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SIMATIC Safety MatrixL'outil de gestion pour toutes les phases du cycle de vie de sécurité

Brochure · Septembre 2010

Safety Integrated

Answers for industry.

br_safetymatrix_fr.book Seite 1 Donnerstag, 14. Oktober 2010 4:02 16

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Sécurité fonctionnelle et gestion du cycle de vie de sécurité2

Sécurité fonctionnelle et gestion du cycle de vie de sécurité

Le modèle de cycle de vie de sécurité (Safety Lifecycle Model) CEI 61511 décrit les différentes phases d'une installation.

Dans l'industrie de process, l'exploitation et la construction d'installations présentant un danger potentiel sont soumis à la norme internationale CEI 61511, le standard pour la sécurité fonctionnelle des systèmes de sécurité.

La description de la procédure à suivre pour la réalisation de la sécurité fonctionnelle s'appuie ici sur le cycle de vie de sécuri-té (Safety Lifecycle) de l'installation, qui est subdivisé en trois phases : Phase d'analyse, phase de réalisation ainsi que phase d'exploitation et de maintenance.

D'une manière générale, toutes ces phases et les activités associées relatives à la sécurité fonctionnelle doivent être do-cumentées. Les documents constituent la base pour le justifi-catif de la sécurité de l'installation ainsi que des systèmes de sécurité mis en œuvre.

En cas de modification, toutes les phases du cycle de vie de sécurité seront à nouveau examinées et documentées.

Phase d'analyse

Afin d'identifier les dangers éventuels et évaluer le risque qu'ils présentent, les installations de process présentant un danger potentiel doivent être analysées de manière ciblée. L'analyse HAZOP (Hazard Operational Analysis) constitue l'une des méthodes adaptées.

Sur la base des résultats de l'analyse et de leur évaluation, on détermine les niveaux de protection et on leur y affecte les tâches et fonctions de sécurité. Le système instrumenté de sécurité (SIS, Safety Instrumented System) constitue l'un des niveaux de protection.

La spécification des exigences de sécurité (SRS, Safety Re-quirement Specification) pour le système de sécurité est l'un des résultats importants de l'analyse.. La SRS décrit l'ensemble des fonctions de sécurité (SIF, Safety Instrumented Function), y compris les exigences posées à ces dernières, et prescrit le niveau d'intégrité de sécurité (SIL / Safety Integrity Level) re-quis. Le niveau SIL est un critère pour la réduction des risques.

Analyse

Réalisation

Exploitation

Estimation du risque et détermination des niveaux de protection

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Installation, mise en service et validation

Exploitation et maintenance

Modification

Mise hors service

Etude et conception du système instrumenté de sécurité (SIS)

Spécification relative aux exigences de sécurité (SRS) pour le système

instrumenté de sécurité (SIS)

Etude et planification d'autres mesurespour une réduction des risques

Affectation des tâches de sécurité aux niveaux de protection


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Sécurité fonctionnelle et gestion du cycle de vie de sécurité 3

Phase de réalisation

La SRS constitue la base pour la planification ultérieure de l'installation, en particulier pour la conception du système ins-trumenté de sécurité (SIS) et de ses fonctions de sécurité ainsi que pour d'autres mesures de réduction des risques. Elle est déterminante pour le choix du SIS et la sélection des consti-tuants matériels et logiciels des fonctions de sécurité.

L'étude et la conception sont suivies du montage, de la mise en service et de la validation de l'installation. Outre les fonc-tions et exigences de sécurité, la SRS comporte également les contrôles et critères de contrôle. Elle constitue donc le modèle de vérification et de validation.

Les résultats du contrôle des exigences de la SRS doivent être documentés conformément aux directives relatives à la sécu-rité fonctionnelle. Cette documentation et nécessaires pour la réception des fonctions et du système de sécurité.

Phase d'exploitation et de maintenance

Cette phase comporte l'exploitation et l'optimisation de l'ins-tallation jusqu'au moment de la mise hors service.

SIMATIC Safety Matrix

Avec SIMATIC Safety Matrix, Siemens offre un outil de gestion du cycle de vie de sécurité certifié par le TÜV (contrôle tech-nique allemand), pour les applications de sécurité jusqu'à SIL 3 selon CEI 61508.

SIMATIC Safety Matrix peut être utilisé dans toutes les phases du cycle de vie de sécurité. Les effets de rationalisation ainsi ob-tenus contribuent notablement à réduire les coûts d'investisse-ment (CAPEX, Capital Expenditure) et les coûts d'exploitation (OPEX, Operational Expenses) de l'installation.

SIMATIC Safety Matrix se compose des produits suivants, qui se différencient par leur fonctionnalité et leur domaine d'application :

• Safety Matrix Editor• Safety Matrix Engineering Tool• Safety Matrix Viewer

Domaine d'application des produits SIMATIC Safety Matrix

ProduitsPhases du cycle de vie de sécurité supportées Tâches

Modes de fonc-tionnement

Matériel de base (système cible)

Safety Matrix Editor

Phase d'analyse, phase de réalisation

Création, configuration, vérification et documen-tation de la logique de la matrice de sécurité

Création d'un fichier matrice CEM importable

Mode hors ligne PC autonome avec sys-tème d'exploitation Windows XP Professio-nal/Server 2003

Safety Matrix Engineering Tool

Phase d'analyse, phase de réalisation, phase d'exploitation et de maintenance

Création, configuration et compilation d'une ma-trice de sécurité

Importation/exportation d'un fichier matrice CEM

Transfert dans le projet, compilation, charge-ment, conduite et supervision du programme CFC de sécurité

Comparaison des matrices de sécurité sur la base des fichiers matrice CEM et des diagrammes CFC

Rapport de configuration et test de plausibilité avec rapport de validation

Mode en ligne et hors ligne

PC autonome avec sys-tème d'exploitation Windows XP Professio-nal/Server 2003

Station d'ingénierie SIMATIC PCS 7 (ES)

Safety Matrix Viewer

Phase d'exploitation et de maintenance

Conduite et supervision du programme CFC de sécurité

Mode en ligne Station opérateur SIMATIC PCS 7 (OS)


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SIMATIC Safety Matrix en phase d'analyse4

SIMATIC Safety Matrix en phase d'analyse

Durant la phase d'analyse, il s'agit d'identifier et d'analyser les risques de sécurité connus et potentiels, par ex. à l'aide de la méthode HAZOP. Celle-ci a pour but de filtrer les risques non tolérables, d'évaluer la probabilité d'apparition d'une mise en danger et d'en estimer les éventuelles conséquences.

Cette étape est suivie de l'élaboration du concept de sécurité de l'installation. A cette occasion, les tâches de sécurité sont affectées aux différents niveaux de sécurité de l'installation.

Dans le cadre du concept de sécurité, le système instrumenté de sécurité (Safety Instrumented System, SIS) joue un rôle pré-pondérant. La définition et la description des exigences SIS sous la forme d'une spécification constituent la base pour la planification, l'ingénierie et la réception de l'installation. Etant donné que différentes personnes doivent orienter leur travail sur cette spécification au cours des phases du cycle de vie de sécurité, les exigences de sécurité doivent être formulées de manière compréhensible.

Spécification relative aux exigences de sécurité (SRS)

Dans la SRS, les exigences posées au système de sécurité sont définies. La description fonctionnelle des exigences de sécurité ainsi que de l'ensemble des conditions marginales qui condui-sent à leur déclenchement fait partie intégrante de la SRS. Par ailleurs, le détermination du niveau SIL (Safety Integrity Level) est liée à l'examen détaillé de chaque fonction de sécurité.

1) Mode de fonctionnement sur demande

Concept de sécurité et niveaux d'une installation

Evaluation des dangers et des risques ;détermination des niveaux de protection

Affectation des tâches de sécurité aux différents niveaux de protection

Spécification des exigences de sécurité (SRS) posées au système instrumenté de sécurité (SIS)

Réalisation Exploitation

Safety Inte-grity Level

Probabilité d'une défaillance sur sollicita-tion (PFD) par an1)

Facteur de réduc-tion du risque = 1/PFD

SIL 4 ≥ 10-5 à < 10-4 10 000 à 100 000

SIL 3 ≥ 10-4 à < 10-3 1 000 à 10 000

SIL 2 ≥ 10-3 à < 10-2 100 à 1 000

SIL 1 ≥ 10-2 à < 10-1 10 à 100

Protection contre les catastrophes Protection contre les catastrophes

Protection passive

Protection active

Bassin de retenue

Vanne de surpression, membrane de rupture

Safety System (automatique)

Coupure de sécurité

Valeur process

Système instrumenté de sécurité (SIS)

Système de conduite de processus

Comportement normal

Alarme process

Intervention du personnel de l'installation

Automatisation de base


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SIMATIC Safety Matrix en phase d'analyse 5

Safety Matrix Editor

Matrice causes & effets

La méthode des causes & effets s'est avérée très efficace pour la description fonctionnelle des fonctions de sécurité ainsi que pour la définition des conditions marginales et de coupure. La méthode, spécifiée par l'Institut Américain du Pétrole dans la directive API RP 14C, est utilisée aujourd'hui dans de nom-breux domaines de l'industrie de process.

Siemens a mis en œuvre la méthode des causes & effets défi-nie par l'Institut Américain du Pétrole dans SIMATIC Safety Matrix.

Avec SIMATIC Safety Matrix, il est possible de saisir et de décrire de manière uniforme des fonctions de sécurité et de les formuler de manière compréhensible pour l'ensemble des intervenants, et ce dès la phase d'analyse. Aucune connais-sance spéciale en programmation n'est requise. C'est pour-quoi même des spécialistes procédés peuvent définir eux-mêmes des exigences avec SIMATIC Safety Matrix.

Définition d'une cause

Définition des liaisons entre les causes et des fonctions

La définition des causes s'effectue dans les lignes du tableau de matrice. Les causes peuvent être définies par des signaux TOR ou analogiques simples ou combinés (3 signaux par cause). D'autres facteurs peuvent être pris en comptes, par exemple des temporisations.

Les effets sont définis dans les colonnes du tableau de ma-trice. Une cause peut cause peut agir sur 4 actionneurs.

La liaison entre plusieurs causes et la définition du comporte-ment entre les causes et les effets s'effectuent aux points d'in-tersection des lignes et des colonnes. C'est ici également que l'on détermine si un acquittement ou une remise à zéro est né-cessaire.

Les causes peuvent en outre être combinées en groupes déci-sionnels, permettant ainsi de réaliser des décisions 2 de 3.

Points forts

■ 128 causes par matrice

■ 128 effets par matrice

■ 1024 points d'intersection par matrice

■ 3 entrées possibles par cause

■ 4 sorties possibles par effet

Avantages

■ Aucune connaissance en programmation n'est nécessaire

■ Compréhensible par tous les intervenants

■ Vue d'ensemble claire des fonctions de sécurité


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SIMATIC Safety Matrix en phase de réalisation6

SIMATIC Safety Matrix en phase de réalisation

La phase de réalisation démarre avec la conception et la plani-fication du système instrumenté de sécurité et des mesures supplémentaires de réduction des risques. Ces étapes sont suivies de la réalisation, de la mise en service et de la valida-tion.

Les fonctions de sécurité spécifiques sont réalisées pendant la planification. Avec SIMATIC Safety Matrix, les fonctions de sé-curité définies au cours de la phase d'analyse sont disponibles sous la forme d'une matrice causes & effets, réutilisable sans restrictions. La transposition des fonctions de sécurité décrites dans la SRS vers un langage de programmation spécifique sys-tème, nécessaire avec les méthodes conventionnelles, est par conséquent superflue, ce qui permet de réduire considérable-ment les coûts d'ingénierie.

Affectation des signaux d'entrée et de sortie

L'intégration dans l'installation est réalisée par affectation des causes et effets aux entrées et sorties du SIMATIC S7-400F/FH. SIMATIC Safety Matrix permet ensuite de procéder aux ré-glages complémentaires, par ex. la définition des seuils et de l'hystérésis des valeurs analogiques ou encore de la diver-gence maximale autorisée entre les valeurs analogiques com-binées.

Des blocs fonctionnels de prétraitement des signaux, par ex. conversion d'une valeur d'entrée, permettent de réaliser des calculs complexes dans Safety Matrix. Les blocs fonctionnels correspondants sont sélectionnables dans le pilote de canal du signal E/S.

Sélection des blocs fonctionnels pour le prétraitement des signaux

Conception et planification d'autres mesuresde réduction des risques

Conception et planification du système instrumenté de sécurité (SIS)

Montage, mise en serviceet validation ExploitationAnalyse


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SIMATIC Safety Matrix en phase de réalisation 7

Définition du comportement temporel et des fonctions de maintenance

Par ailleurs, il est possible de configurer des simulations et des bypass pour la mise en service et l'exploitation et de définir les droits d'accès correspondants .

Ainsi par exemple, un bypass peut être commandé directe-ment par SIMATIC Safety Matrix ou par un signal d'entrée (commutateur à clé).

Trois profils d'alarme peuvent être attribués aux causes et aux effets, offrant ainsi une vue d'ensemble claire des alarmes et permettant à l'opérateur d'identifier rapidement les pro-blèmes latents et de réagir sans délais et de manière ciblée. La réduction des arrêts contribue dans une large mesure à accroître la disponibilité de l'installation.

La conversion en une logique exécutable est automatique. Sur la base du CFC (Continous Function Chart), l'outil d'ingénierie SIMATIC Safety Matrix Engineering Tool crée, à l'aide des blocs fonctionnels de la bibliothèque de sécurité dans S7 F Systems, une logique exécutable pour chaque matrice et génère les pi-lotes de canal pour l'ensemble des canaux I/O de sécurité. La logique CFC peut ensuite être compilée et chargée dans l'automate. La génération automatique de la logique CFC a été réceptionnée et certifiée par le TÜV.

Définition et affectation des alarmes

A des fins de contrôle et de test, l'outil Safety Matrix Enginee-ring Tool est commutable directement dans la vue en ligne. La visionneuse Safety Matrix est également utilisable sur la sta-tion opérateur SIMATIC PCS 7.

Les fonctions intégrées dans SIMATIC Safety Matrix pour le test de plausibilité, la documentation, la simulation et la comparai-son de fichiers et diagrammes assistent efficacement les concepteurs, les ingénieurs de mise en service et les vérifica-teurs pendant les tests et pour la réception de l'application de sécurité.

La réception de l'application de sécurité est typiquement assu-rée par des services dûment autorisés ou par les autorités compétentes. Comme ces personnes ne possèdent générale-ment pas de connaissances particulières en programmation, l'utilisation de SIMATIC Safety Matrix leur apporte des avan-tages considérables. En mode en ligne, l'auditeur peut obser-ver à l'écran la quasi-intégralité des fonctions de sécurité spé-cifiées dans la SRS. On évite ainsi un changement de para-digme. La réception en est accélérée et l'installation entre plus rapidement en production.


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SIMATIC Safety Matrix en phase de réalisation8

SIMATIC Safety Matrix - Points forts

■ Combinaisons directes de causes telles que 2oo3, ET, OU

■ Définition du signal de déclenchement pour le traite-ment des causes

■ Prise en compte d'exigences temporelles pour les causes et effets

■ Prise en compte d'erreurs signaux et modules

■ Prétraitement des valeurs

■ Effet sur 4 actionneurs max.

■ Fonction de simulation et de bypass intégrée

■ Restriction intégrée de la simulation à 1 capteur d'un groupe décisionnel

■ Déclenchement si la cause est vraie, pas de mémori-sation

■ Déclenchement si la cause est vraie, avec mémorisa-tion, acquittement

■ Déclenchement si la cause est vraie, bypass possible

■ Décision XooN

■ Formation de groupes décisionnels

■ Groupe d'alarmes

■ Pré-alarmes et alarmes de divergence

Fonctions additionnelles

■ Comparaison de matrices pour le suivi des modifica-tions

■ Rapport de validation intégré

■ Rapport de configuration, documentation de la matrice

■ Rapport des modifications

Avantages

■ Traitement direct de la spécification de sécurité SRS pour la création du programme

■ Aspect identique de la matrice pendant la configura-tion, en cours d'exploitation et dans la documenta-tion

■ Vue et compréhension unifiées pour l'ensemble des intervenants

■ Accélération de la planification, de la mise en œuvre et de la réception


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SIMATIC Safety Matrix en phase d'exploitation 9

SIMATIC Safety Matrix en phase d'exploitation

Image process d'une station opérateur avec visionneuse Safety Matrix activée

Lors de la conduite du processus, l'opérateur doit pouvoir dé-tecter de façon précoce les écarts pertinents et réagir rapide-ment. Une conduite simple et intuitive de l'installation d'auto-matisation est indispensable. Cela est particulièrement vrai pour les processus critiques qui restent à l'arrêt aussi long-temps que l'opérateur n'a pas remédié à la cause du déclen-chement.

SIMATIC Safety Matrix offre la possibilité d'avertir l'opérateur par des pré-alarmes de situations critiques latentes et d'affi-cher la condition de déclenchement et l'effet correspondant. L'opérateur peut ainsi localiser d'un coup d'œil le capteur di-vergeant ou défectueux et de lancer les mesures appropriées.

Pré-alarme

Les fonctions de maintenance intégrées dans SIMATIC Safety Matrix prennent en charge le contrôle des capteurs. Elles per-mettent de bypasser temporairement un capteur pour son remplacement ou pour un contrôle extérieur. De cette façon, les arrêts de l'installation peuvent être évités. De même, un test d'épreuve peut nécessiter le bypass temporaire des cap-teurs et actionneurs.

Exploitation et maintenance

Mise hors service

ModificationRéalisationAnalyse


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SIMATIC Safety Matrix en phase d'exploitation10

Maintenance

L'intégration des capteurs de sécurité dans l'Asset Manage-ment permet d'optimiser encore davantage la maintenance.

SIMATIC Safety Matrix permet d'assurer la conduite et supervi-sion de l'outil Safety Matrix Engineering Tool aussi bien en mode en ligne qu'avec la visionneuse Safety Matrix, sur la sta-tion opérateur du système de conduite de processus SIMATIC PCS 7.

Les interventions de l'opérateur sont documentées et sont ar-chivables pour la gestion du cycle de vie de sécurité.

Documentation des interventions de l'opérateur et des événements

Dans la visionneuse SIMATIC Safety Matrix, les possibilités de commande de l'opérateur dépendent des droits définis dans le système de conduite de processus SIMATIC PCS 7 De cette façon, seules des personnes autorisées peuvent bypas-ser ou simuler des appareils de terrain.

Les événements et les alarmes process sont transmis au sys-tème opérateur du système de contrôle de procédés SIMATIC PCS 7 et intégrés dans le système de signalisation. Cela permet l'archivage commun des alarmes et des messages du système BPCS (Basic Process Control System) et du système de sécurité.

L'appel des matrices s'effectue par le biais d'icônes de blocs, placées sur l'interface utilisateur de SIMATIC PCS 7. Ces der-nières peuvent se référer à la matrice complète ou être limi-tées à certaines causes ou effets. La vue se référant à une cause ou à un effet peut être commutée à tout moment sur la vue globale de la matrice ou inversement.

Par les alarmes présentes au niveau de l'icône de bloc pour l'appel de la matrice, l'opérateur reconnaît déjà si des avertis-sements, alarmes ou fonctions de maintenance sont actives. Il pourra consulter les informations détaillées après avoir appelé la vue correspondante de la matrice.

Points forts

■ Fonctions de maintenance intégrées, par ex. bypass et simulation

■ Affichage de toutes les valeurs process pertinentes, également en cours de maintenance

■ Toutes les informations pertinentes sont visibles d'un coup d'œil dans le modèle

Avantages

■ Guidage opérateur optimal

■ Maintenance des capteurs et actionneurs indépen-damment du process

■ Réduction des temps morts


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SIMATIC Safety Matrix – L'outil de gestion du cycle de vie de sécurité 11

SIMATIC Safety Matrix – L'outil de gestion du cycle de vie de sécurité

Safety Matrix Viewer

L'utilisation conséquente de SIMATIC Safety Matrix dans toutes les phases du cycle de vie de sécurité réduit les coûts d'investissement (CAPEX) et les coûts d'exploitation (OPEX). SIMATIC Safety Matrix offre des avantages convaincants dans toutes les phases.

Phase d'analyse

SIMATIC Safety Matrix ne requiert aucune connaissance en programmation. De ce fait, le système est utilisable aussi bien par les techniciens process, les auditeurs et les planificateurs.

Les fonctions de sécurité sont définies par la méthode des causes & effets.

La représentation des causes & effets est compacte, claire et aisément compréhensible par tous.

Phase de réalisation

Les fonctions de sécurité définies avec SIMATIC Safety Matrix peuvent être reprises directement. Il suffit de réaliser le paramétrage spécifique du système de sécurité SIMATIC S7-400F/FH. Les planificateurs, les opérateurs et les auditeurs disposent à tout moment d'une vue identique, compréhen-sible par tous. La représentation des fonctions de sécurité est identique pendant la configuration, en exploitation et dans la documentation. En exploitation, les états des signaux et les in-formations additionnelles sont repérées en couleur. Il en ré-sulte une accélération significative du travail d'ingénierie, des tests et de la réception.

Phase d'exploitation

En cours d'exploitation, le guidage opérateur optimisé de SIMATIC Safety Matrix garantit une réaction rapide et ciblée de l'opérateur aux événements. Ce dernier a également la possi-bilité de simuler les capteurs et actionneurs, notamment lors d'une intervention de maintenance. L'utilisation de la vision-neuse SIMATIC Safety Matrix permet de réduire les arrêts de l'installation.

Les avantages en bref

■ Aucune connaissance en programmation n'est nécessaire

■ Compréhensible par tous les intervenants

■ Vue d'ensemble des fonctions de sécurité

■ Reprise direct de la spécification de sécurité SRS dans la création du programme

■ Aspect identique de la matrice pour la configuration, pour l'exploitation et dans la documentation

■ Vue et compréhension unifiées pour l'ensemble des intervenants

■ Accélération de la planification, de la mise en œuvre et de la réception

■ Guidage opérateur optimal

■ Maintenance des capteurs et actionneurs indépen-damment du process

■ Réduction des temps morts


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Les informations de cette brochure contiennent des descriptions ou des caractéristiques qui, dans des cas d'utilisation concrets, ne sont pas toujours applicables dans la forme décrite ou qui, en raison d'un déve-loppement ultérieur des produits, sont susceptibles d'être modifiées. Les caractéristiques particulières souhaitées ne sont obligatoires que si elles sont expressément stipulées en conclusion du contrat. Sous réserve des possibilités de livraison et de modifications techniques.

Toutes les désignations de produits peuvent être des marques ou des noms de produits de Siemens AG ou de sociétés tierces agissant en qualité de fournisseurs, dont l'utilisation par des tiers à leurs propres fins peut enfreindre les droits de leurs propriétaires respectifs.

Pour de plus amples informations

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Sous réserve de modificationsPDF (E86060-A4678-A261-A1-7700)3P.8315.15.02 / Dispo 09508BR 1010 12 FrImprimé en Allemagne © Siemens AG 2010

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