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Introducción a la seguridad funcional de los sistemas de control

Introducción

Las normas y requisitos considerados en esta sección son relativamente nuevos. Todavía se siguen realizando trabajos de prueba en algunos aspectos especialmenterelacionados a la clarificación y combinación de algunas de estas normas. Por lo tanto, es probable que haya cambios sobre algunos de los detalles proporcionados. Paraobtener la información más reciente, consulte el sitio web de componentes y sistemas de seguridad de Rockwell Automation en: http://www.ab.com/safety y el sitio web desoluciones de seguridad de Rockwell Automation en http://discover.rockwellautomation.com/EN_Safety_Solutions.aspx.

¿Qué es la seguridad funcional?

La seguridad funcional es la parte de la seguridad global que depende del funcionamiento correcto del proceso o equipo en respuesta a sus entradas. La IEC TR 61508-0

proporciona el siguiente ejemplo para ayudar a aclarar el significado de la seguridad funcional. “Por ejemplo, un dispositivo de protección contra sobretemperatura queutiliza un sensor térmico en los bobinados de un motor eléctrico para desactivar el motor antes de que pueda calentarse en exceso, es un caso de seguridad funcional.Pero proporcionar aislamiento especial para resistir altas temperaturas no es un ejemplo de seguridad funcional (aunque es un ejemplo de seguridad y podría protegerprecisamente contra el mismo peligro).” Como otro ejemplo, comparemos una protección basada en hardware con una guarda con enclavamiento. La guarda basada enhardware no se considera “seguridad funcional” aunque puede proteger contra el acceso al mismo peligro que una puerta con enclavamiento. La puerta conenclavamiento es un ejemplo de seguridad funcional. Si se abre la guarda, el enclavamiento actúa como “entrada” para un sistema que alcanza un estado de seguridad.De manera similar, se utiliza equipo de protección personal (PPE) como medida protectora para ayudar a aumentar la seguridad del personal. El equipo de protecciónpersonal no se considera seguridad funcional.

La seguridad funcional es un término introducido en la norma IEC 61508:1998. Desde entonces el término se ha asociado algunas veces con los sistemas de seguridadprogramables. Esto es un concepto erróneo. La seguridad funcional cubre una amplia gama de dispositivos que son utilizados para crear sistemas de seguridad.Dispositivos tales como enclavamientos, cortinas de luz, relés de seguridad, PLC de seguridad, contactores de seguridad y variadores de seguridad se interconectanpara formar un sistema de seguridad, el cual realiza una función específica con fines de seguridad. Esto es seguridad funcional. Por lo tanto, la seguridad funcional deun sistema de control eléctrico es muy importante para el control de peligros que surgen de las piezas en movibles de la maquinaria.

Se necesita dos tipos de requisitos para lograr la seguridad funcional:

Función de seguridadLa integridad de la seguridad

La evaluación de riesgos desempeña un papel clave en el desarrollo de los requisitos de la seguridad funcional. La tarea y el análisis de riesgos indican los requisitos dela función de seguridad (es decir la función de seguridad). La cuantificación de riesgos proporciona los requisitos de integridad de la seguridad (es decir, la integridadde la seguridad o nivel de rendimiento).

Cuatro de las normas de seguridad funcional más significativas del sistema de control para la maquinaria son:

1. IEC/EN 61508 “Seguridad funcional de sistemas de control eléctricos, electrónicos y electrónicos programables” Esta norma contiene los requisitos y disposiciones aplicables al diseño de sistemas y subsistemas de electrónica complejos y programables. La norma es genérica, por lo tanto puede aplicarseen todos los sectores industriales.

2. IEC/EN 62061 "Seguridad de la maquinaria – Seguridad funcional de sistemas de control relacionados con la seguridad eléctricos, electrónicos y electrónicos programables"Esta norma es la implementación específica para maquinarias de IEC/EN 61508. Proporciona requisitos aplicables al diseño de nivel del sistema de todos los tipos de sistemas de controleléctricos relacionados con la seguridad de la maquinaria y también para el diseño de subsistemas o dispositivos no complejos. Requiere que los subsistemas programables o complejos cumplancon la norma IEC/EN 61508.

3. EN ISO 13849‐1 "Seguridad de la maquinaria – Partes relacionadas a la seguridad de sistemas de control"Esta norma tiene el propósito de proporcionar una ruta de transición directa de las categorías de las normas previas EN 954‐1.

4. IEC 61511 "Seguridad funcional – Sistemas instrumentados de seguridad para el sector de proceso industrial"Esta norma es la implementación específica de la norma IEC/EN 61508 del sector de procesos.

Las normas de seguridad funcional representan un paso importante más allá de los requisitos existentes conocidos, tales como control confiable y los sistemas decategorías de ISO 13849‐1:1999 (EN 954‐1:1996) previas.

Nota: Reciente al momento de la publicación de este texto, CEN (Comité Europeo de Estandarización) anunció que la fecha final para la presunción de conformidad deEN 954‐1 será extendida hasta fines del 2011 para facilitar la transición a los siguientes estándares. Esto reemplaza la fecha original del 29 de Diciembre del 2009.

Para información más actual acerca del uso y el estado de la norma EN 954‐1 visite: http://discover.rockwellautomation.com/EN_Safety_Solutions.aspx. Mientras

tanto, es aconsejable que la extensión del período de transición se utilice para pasar al uso de estándares posteriores (EN ISO 13849‐1 o IEC/EN 62061) en un tiempooportuno.

Las categorías no desaparecerán completamente, también son utilizadas en las normas actuales EN ISO 13849‐1 que utiliza el concepto de seguridad funcional y haintroducido nueva terminología y requisitos. Tiene adiciones significativas y diferencias con la norma antigua EN 954‐1 (ISO 13849‐1:1999). En esta sección nosreferiremos a la versión actual como EN ISO 13849‐1. (EN ISO 13849‐1:2008 tiene el mismo texto que ISO 13849‐1:2006).

IEC/EN 62061 y EN ISO 13849-1:2008

Tanto IEC/EN 62061 como ISO/EN 13849‐1 abarcan sistemas de control eléctricos relacionados con la seguridad. El objetivo es que eventualmente se combinen como

dos partes de una norma con terminología común. Ambos estándares producen los mismos resultados pero emplean métodos diferentes. Su propósito es proporcionar alos usuarios una opción para seleccionar el más idóneo para su situación. Un usuario puede decidir usar cualquiera de las normas y ambas están armonizadas bajo laDirectiva de maquinarias europea.

E Las salidas de ambas normas son niveles comparables de rendimiento de seguridad o integridad. Las metodologías de cada estándar tienen diferencias apropiadaspara usuarios específicos.

La metodología descrita en IEC/EN 62061 tiene el propósito de permitir funcionalidad de seguridad compleja que puede ser implementada por arquitecturas de sistemasque antes eran no convencionales. La metodología de EN ISO 13849‐1 está diseñada para proporcionar una ruta más directa y menos complicada para una funcionalidadde seguridad convencional implementada por arquitecturas de sistema convencionales.

Una distinción importante entre estas dos normas es la aplicabilidad a varias tecnologías. La normativa IEC/EN 62061 está limitada a sistemas eléctricos. EN ISO13849‐1 puede aplicarse a sistemas neumáticos, hidráulicos y mecánicos, así como a sistemas eléctricos.

Figura 118: Diagrama de flujo del diseño del sistema

La Figura 118 proporciona un diagrama de flujo simplificado para ayudar al diseñador de sistema de seguridad a determinar cual de estas dos normas utilizar.

Informe técnico conjunto acerca de la norma IEC/EN 62061 y EN ISO 13849­1:

Se ha preparado un informe conjunto sobre las normas IEC y ISO para ayudar a los usuarios de ambas normas.

El mismo explica la relación entre las dos normas y explica como puede sacarse la equivalencia entre PL (nivel de rendimiento) de EN ISO 13849‐1 y SIL (Nivel deintegridad de seguridad) de IEC.EN 62061 ambas al nivel de sistema y subsistema.

Para demostrar que las dos normas dan resultados equivalentes el informe muestra un ejemplo de sistema de seguridad calculado de acuerdo a las metodologías deambas normas.

En informe además clarifica un número de temas que han sido objeto de diferentes interpretaciones. Quizás uno de los temas más significativos es el aspecto deexclusión de fallo.

En general, donde se requiere PLe para una función de seguridad a ser implementada por un sistema de control con fines de seguridad, no es común confiar en lasexclusiones de fallo solamente para lograr este nivel de rendimiento. Esto depende de la tecnología utilizada y el entorno de funcionamiento deseado. Por esto, esesencial que el diseñador tenga especial cuidado en el uso de las exclusiones de fallo a medida que el requisito de PL aumentan.

En general el uso de exclusiones de fallo no es aplicable a los aspectos mecánicos de los interruptores de posición electromecánicos y los interruptores operadosmanualmente (por ej., un dispositivo de paro de emergencia) para lograr PLe en el diseño de un sistema de control con fines de seguridad. Esas exclusiones de fallo quepueden aplicarse a condiciones de fallo mecánico específicas (por ej., desgaste/corrosión, fractura) están descritas en la Tabla A 4 de ISO 13849‐2.

Por ejemplo, un sistema de enclavamiento de puerta que tiene que lograr PLe necesitará incorporar una mínima tolerancia a fallos de 1 (por ej., dos interruptores deposición mecánicos convencionales) para poder lograr este nivel de rendimiento ya que no es normalmente justificable excluir fallos, tales como, accionadores deconmutación rotos. Sin embargo, puede ser aceptable excluir fallos, tales como un cortocircuito de cableado dentro de un panel de control diseñado de acuerdo connormas pertinentes.

SIL y IEC/EN 62061

IEC/EN 62061 describe tanto el nivel de riesgo a ser reducido como la capacidad de un sistema de control de reducir ese riesgo en términos de SIL (nivel de integridadde seguridad). Existen tres SILs que se usan en el sector de las maquinarias, SIL 1 es el más bajo y SIL 3 es el más alto.

Debido a que el término SIL es aplicado de la misma manera en otros sectores industriales tales como petroquímicos, generación de energía y ferrocarriles, la normaIEC/EN 62061 es muy útil cuando se utiliza maquinaria dentro de esos sectores.

Los riesgos de mayor magnitud pueden ocurrir en otros sectores tales como la industria de procesos, y por esa razón la norma IEC 61508 y la norma específica del sectorde procesos IEC 61511 incluye SIL 4.

Un nivel SIL se aplica a una función de seguridad. Los subsistemas que conforman el sistema que implementa la función de seguridad deben tener una capacidad SILapropiada. Esto algunas veces se conoce como límite de declaración de SIL (SIL CL).

Se requiere un estudio completo y detallado de IEC/EN 62061 para poder aplicarlo correctamente. Algunos de los requisitos de este estándar aplicables más comúnmenteestán resumidos en el siguiente texto.

PL y EN ISO 13849-1

EN ISO 13849‐1:2008 no utilizará el término SIL; en lugar de ello utiliza el término PL (nivel de rendimiento). En muchos aspectos PL puede relacionarse con SIL. Existencinco niveles de rendimiento, PLa es el más bajo y PLe es el más alto.

Comparación de PL y SIL

La Tabla 8 muestra la relación (en términos de probabilidad de fallo peligroso entre PL y SIL cuando se aplica a estructuras de circuitos típicos.

PL (Nivel de rendimiento) PFHD (Probabilidad de fallo peligroso por hora) SIL

a ³10–5 a <10–4 Ninguno

b ³3 x 10–6 a <10–5 1

c ³10–6 a <3 x 10–6 1

d ³10–7 a <10–6 2

e ³10–8 a <10–7 3

Tabla 8: Correspondencia aproximada entre PL y SIL

La Tabla 8 se ofrece a modo de guía general y NO debe ser utilizada para propósitos de conversión. Deben tenerse en cuenta los requisitos completos de las normas.

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