Stellen Sie sich einen Hochsicherheitstresor vor, der mit unbezahlbaren Artefakten gefüllt ist.
Ein kleines Leck in der Decke des Tresors kann jahrelang unbemerkt bleiben und wertvolle Gegenstände verderben lassen. Genau das kann bei sicherheitsgerichteten Systemen passieren. Wenn es zu unentdeckten Ausfällen kommt, kann dies katastrophale Folgen haben.
Aber genau hier kommt der Proof-Test ins Spiel. Sie ist so etwas wie der Sherlock Holmes der sicherheitsgerichteten Funktionen, denn sie deckt versteckte Hinweise auf, um diese Ausfälle zu verhindern. Wir haben uns mit unseren Experten für sicherheitsgerichtete Systeme zusammengetan, um 7 grundlegende Fragen über Proof Testing zu beantworten und darüber, wie es dazu beiträgt, funktionale Sicherheit in der Prozessindustrie zu erreichen.
1. Was ist ein Proof-Test, und warum ist er im Zusammenhang mit sicherheitsgerichteten Funktionen wichtig?
Proof-Testing ist ein systematischer Prozess, mit dem überprüft wird, ob die Sensoren, Logiklöser und Endelemente in sicherheitsgerichteten Funktionen (SIFs) auf gefährliche Bedingungen oder Anforderungen reagieren können, um prozessbedingte Vorfälle zu verhindern oder abzumildern. Die IEC 61508 definiert Proof Testing als einen "periodischen Test, der durchgeführt wird, um gefährliche versteckte Fehler in einem sicherheitsrelevanten System zu entdecken, so dass, falls notwendig, eine Reparatur das System in einen 'neuwertigen' Zustand oder so nah wie möglich an diesen Zustand zurückversetzen kann".
Sie ist ein wesentlicher Bestandteil des Lebenszyklus eines sicherheitsinstrumentierten Systems (SIS) und findet während der Betriebsphase statt.
Nachweisprüfungen sind im Zusammenhang mit sicherheitsgerichteten Funktionen wichtig, um unentdeckte Ausfälle aufzudecken und die Intervalle für die Aufrechterhaltung der Sicherheitsintegritätsstufe (SIL) des Systems zu optimieren.
2. Wie helfen Proof-Tests dabei, unentdeckte Fehler in sicherheitsgerichteten Funktionen aufzuspüren, und wie tragen sie zur Erreichung der funktionalen Sicherheit in der Prozessindustrie bei?
Proof-Testing ist wie ein Versteckspiel: Es hilft uns, die versteckten Fehler in sicherheitsgerichteten Funktionen zu finden, die bei normalen Inspektionen oder automatischen Diagnosen vielleicht nicht auffallen würden.
Durch strenge Tests der SIF ist es möglich, versteckte Fehler wie undichte Ventile, Sensorabweichungen oder Fehler im Logiklöser aufzudecken. Anschließend können Sie Korrekturmaßnahmen ergreifen, um die aufgedeckten Probleme zu beheben und die Gesamtzuverlässigkeit der sicherheitsgerichteten Funktion zu verbessern.
SIL (Safety Integrity Level) und PFD (Probability of Failure on Demand) sind Schlüsselkonzepte zur Bestimmung der Wirksamkeit und Zuverlässigkeit von SIFs.
SIL misst die Wirksamkeit einer sicherheitsgerichteten Funktion bei der Verringerung des Risikos, wobei höhere SIL-Stufen strengere Nachweisprüfungen erfordern.
Die PFD quantifiziert die Wahrscheinlichkeit, dass eine sicherheitstechnische Funktion bei Anforderung ausfällt, und die Abnahmeprüfung hilft bei der Validierung der PFD, indem sie verifiziert, dass die SIF die erforderlichen Zuverlässigkeitsziele erfüllt. Die Häufigkeit, mit der ein Gerät einem Proof-Test unterzogen wird, wirkt sich erheblich auf die Gesamtausfallwahrscheinlichkeit bei Anforderung (PFD) aus, die wiederum die Sicherheitsintegritätsstufe (SIL) der Sicherheitsfunktion beeinflusst.
Wird das Gerät nicht in den vorgeschriebenen Intervallen getestet, kann ein unerkannter Fehler unentdeckt bleiben, bis eine Anforderung gestellt wird, was dazu führen kann, dass die Sicherheitsfunktion nicht funktioniert, wenn sie benötigt wird.
Daher ist es wichtig, die vorgeschriebenen Proof-Test-Intervalle einzuhalten, um die Zuverlässigkeit und Wirksamkeit der sicherheitsgerichteten Funktionen zu gewährleisten.
3. Welche Faktoren sind bei der Entwicklung eines Proof-Test-Verfahrens gemäß IEC 61508 zu berücksichtigen, und wie können diese Verfahren zur Verbesserung und Beseitigung potenziell gefährlicher systematischer Fehler eingesetzt werden?
Bei der Entwicklung eines Proof-Test-Verfahrens sollten mehrere Faktoren berücksichtigt werden, um die Wirksamkeit des Proof-Test-Prozesses zu gewährleisten. Zu diesen Faktoren gehören:
- Das Proof-Test-Verfahren sollte sowohl die funktionalen Anforderungen, z. B. was das SIF leisten muss, als auch die Leistungsanforderungen, z. B. die Leckage- und Zeitparameter und alle Ausnahmen vom Sicherheitshandbuch, berücksichtigen.
- Das Proof-Test-Verfahren sollte auf einer Analyse der bekannten gefährlichen Ausfallarten für jedes Instrument/jede Ausrüstung des SIFs beruhen. Diese Analyse sollte die SIF-Funktionalität als System und die Frage berücksichtigen, wie (und ob) auf den gefährlichen Ausfallmodus zu prüfen ist.
- Das Proof-Test-Verfahren sollte den Umfang der Prüfung und den Erfassungsgrad festlegen, der erforderlich ist, um gefährliche Ausfälle zu erkennen. Der Abdeckungsfaktor sollte als Prozentsatz der als unerkannt gefährlich eingestuften Fehler ausgedrückt werden.
- Das Proof-Test-Verfahren sollte die Häufigkeit der Tests festlegen , die zur Aufrechterhaltung der Sicherheitsintegrität des SIFs erforderlich sind. Die Häufigkeit der Prüfungen wird durch die SIF-Analyse (PFD-Verifizierung) bestimmt.
- Das Proof-Test-Verfahren sollte standardisiert und konsistent sein, um das Potenzial für menschliche Fehler zu minimieren. Dies kann die Entwicklung umfassender Proof-Test-Verfahren beinhalten, die auf einer Analyse bekannter gefährlicher Fehlermodi für jeden SIF-Instrumenten-/Ausrüstungstyp basieren, sowie die Verwendung gut gestalteter Testvorlagen/Checklisten, um das Wartungspersonal durch den Testprozess zu führen.
Um die Effektivität des Prüfverfahrens zu gewährleisten, sollten Sie die Verfahren regelmäßig überprüfen und aktualisieren, um Änderungen in der Konstruktion, dem Betrieb und den Wartungspraktiken des SIF zu berücksichtigen.
Analysieren und dokumentieren Sie die Ergebnisse von Proof-Tests, um potenzielle Probleme und Verbesserungsmöglichkeiten zu ermitteln.
Wenn Sie diese Faktoren berücksichtigen, können Sie wirksame Proof-Test-Verfahren entwickeln, die zur Beseitigung potenziell gefährlicher systematischer Fehler und zur Verbesserung der Sicherheitsintegrität von SIFs beitragen.
4. Wie wichtig ist es, die Empfehlungen der Hersteller in Bezug auf die Nachweisprüfung und die Spezifikation der Sicherheitsanforderungen (SRS) im Zusammenhang mit der Erreichung der funktionalen Sicherheit in der Prozessindustrie zu befolgen?
Die Spezifikation der Sicherheitsanforderungen (Safety Requirements Specification, SRS) ist ein wichtiges Dokument im Sicherheitslebenszyklus (Safety Life Cycle, SLC) und spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Sicherheitssystemen, insbesondere in der Prozessindustrie. Sie spezifiziert die Funktions- und Leistungsanforderungen im Zusammenhang mit sicherheitsgerichteten Funktionen (SIF) und anderen Prozesssicherheitssystemen.
Die SRS ist für die Erreichung der funktionalen Sicherheit von entscheidender Bedeutung, da sie als wesentliches Referenzdokument für den gesamten Sicherheitslebenszyklus dient.
Sie dokumentiert alle wichtigen Erwartungen an das SIS, wie die Liste der SIF und der zugehörigen Parameter, von den Anforderungen an die manuelle Abschaltung bis hin zur Reset-Philosophie und den Systembeschränkungen und -einschränkungen.
Die Einhaltung der SRS ist von größter Bedeutung für die funktionale Sicherheit in der Prozessindustrie, da sie gewährleistet, dass Sicherheitssysteme so konzipiert, betrieben und gewartet werden, dass Risiken wirksam gemindert und potenzielle Gefahren verhindert werden, was zum sicheren Betrieb der Prozessindustrie beiträgt.
5. Welche Arten von Proof-Tests gibt es, und wie tragen sie dazu bei, die Sicherheitsintegrität aufrechtzuerhalten und die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Bedarf gering zu halten?
Es gibt zwei Haupttypen von Proof-Tests: Vollständige Proof-Tests und partielle Proof-Tests.
Die Vollbeweisprüfung ist wie ein Ganzkörperscan für Ihre SIFs und bietet eine nahezu 100-prozentige Prüfabdeckung. Dabei wird das gesamte System unter tatsächlichen Betriebsbedingungen getestet, um sicherzustellen, dass es auf gefährliche Bedingungen oder Anforderungen reagieren kann.
Es handelt sich um die umfassendste Art der Sicherheitsprüfung, die darauf ausgelegt ist, alle potenziell gefährlichen unentdeckten Fehler (DU) in einer sicherheitsgerichteten Funktion (SIF) zu erkennen.
Bei der Teilnachweisprüfung hingegen wird nur ein bestimmter Prozentsatz der Fehlermöglichkeiten eines Geräts getestet. Sie ist weniger umfassend als die Vollbeweisprüfung, aber dennoch wichtig. Sie wird üblicherweise durchgeführt, wenn die Komponenten des SIF in den PFD-Berechnungen unterschiedliche Prüfintervalle aufweisen, die nicht mit geplanten Abschaltungen oder Abstellungen übereinstimmen.
Teilprüfungen können aus der Ferne durchgeführt werden und sind weit weniger zeitaufwändig als umfassende Prüfungen.
Die Häufigkeit und Gründlichkeit der Proof-Tests werden auf der Grundlage der PFDavg-Berechnungen festgelegt. Die vollständige Prüfung bringt die durchschnittliche Ausfallwahrscheinlichkeit des Geräts in die Nähe des ursprünglichen Zielwerts, während die teilweise Prüfung die durchschnittliche Ausfallwahrscheinlichkeit auf einen Prozentsatz des ursprünglichen Werts zurückbringt.
SIF-Ausrüstung mit geringeren gefährlichen Ausfallraten erfordert weniger häufige und weniger invasive Proof-Tests. Das bedeutet, dass SIF-Ausrüstungen mit einem höheren Zuverlässigkeitsgrad seltener und mit geringeren Auswirkungen auf ihren Betrieb geprüft werden müssen.
6. Welche Auswirkungen haben unvollkommene Proof-Tests auf die Gesamtsicherheit des Systems, und wie lassen sie sich abmildern?
Die Auswirkungen unvollkommener Proof-Tests auf die Gesamtsicherheit des Systems können erheblich sein, da nicht erkannte Fehler dazu führen können, dass das SIF nicht bei Bedarf eingreift und es möglicherweise zu prozessbedingten Zwischenfällen kommt.
Diese können durch die Entwicklung eines guten Prüfverfahrens gemildert werden, das genügend Details enthält, um sicherzustellen, dass die erforderlichen Prüfungen durchgeführt werden und eine doppelte Überprüfung erfolgt, dass das SIF wieder ordnungsgemäß in Betrieb genommen wurde.
Proof-Tests sollten jeden unentdeckten Fehler aufdecken und das Gerät in einen "neuwertigen" Zustand versetzen, was jedoch aus mehreren Gründen selten geschieht. Unvollkommene Proof-Tests können dazu führen, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit (Probability of Failure on Demand, PFD) im Laufe der Zeit allmählich ansteigt, was schließlich dazu führen kann, dass das System die PFD-Anforderungen nicht erfüllt.
Durch eine Überholung wird das Gerät in einen "neuwertigen" Zustand versetzt und die PFD auf ihren ursprünglichen Wert zurückgesetzt. Es ist wichtig, bei der PFD-Berechnung die Abdeckung durch Proof-Tests zu berücksichtigen, um die Auswirkungen unvollkommener Proof-Tests zu berücksichtigen.
Wenn der PFDavg-Wert der gesamten sicherheitsgerichteten Funktion (SIF) innerhalb des geltenden SIL liegt, ist kein zusätzliches Engineering erforderlich.
Wenn der PFDavg jedoch einen niedrigeren SIL als angegeben ergibt, sind möglicherweise zusätzliche technische Maßnahmen erforderlich. Daher ist es wichtig, Proof-Tests durchzuführen nach dem berechneten Intervall und genau, um sicherzustellen, dass die SIFs ihre Zuverlässigkeit und Wirksamkeit bei der Erreichung der funktionalen Sicherheit beibehalten.
7. Welche Herausforderungen und Nachteile sind mit dem Proof-Testing verbunden, und wie können Sie diese angehen, um die Effektivität des Proof-Testing-Prozesses zu gewährleisten?
Zu den Herausforderungen und Fallstricken im Zusammenhang mit Proof Testing gehören:
- Ungenaue Darstellung der Zuverlässigkeit: Ein unvollständiger oder falscher Proof-Test kann die Zuverlässigkeit eines SIF erheblich verfälschen, was zu einem falschen Sicherheitsgefühl oder zu übermäßig konservativen Sicherheitsmaßnahmen führt. Um dieses Problem zu beheben, muss sichergestellt werden, dass Proof-Tests gründlich, genau und regelmäßig durchgeführt und die Ergebnisse sorgfältig ausgewertet und dokumentiert werden.
- Unentdeckte Ausfälle: Bei Proof-Tests werden Probleme wie lose Verbindungen oder Korrosion innerhalb des SIF möglicherweise nicht erkannt, was zu unentdeckten Ausfällen führen kann. Um dieses Risiko zu mindern, sollten Sie zusätzliche Prüfverfahren, wie z. B. die zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung, als Ergänzung zu Proof-Tests in Betracht ziehen.
- Menschliche und verfahrenstechnische Fehler: Menschliche und verfahrenstechnische Elemente eines Proof-Tests können Fehler und Unstimmigkeiten verursachen, die zu einer ungenauen Bewertung der Zuverlässigkeit des SIF führen. Um diese Fehler zu minimieren, sollten Sie strenge Schulungs- und Zertifizierungsprogramme für das Prüfpersonal einführen, die Prüfverfahren standardisieren und detaillierte Aufzeichnungen über Prüfergebnisse und Beobachtungen führen.
- Variabilität der Prüfintervalle: Je häufiger und je umfangreicher ein Proof-Test durchgeführt wird, desto größer ist die Sicherheitsintegrität. Eine zu häufige Prüfung kann jedoch zeitaufwändig und kostspielig sein. Um ein Gleichgewicht zu finden, sollten Sie die gefährlichen Ausfallraten der SIF-Ausrüstung, die Testabdeckung und die Testhäufigkeit berücksichtigen, um die "minimale" Testhäufigkeit zu wählen, die die Einhaltung der Ziel-PFD ermöglicht.
- Wartungskultur: Die Qualität von Proof-Tests kann durch die Instandhaltungskultur vor Ort beeinflusst werden, was sich auf die Genauigkeit und Wirksamkeit der Tests auswirken kann. Um dieses Problem anzugehen, sollten Sie eine Kultur der kontinuierlichen Verbesserung und der Priorisierung von Sicherheit innerhalb der Organisation fördern und sicherstellen, dass Proof-Tests in die allgemeine Instandhaltungsstrategie integriert werden.
Ein Proof-Test ist also wie ein Sicherheits-Check-up für Ihr System. Es ist wie ein Gang zum Arzt, um sicherzustellen, dass alles richtig funktioniert. Sie wollen nicht, dass versteckte Mängel unentdeckt bleiben, denn das könnte gefährlich sein. Die Abnahmeprüfung trägt dazu bei, dass Ihre sicherheitstechnischen Systeme (SIS) stets optimal funktionieren und den Sicherheitsstandards entsprechen. Sie ist ein wichtiger Bestandteil des Sicherheitslebenszyklus und entscheidend dafür, dass ein System während des gesamten Sicherheitslebenszyklus den erforderlichen SIL erreicht.
IMS SIS
Cenosco hat entwickelt IMS SISeine Software, die eine zentrale Anlaufstelle für alle SIS Lifecycle-Ingenieure bietet.
Es bietet ein rationalisiertes Proof-Testing-Verfahren, das die Sicherheit und Integrität Ihrer Systeme gewährleistet. Es ermöglicht Ihnen die Erstellung von Zeitplänen für die Proof-Tests Ihrer SIF-Anlagen und bietet eine Plattform für Wartungstechniker, um die Ergebnisse der Proof-Tests von SIF-Anlagen zu registrieren.
Das System ermöglicht die Berechnung von Testintervallen und die Zuordnung von Proof-Tests sowie die Berechnung von Abdeckungsfaktoren, die sich auf die Gründlichkeit und Effektivität des Prozesses auswirken. So wird sichergestellt, dass die Testhäufigkeit für die erforderliche Risikominderung und Zuverlässigkeit ausreicht.
Durch die Einhaltung der in der IEC 61508 beschriebenen Schlüsselschritte, wie z. B. die Festlegung von Proof-Test-Intervallen, die Bewertung der Testeffektivität und die Befolgung der Herstellerempfehlungen und der Sicherheitsanforderungsspezifikation (SRS), unterstützt das IMS SIS die Anwender bei der Einhaltung der erforderlichen Sicherheitsintegritätsstufen (SIL) für ihre instrumentierten Schutzfunktionen.
IMS SIS bietet außerdem umfassende Funktionen für die Benutzerverwaltung, Zugang zu exklusiven Daten über Fehlerquoten und die Möglichkeit, benutzerdefinierte Dashboards und Testchecklisten zu erstellen.
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