Metodologia para utilização de controladores programáveis standard em sistemas de segurança

Abstract

O uso de controladores programáveis dedicados à segurança de plantas industriais desempenha um papel fundamental em um Sistema Instrumentado de Segurança – SIS. Estes equipamentos são certificados de acordo com o Nível de Integridade de Segurança - SIL, classificados a partir de quatro níveis, onde as principais métricas para determinação destes níveis são: disponibilidade, probabilidade de falha na demanda e fator de redução de risco. O custo de uma plataforma certificada para Sistemas de segurança é muito elevado podendo inviabilizar um projeto onde a certificação pode não ser a exigência principal. Diante deste fato, este trabalho apresenta um estudo para utilização de controladores programáveis standard não certificados, para que sejam empregados em funções de segurança de processos industriais. Foram propostos estudos comparativos das principais métricas de confiabilidades entre os controladores standard e de segurança, onde cálculos de tempo médio entre falhas – MTBF, disponibilidade, probabilidade de falha na demanda e fração de falha segura são apresentados. De acordo com os dados apresentados por fabricantes de controladores standard, pode-se atingir métricas de segurança SIL a partir de aplicação de arranjos de arquiteturas e cálculos das métricas supracitadas. Conforme apresentado neste texto, uma plataforma de controlador standard formada por fonte, CPU e módulos de comunicação em um chassi e módulos de entrada e saída em um outro chassi montados em um arranjo de arquitetura 1oo1 resultou em métricas SIL 2 para intervalos de teste de cinco anos. A mesma plataforma formada por um sistema redundante do tipo Hot-Standby formado por fonte, CPU e módulos de comunicação montados em dois conjuntos distintos e módulos de I/O em arranjo 1oo2 resultaram métricas SIL 2 para intervalos de testes de vinte anos, intervalo médio utilizado para certificação SIL.

The use of programmable controllers dedicated to the safety of industrial plants plays a fundamental role in the Instrumented Safety System - SIS. This equipment is certified according to the Safety Integrity Level - SIL, classified from four levels, where the main measures to measure the levels are: availability, probability of failure in demand and risk reduction factor. The cost of a certified platform for Security Systems is very high, making unviable a project where certification may not be the main principle. Thus, this study proposes use a standard programmable controller where certifications are not required, it can be used in safety functions of industrial processes. Comparative studies of the main reliability metrics between standard and safety controllers were presented, where calculations of mean time between failures - MTBF, availability, probability of failure in demand and fraction of safe failure are indicated. According to the data presented by the manufacturers of standard controllers, SIL security metrics can be achieved through the application of architectural arrangements and calculations of the metrics already said. As defined in this text, a standard controller platform consisting in: power supply, CPU, communication and input and output modules in another chassis mounted in a 1oo1 architecture arrangement resulted in SIL 2 metrics for five-year tests. The same platform formed by a redundant system (Hot-Standby) type formed by power supply, CPU, communication modules and I / O modules composed in two different sets 1oo2 arrangement resulted in SIL 2 measurements for test intervals of twenty years, interval medium used for SIL certification.