Po zainstalowaniu złożonych systemów bezpieczeństwa procesowego sporym wyzwaniem okazuje się ich serwis i konserwacja. Pracownicy operacyjni i zajmujący się konserwacją muszą dobrze poznać i zrozumieć stan pracy systemu, wiedzieć, kiedy wprowadzono zmiany, sprawdzać je okresowo oraz mieć poczucie, że są odpowiednio przeszkoleni do pracy przy tych systemach. Efektywny program obsługi może przyczynić się do uniknięcia niepotrzebnego zadziałania zabezpieczeń oraz zbędnych wyłączeń.
Aby zwiększyć efektywność produkcji i sprostać wymaganiom konkurencyjnego rynku, współczesne fabryki i zakłady przemysłowe zbliżają się sukcesywnie do swoich ograniczeń operacyjnych, co stwarza większe zagrożenia dla bezpieczeństwa pracy ludzi i maszyn. Ponadto coraz bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące bezpieczeństwa mogą zwiększyć konieczny zakres aplikacji bezpieczeństwa w jednostkach operacyjnych. Natomiast dokonane za pomocą złośliwego oprogramowania (malware) ataki na systemy bezpieczeństwa w przemyśle mogą z kolei prowadzić do zwiększenia obaw związanych z cyberbezpieczeństwem zautomatyzowanych i zdigitalizowanych fabryk.
Rola przyrządowego systemu bezpieczeństwa
W operacjach realizowanych w przemyśle procesowym, przy klasycznym podejściu organizacyjnym struktur systemów wsparcia produkcji, rozproszony system sterowania (distributed control system – DCS) zarządza normalną pracą urządzeń w fabrykach, podczas gdy przyrządowy system bezpieczeństwa (safety instrumented system – SIS) chroni pracowników, środowisko oraz monitorowany sprzęt. System SIS składa się z czujników, jednostek logicznych sterowników bezpieczeństwa (logic solver) oraz końcowych elementów sterujących. Jego zadaniem jest sprowadzenie realizowanego procesu technologicznego/produkcji do stanu bezpiecznego, jeżeli wystąpią warunki, parametry pracy urządzeń i inne, przekraczające określone ograniczenia. Celem tych działań jest uniknięcie w fabrykach i otaczających je obszarach takich zdarzeń, jak pożary, eksplozje i uszkodzenia sprzętu.
Konwencjonalny SIS jest systemem wielopłaszczyznowym, wymagającym od personelu zakładowego wykonywania pracochłonnych procesów w celu utrzymania integralności bezpieczeństwa w całym okresie eksploatacji tej fabryki. Prace te są często utrudniane przez:
→ problemy z konserwacją systemu spowodowane ograniczoną widocznością stanu technicznego zasobów,
→ niezdolność do analizowania działania systemu podczas realizowania operacji w fabryce,
→ potrzebę kompleksowego szkolenia
w celu zrozumienia funkcjonalności bezpieczeństwa,
→ trudność w interpretowaniu zapisów zdarzeń i alarmów z przeszłości,
→ brak zrozumienia celów systemu SIS,
→ problemy z zarządzaniem i zapisywaniem historycznych danych dotyczących bezpieczeństwa.
Z punktu widzenia utrzymania ruchu ważną normą jest IEC 61511, wprowadzoną w Polsce normą PN-EN 61511 – „Bezpieczeństwo funkcjonalne. Przyrządowe systemy bezpieczeństwa do sektora przemysłu procesowego”, ponieważ określa ona wytyczne na temat regularnej konserwacji/walidacji i weryfikacji systemu bezpieczeństwa, dokonywanej przez przeszkolony personel.
Strategia zabezpieczania zasobów
Organizacje przemysłowe doświadczają rosnących kosztów wdrażania skutecznych rozwiązań systemów bezpieczeństwa. Muszą także rozwiązywać problem braku fachowców lub mniejszej ilości dostępnych zasobów ludzkich. Z tego powodu stosowane przez nie systemy bezpieczeństwa muszą być łatwe do zrozumienia i konserwacji oraz wystarczająco elastyczne, aby mogły być wykorzystywane w wielu różnych aplikacjach bezpieczeństwa.
Najlepszym rozwiązaniem systemu bezpieczeństwa w przemyśle jest takie, które zapobiega problemom, zanim wystąpią. Niestety, starzejąca się zainstalowana baza systemów bezpieczeństwa procesowego jest zwykle duża, złożona i trudna do utrzymania przez tych samych ludzi, dla których zostały one kiedyś zaprojektowane i zainstalowane.
Infrastruktura SIS wymaga wykonywania starannej konserwacji zapobiegawczej i naprawczej w celu zapewnienia, że oczekiwany poziom bezpieczeństwa jest realizowany i utrzymywany. Aby firma pozostała konkurencyjna i funkcjonowała zgodnie z przepisami, operatorzy w zakładzie muszą zadbać o to, by sprzęt zabezpieczający cały czas działał zgodnie z wymaganiami i z najwyższą wydajnością. Ważne jest, aby system zaprojektowany do pracy na poziomie nienaruszalności bezpieczeństwa SIL 3 (safety integrity level) rzeczywiście realizował wytyczne opisujące poziom zabezpieczeń SIL 3 i nie uległ degradacji do niższego poziomu bez wiedzy pracowników działu operacyjnego fabryki.
Wymagane są różne działania konserwacyjne, w których dokonuje się próbnego zadziałania zabezpieczeń systemu w celu zagwarantowania jego poprawnego działania, zgodnie ze zdefiniowaną specyfikacją wymagań dotyczących bezpieczeństwa. Fizyczna inspekcja systemu bezpieczeństwa może obejmować standardową konserwację obudów, w tym wymianę filtrów wlotowych powietrza, sprawdzenie parametrów zasilania i stanu baterii itd.
W przypadku wykrycia awarii w obiekcie lub w rzeczywistym systemie bezpieczeństwa wymagana będzie poprawna konserwacja. Awaria może być związana ze sprzętem, oprogramowaniem lub sprzętem i okablowaniem obiektowym.
Wyzwania dotyczące obsługi systemu
Ponieważ zasoby systemów bezpieczeństwa starzeją się, a doświadczony personel odchodzi na emeryturę, to wiedza na temat procedur prawidłowego i bezpiecznego utrzymania ruchu w firmie przemysłowej może zostać utracona. W niektórych przypadkach sprzęt nigdy nie był wymieniany na nowocześniejszy, a zatem nowe procedury muszą być w pełni zrozumiane, aby uniknąć nieplanowanych opóźnień lub poważnych zagrożeń dla bezpieczeństwa.
Problemy z obsługą systemu bezpieczeństwa są następujące:
→ brak kompetencji personelu,
→ złożoność aplikacji,
→ różni producenci systemów,
→ skalowalność platform.
Brak kompetencji personelu. Kompetencje personelu związanego z utrzymaniem systemu bezpieczeństwa są opisane w normie PN-EN 61511. Norma ta podaje w szczegółach wymagania dotyczące kompetencji osób zajmujących się konserwacją i obsługą systemu SIS w ciągu jego okresu eksploatacji. Wykonywane przez te osoby prace obejmują: testy kontrolne, inspekcje, zarządzanie zmianami, analizę oddziaływania, zarządzanie omijaniem procedur oraz zapisywanie danych dotyczących utrzymania ruchu w celu dokumentowania dowodów na to, że komponenty i podsystemy są odpowiednie do wykorzystania w systemie SIS.
Złożoność aplikacji. Im bardziej złożony jest system bezpieczeństwa oraz im większa jest liczba producentów tych systemów, tym bardziej skomplikowane stają się wymagania dotyczące szkoleń dla pracowników firm przemysłowych. Nowoczesne systemy o uproszczonych architekturach i ulepszonej diagnostyce umożliwiają ich obsługę i utrzymanie przez mniej wyspecjalizowany personel.
Praktyka wykazała, że posiadanie systemów bezpieczeństwa zainstalowanych w odległych lokalizacjach, takich jak rurociągi, odwierty oraz platformy wiertnicze, zwiększa koszty obsługi, ponieważ do czynności konserwacyjnych takich instalacji wymagani są technicy o wysokich umiejętnościach. Zaawansowana technologia bezpieczeństwa z możliwością dokonywania zdalnej diagnostyki pomaga w łagodzeniu tego problemu oraz zmniejsza wydatki operacyjne (OPEX).
Różni producenci systemów. Wykorzystywanie wielu platform bezpieczeństwa stwarza problem dla personelu utrzymania ruchu z powodu nieczęstych interakcji z systemem bezpieczeństwa, co może prowadzić do niepotrzebnych opóźnień, gdy wymagane jest rozwiązywanie problemów. Ponadto wymagane są wtedy większe inwestycje w narzędzia inżynierskie i części zamienne.
Skalowalność platform. Innym problemem użytkowników końcowych jest wybór takiego systemu bezpieczeństwa, który spełnia ich specyficzne wymagania dotyczące wielkości, dostępności i kosztów systemu. Zakłady przemysłowe poszukują takiej platformy bezpieczeństwa, która może być skalowana dla różnych aplikacji, od małych do dużych, co pozwala na wykorzystanie jednej wspólnej platformy w całym przedsiębiorstwie.
Postępy w technologii bezpieczeństwa
Organizacje przemysłowe zdają sobie sprawę z zalet standaryzowania architektury pojedynczego systemu bezpieczeństwa oraz wykorzystywania go w różnych aplikacjach w całej fabryce czy przedsiębiorstwie. Organizacje te czerpią ponadto korzyści z rozwiązań zintegrowanego bezpieczeństwa i rozproszonych systemów sterowania oraz prostoty współpracy partnerskiej z jednym tylko dostawcą rozwiązań dla wszystkich swoich potrzeb.
Nowa generacja zaawansowanych rozwiązań systemów bezpieczeństwa wykorzystujących modułową i skalowalną konstrukcję może funkcjonować jako pojedyncza platforma dla wszystkich aplikacji bezpieczeństwa w przedsiębiorstwie, pozwalając właścicielom fabryk, którzy często wykorzystują wiele różnych platform systemów bezpieczeństwa, skonsolidować i zredukować koszty szkoleń dla pracowników oraz zatrudniania wyspecjalizowanych inżynierów, a także zmniejszyć zapasy części zamiennych.
Najnowsze rozwiązania bezpieczeństwa wykorzystują uniwersalną technologię wejść/wyjść (We/Wy, I/O), co pozwala na indywidualną konfigurację każdego kanału dla różnych typów We/Wy (wejście analogowe AI, wyjście analogowe AO, wejście cyfrowe DI lub wyjście cyfrowe DO). Ponadto wykorzystanie wirtualizacji w trybie offline i technologii chmury obliczeniowej umożliwia odseparowanie konstrukcji fizycznej od funkcjonalnej, co pozwala na równoległe przepływy robocze i standaryzowane konfiguracje oraz wykonywanie prac inżynierskich i przeprowadzanie testów z każdego miejsca na świecie.
Zaawansowane rozwiązania bezpieczeństwa, wykorzystujące inteligentne oprogramowanie i bardziej solidny sprzęt, wymagają mniej testów kontrolnych i weryfikacji funkcjonalności. Wymagania dotyczące częstotliwości przeprowadzania testów mogą być zredukowane do 1 na 10 lub nawet 20 lat w niektórych przypadkach, co w sposób kolosalny zmniejsza koszty operacyjne.
Zaawansowane rozwiązania systemów bezpieczeństwa pomagają ponadto w zastąpieniu wiedzy pracowników odchodzących na emeryturę. Dzięki implementowanym funkcjom samodiagnostyki rozwiązania te są w stanie poinformować personel utrzymania ruchu, że wymagane jest przeprowadzenie prac konserwacyjnych i jaki typ prac jest konieczny do realizacji. To może pozwolić na pominięcie zaplanowanych w harmonogramie prac konserwacyjnych lub odłożenie ich na najbardziej dogodny termin.
Dzięki ścisłej kontroli oraz integracji systemu bezpieczeństwa zakłady mogą uzyskać takie korzyści, jak: zmniejszona liczba baz danych, łatwy dostęp do danych historycznych oraz raporty z kompleksowych analiz. Informacje na temat problemów związanych z bezpieczeństwem albo awariami sprzętu mogą być udostępniane operatorom systemu sterowania DCS, zaś problemy te mogą być rozwiązywane bez konieczności wyjazdów pracowników w teren w celu zdiagnozowania problemu i dokonania naprawy.
Najnowszy, usprawniony system SIS wykorzystuje tyko kilka komponentów, co odróżnia go od istniejących w zakładach przemysłowych starszych systemów, składających się z niezliczonej liczby pojedynczych komponentów i części. Tak więc jest on łatwiejszy w utrzymaniu oraz diagnozowaniu awarii. Wykorzystanie koncepcji uniwersalnych kanałów We/Wy zapewnia optymalne gabaryty i niższe całkowite koszty instalacji (TIC). Inżynierowie mogą teraz konfigurować wszystkie odmiany systemu za pomocą tego samego modułu We/Wy, podczas gdy przedtem musieli dysponować wieloma typami modułów We/Wy, aby osiągnąć ten sam wynik. Ponadto dzięki mniejszej liczbie komponentów fabryki nie muszą mieć w magazynie większej ilości części zamiennych. Dodatkowo płynna integracja takiego systemu z fabrycznym systemem sterowania DCS, zaawansowanymi aplikacjami i narzędziami inżynierskimi dostarcza personelowi działów operacyjnych i utrzymania ruchu kluczowych informacji na temat działania i statusu systemu.
Modułowe i skalowalne rozwiązania systemu SIS są łatwe w konfiguracji, tak więc stanowią małe i duże rozproszone aplikacje bezpieczeństwa, dotyczące zmiennych poziomów redundancji. Można odnotować kilka kluczowych zalet wykorzystania odległych modułów wejść/wyjść oraz szaf sterowniczych znajdujących się w niebezpiecznych lokalizacjach. Obejmują one uproszczoną konstrukcję, w której sterowniki i układy We/Wy są dobrane technicznie do obszaru procesowego. Ponadto istnieją tam warstwy redundancji ze sterownikami i układami We/Wy zainstalowanymi na każdym sprzęcie.
Korzyści dla operatorów
Innowacje w technologii systemów bezpieczeństwa, obejmujące metodologię Lean w realizacji projektów, uniwersalną technologię We/Wy, zaawansowaną diagnostykę, integrację z systemami DCS oraz zmniejszoną liczbę narzędzi/aplikacji programowych dzięki wykorzystaniu technologii chmury obliczeniowej do wykonywania prac inżynierskich i walidacji, co może pomóc w optymalizacji operacji oraz zwiększeniu bezpieczeństwa zakładów przemysłu procesowego.
Te nowoczesne rozwiązania uprościły konstrukcję systemu oraz związane z nim prace inżynierskie, rozwojowe i testowanie, jednocześnie redukując czas i koszty potrzebne na szkolenia dla pracowników i prace inżynierskie. Ponadto zminimalizowały wymagania dotyczące konserwacji i posiadania personelu technicznego o wysokich kwalifikacjach. Ostatnio systemy te są zabezpieczane przed cyberatakami, co jest potwierdzone przez certyfikaty amerykańskiego instytutu ISA Secure.
Dzięki zintegrowanemu podejściu do sterowania i bezpieczeństwa zakłady przemysłu procesowego mogą osiągnąć takie korzyści, jak:
→ zmniejszona liczba baz danych i narzędzi inżynierskich,
→ integracja alarmów i zdarzeń,
→ lepsza obsługa sterowania procesami oraz alarmami systemu bezpieczeństwa,
→ zautomatyzowane śledzenie, zapisywanie
i zatwierdzanie systemów bezpieczeństwa oraz elementów końcowych w całym okresie eksploatacji systemu bezpieczeństwa,
→ rozszerzone zbieranie i zapisywanie
informacji dotyczących sekwencji zdarzeń (SOE),
→ rozszerzony widok danych dotyczący stanu technicznego zasobów systemu,
→ bezpieczna integracja z podsystemami w fabryce, np. pożarowymi i gazowymi, cyberzabezpieczeniami itd.
Dzięki optymalizacji kosztów i działania systemu SIS w okresie jego eksploatacji organizacje przemysłowe są w stanie:
→ minimalizować przerwy i zakłócenia w realizacji procesów, co ogranicza przestoje,
→ zmaksymalizować efektywne i wydajne wykorzystanie zasobów systemu bezpieczeństwa,
→ zmniejszyć wymagania dotyczące testowania i konserwacji,
→ przekazywać operatorom praktyczne i niezawodne dane oraz wiedzę na temat bezpieczeństwa.
Możliwość obsługiwania różnorodnych aplikacji bezpieczeństwa przez jedną wspólną platformę zmniejsza zapotrzebowanie zakładów przemysłowych na fachowców oraz upraszcza zarządzanie częściami zamiennymi. W przypadku najnowszych rozwiązań systemów SIS dzięki wykorzystaniu uniwersalnych modułów We/Wy istnieje tylko „garstka” komponentów do zarządzania na początku pracy z nowym systemem.
Podsumowanie
Organizacje przemysłowe, które dokonują migracji swoich starzejących się platform SIS do platform wykorzystujących zaawansowaną technologię komunikacji danych i integracji, mogą wykorzystać wiele funkcji, które upraszczają diagnostykę i konserwację systemu bezpieczeństwa. Rozwiązania te mogą udostępniać dane systemom DCS, zaawansowanym aplikacjom oraz narzędziom inżynierskim bezpieczeństwa, co pomaga pracownikom działów operacyjnych i utrzymania ruchu w zrozumieniu warunków pracy systemu w czasie rzeczywistym, danych historycznych dotyczących jego pracy oraz wymagań dotyczących konserwacji.
Dzięki wdrożeniu nowoczesnego rozwiązania systemu bezpieczeństwa, wyposażonego w innowacyjne funkcje i możliwości, menedżerowie i operatorzy w zakładach mogą efektywnie rozwiązywać problemy związane z konserwacją takiego systemu przy braku wyspecjalizowanych fachowców, a także ograniczać złożoność tematyki szkoleń i wsparcia oraz obniżać koszty posiadania części zamiennych.
Johan School jest menedżerem produktu specjalizującym się w systemach bezpieczeństwa. Pracuje w Centrum Doskonałości Bezpieczeństwa firmy Honeywell w Hertogenbosch w Holandii.
