42mm

Consumo de energia

1.5 e 2.2W

(33)

Saída Digital de 8 canais

33 Arquiteturas suportadas

Configurações Falha Segura (1oo2) e Tolerante a Falha

(Quad)

Substituição on-line

Sim

Diagnósticos

Diagnósticos internos do módulo, stuck on/off, loop line

monitoring for open and short circuit detection

Níveis SIL

Aplicações SIL 1-3

Canais

8 canais comuns

Elétrica

18 - 32 Vcc, 1A por saída

Mecânica

155 mm X 110 mm X 42mm

Consumo de energia

2 W

(34)

Arquitetura Flexível

Configurações da CPU

CPUs AAdvance configuráveis para modos simplex, dual, triplicados, incluindo integração da

Tecnologia Trusted TMR

Níveis SIL

Aplicações SIL 1-3

Canais E/S

Módulos 8 e 16 canais SIL3 falha segura

Conexões E/S

48 slots E/S conectados a cada controlador

Configurações E/S

Configurável como simplex, dual ou triplicado

Opções de saída

Configurável como saída falha segura ou tolerante a falha

Rede de Segurança

Rede segura permite múltiplos controladores e módulos E/S conectados para aplicações

distribuídas

Comunicação

Conectividade integrada com Control Logix através de conexão de rede (CIP)

Arquitetura com ampla conectividade de sistemas de terceiros através do portal AAdvance (OPC)

Conectividade do controlador com sistemas de terceiros através de conexão direta ou em rede