Sicurezza intrinseca

1. Normativa di Riferimento

• Direttiva ATEX: 2014/34/UE per apparecchi e sistemi di protezione destinati a essere utilizzati in atmosfera esplosiva.
• Norme IEC/EN 60079 (es. IEC/EN 60079-11 per sicurezza intrinseca).

2. Dati di Ingresso

• Caratteristiche della sonda:
• Tensione nominale
• Corrente nominale
• Potenza nominale
• Induttanza
• Capacità
• Zona ATEX:
• Zona 0, 1 o 2.
• Tipo di gas o polvere (es. IIC, IIB).
• Temperatura ambiente e massima.
• Barriera intrinseca:
• Tensione di uscita
• Corrente di uscita
• Induttanza di uscita
• Capacità di uscita
• Potenza massima trasferita.

3. Calcoli Essenziali

• Compatibilità tra Sonda e Barriera:
• Verifica che i valori della sonda siano inferiori o uguali ai valori della barriera:
• Ui≤Uo,Ii≤Io,Pi≤PoU_i \leq U_o, \quad I_i \leq I_o, \quad P_i \leq P_oUi​≤Uo​,Ii​≤Io​,Pi​≤Po​
• Calcolo Energia Massima Trasferibile:
• Determinazione dell'energia immagazzinata:
• E=12⋅Co⋅Uo2+12⋅Lo⋅Io2E = \frac{1}{2} \cdot C_o \cdot U_o^2 + \frac{1}{2} \cdot L_o \cdot I_o^2E=21​⋅Co​⋅Uo2​+21​⋅Lo​⋅Io2​
• Compatibilità con l'Atmosfera Esplosiva:
• Confrontare il livello di protezione della barriera con il gruppo gas/polvere e la temperatura di accensione.
• Verifica dei Limiti di Sicurezza:
• Confronto tra:
• L_i + L_cavo ≤ L_o.
• C_i + C_cavo ≤ C_o.

4. Margine di Sicurezza

Assicurati che ci sia un margine di sicurezza adeguato per ogni parametro, considerando anche la lunghezza e il tipo dei cavi.

5. Documentazione

• Specifica tecnica completa della sonda e della barriera.
• Dichiarazione di conformità ATEX.
• Diagrammi di installazione.

La probabilità di guasto su richiesta (PFD) è una misura chiave nella sicurezza funzionale, definita in modo specifico nella norma EN 61508 Parte 6 (Ed. 2). Quantifica la probabilità che una funzione di sicurezza non riesca a eseguire l'azione richiesta su richiesta e viene in genere utilizzato per valutare l'affidabilità dei sistemi di sicurezza.

Per calcolare il PFD per un sistema secondo EN 61508 Parte 6, sono necessari diversi parametri di input chiave . Questi parametri aiutano a definire l'affidabilità del sistema e il livello di sicurezza che può fornire.

Parametri di input chiave per il calcolo del PFD secondo EN 61508 Parte 6, Ed. 2:

Livello di integrità della sicurezza (SIL):

SIL 1, SIL 2, SIL 3 o SIL 4: il livello di integrità della sicurezza richiesto determina l'affidabilità complessiva e la riduzione dei rischi richiesti per la funzione di sicurezza. Ogni SIL ha PFD e intervalli di probabilità specifici che sono accettabili per il sistema.

Il SIL viene in genere determinato in base alla valutazione del rischio (o matrice di rischio) del sistema.

Tasso di guasto dei componenti (λ):

λ (Failure Rate): Il tasso di guasto dei componenti relativi alla sicurezza (sensori, attuatori, risolutori logici, ecc.), espresso in guasti all'ora (ad esempio, guasti/ora o guasti/anno).

I tassi di guasto si basano spesso su dati di affidabilità forniti dai produttori o su standard industriali specifici come IEC 61508, IEC 61511 o FIT (Failures in Time).

Intervallo di prova (T):

T (Intervallo di test): Il tempo tra i test o le ispezioni delle funzioni di sicurezza. Questo valore è importante per il calcolo del PFD, in quanto tiene conto della frequenza dei test o della manutenzione del sistema.

Più breve è l'intervallo di test, minore è il PFD, poiché il test può aiutare a identificare i guasti prima che si verifichi una domanda.

Tempo di riparazione (MTTR - Mean Time to Repair):

MTTR: il tempo medio per riparare un componente o un sistema guasto.

In caso di guasto, l'MTTR influisce sulla velocità con cui il sistema può essere ripristinato a uno stato sicuro.

Copertura diagnostica (DC):

DC (Diagnostic Coverage): la percentuale di errori che il sistema diagnostico è in grado di rilevare. È espresso come valore compreso tra 0 e 1 (da 0% a 100%).

La copertura diagnostica aiuta a determinare la frazione di guasti che possono essere rilevati prima che causino un guasto pericoloso. Una CC più alta significa un PFD più basso.

Guasto per causa comune (CCF):

CCF: la probabilità che si verifichi un guasto che interessa più componenti contemporaneamente. I guasti di causa comune possono verificarsi a causa delle condizioni ambientali o delle risorse condivise.

È importante tenere conto dei guasti per cause comuni quando si calcola l'affidabilità complessiva del sistema.

Architettura del sistema:

Configurazione del sistema: la configurazione del sistema, come 1oo1 (uno su uno), 1oo2 (uno su due), 2oo2 (due su due), 2oo3 (due su tre), ecc., determina il numero di componenti necessari per il corretto funzionamento del sistema e influenza il calcolo del PFD.

L'architettura determinerà se la ridondanza viene utilizzata per migliorare l'affidabilità del sistema (ad esempio, due sensori in parallelo per ridurre la probabilità di guasto).

Intervallo del test di prova:

Intervallo di prova (PTI): questo è l'intervallo di tempo programmato in cui il sistema viene completamente testato per verificare che funzioni ancora correttamente.

Un PTI più breve può ridurre il PFD garantendo che i guasti non rilevati vengano identificati prima che causino un guasto del sistema.

Formula di calcolo del PFD

Il PFD per un sistema può essere calcolato utilizzando la seguente formula generale:

PFD=λ⋅T+(1−DC)⋅MTTR2PFD = \frac{\lambda \cdot T + (1 - DC) \cdot \text{MTTR}}{2}PFD=2λ⋅T+(1−DC)⋅MTTR

Dove:

λ è il tasso di guasto del componente o dei componenti,

T è l'intervallo di prova,

DC è la copertura diagnostica,

L'MTTR è il tempo medio per riparare il sistema.

Per architetture più complesse, come i sistemi con ridondanza, il PFD viene calcolato in modo diverso in base all'architettura specifica (ad esempio, sistemi di voto, 1oo2, 2oo3, ecc.).

Intervalli tipici di PFD per SIL

La norma EN 61508 definisce i seguenti intervalli accettabili di PFD per ciascun livello di integrità della sicurezza (SIL):

SIL 1: PFD = da 0,1 a 0,01

SIL 2: PFD = da 0,01 a 0,001

SIL 3: PFD = da 0,001 a 0,0001

SIL 4: PFD < 0,0001

Esempio di calcolo del PFD

Supponiamo un sistema con i seguenti valori:

SIL: 2

Tasso di guasto (λ): 0,0001 guasti/ora

Intervallo di prova (T): 6 mesi (o 4380 ore)

Copertura diagnostica (DC): 90% (0,9)

Tempo medio di riparazione (MTTR): 20 ore

Utilizzando la formula semplificata per PFD:

PFD=(0,0001 guasti/ora)⋅(4380 ore)+(1−0,0» 9)⋅(20 ore)2PFD = \frac{(0.0001 \, \text{guasti/ora}) \cdot (4380 \, \text{ore}) + (1 - 0.9) \cdot (20 \, \text{ore})}{2}PFD=2(0.0001guasti/ora)⋅(4380ore)+(1−0.9)⋅(20ore) PFD=0.438+0.12=0.5382=0.269PFD = \frac{0.438 + 0.1}{2} = \frac{0.538}{2} = 0.269PFD=20.438+0.1=20.538=0.269

Questo valore sarebbe accettabile per SIL 2 poiché rientra nell'intervallo accettabile compreso tra 0,01 e 0,001.

Conclusione

Per calcolare il PFD secondo la norma EN 61508 Parte 6, è necessario valutare attentamente i tassi di guasto del sistema, gli intervalli di test, la copertura diagnostica, i tempi di riparazione e l'architettura complessiva del sistema. Questi parametri influenzano direttamente l'integrità della sicurezza e il livello di riduzione dei rischi fornito dalla funzione di sicurezza.

Per calcolare il PFH (Probability of Failure per Hour) secondo la norma EN 61508 Part 6, Ed. 2 utilizzando i dati che hai fornito, possiamo utilizzare un approccio simile a quello del calcolo PFD, ma applicato per ottenere i valori di PFH. Questo calcolo si concentra sulla probabilità di guasto per unità di tempo, che è la metrica chiave per la sicurezza di un sistema.

Dati di Input:

• Tasso di guasto per errori pericolosi non rilevati (λ): 357,2 FIT
• Tasso di guasto per errori pericolosi rilevati (λ): 1770 FIT
• Intervallo di tempo per il test di prova regolare: 1,5 anni
• Tempo di riparazione per errori rilevati: 78 ore
• Tempo di riparazione per errori non rilevati: 8 ore
• Percentuale di errori non rilevati con causa comune: 15%
• Percentuale di errori rilevati con causa comune: 2%

Calcolo del PFH:

La formula per il calcolo del PFH per un sistema in conformità con la EN 61508 è la seguente:

PFH=(λ⋅T)+(1−DC)⋅MTTRTestTime(inhours)PFH = \frac{(λ \cdot T) + (1 - DC) \cdot MTTR}{Test Time (in hours)}PFH=TestTime(inhours)(λ⋅T)+(1−DC)⋅MTTR​

Dove:

λ è il tasso di guasto per unità di tempo (in FIT)

T è l'intervallo di tempo per il test (in ore)

DC è la copertura diagnostica

MTTR è il Mean Time To Repair (tempo medio di riparazione) in ore

Formula per i diversi sistemi:

PFH per il Sistema a Singolo Canale (1oo1):

PFH1oo1=λ⋅T+(1−DC)⋅MTTR2PFH_{1oo1} = \frac{λ \cdot T + (1 - DC) \cdot MTTR}{2}PFH1oo1​=2λ⋅T+(1−DC)⋅MTTR​

PFH per il Sistema 2oo2:

PFH2oo2=2⋅PFH1oo1⋅(1−PFH1oo1)PFH_{2oo2} = 2 \cdot PFH_{1oo1} \cdot (1 - PFH_{1oo1})PFH2oo2​=2⋅PFH1oo1​⋅(1−PFH1oo1​)

PFH per il Sistema 1oo2:

PFH1oo2=PFH1oo1⋅(1−PFH1oo1)PFH_{1oo2} = PFH_{1oo1} \cdot (1 - PFH_{1oo1})PFH1oo2​=PFH1oo1​⋅(1−PFH1oo1​)

PFH per il Sistema 1oo3:

PFH1oo3=PFH1oo1⋅(1−PFH1oo1)⋅(1−PFH1oo1)PFH_{1oo3} = PFH_{1oo1} \cdot (1 - PFH_{1oo1}) \cdot (1 - PFH_{1oo1})PFH1oo3​=PFH1oo1​⋅(1−PFH1oo1​)⋅(1−PFH1oo1​)

PFH per il Sistema 2oo3:

PFH2oo3=3⋅PFH1oo1⋅(1−PFH1oo1)⋅(1−PFH1oo1)PFH_{2oo3} = 3 \cdot PFH_{1oo1} \cdot (1 - PFH_{1oo1}) \cdot (1 - PFH_{1oo1})PFH2oo3​=3⋅PFH1oo1​⋅(1−PFH1oo1​)⋅(1−PFH1oo1​)