تعتبر أنظمة الأمان الآلية (SIS) حاسمة في الصناعة الحديثة، خاصة في القطاعات عالية المخاطر مثل الصناعات الكيميائية، وصناعات الطاقة، والبتروكيماويات. مستوى سلامة الأجهزة (SIL) هو مؤشر رئيسي لقياس سلامة وموثوقية أنظمة الأمان الآلية (SIS).
نظرًا لأن مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) أصبح موضوعًا متكررًا للنقاش في الأنظمة الحرجة للسلامة، فمن المهم بشكل خاص فهم تعريف مستويات سلامة الأجهزة (SIL) وتطبيقاتها، بالإضافة إلى المعنى المحدد لمستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) وسيناريوهات تطبيقه. ستساعدك هذه المقالة في فهم العلاقة بين أنظمة الأمان الآلية (SIS) ومستويات سلامة الأجهزة (SIL) بشكل كامل، مع التركيز على أهمية مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3)، بهدف مساعدتك في اتخاذ خيارات مناسبة في التطبيقات العملية.
نظام الأمان الآلي (SIS) هو نظام مصمم لتنفيذ وظيفة أمان آلية واحدة أو أكثر (SIFs).
يتكون نظام الأمان الآلي (SIS) من أدوات قياس، ووحدات تحكم منطقية، ومشغلات، وعناصر تحكم نهائية، وبرامج تطبيقية ذات صلة، وتتمثل المهمة الرئيسية لنظام الأمان الآلي (SIS) في مراقبة عمليات الإنتاج واتخاذ تدابير في الوقت المناسب لمنع الحوادث عند حدوث مخاطر.
وظيفة الأمان الآلية (SIF) هي وظيفة أمان محددة يؤديها نظام الأمان الآلي (SIS). تُستخدم لمراقبة الظروف غير الآمنة في العملية واتخاذ تدابير تحكم مقابلة، مثل الإغلاق الطارئ، وقطع الطاقة، وتفعيل أجهزة تخفيف الضغط.
في التعريفات المذكورة أعلاه، نصادف درجة معينة من "التعريف الدائري" - حيث يتم تنفيذ وظيفة الأمان الآلية بواسطة نظام الأمان الآلي، ويُستخدم نظام الأمان الآلي لتنفيذ وظائف الأمان الآلية. يشير هذا التعريف الدائري إلى العلاقة المتبادلة بين النظام ووظائفه. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة في التعريف تساعدنا على فهم الارتباط الوثيق والمسار التنفيذي بين النظام ووظائفه.
مستوى سلامة الأجهزة (SIL) هو مقياس لقدرة وظيفة الأمان الآلية (SIF) على تقليل مخاطر محددة.
هناك أربعة مستويات لمستوى سلامة الأجهزة (SIL)، تتراوح من SIL 1 إلى SIL 4، حيث يعتبر SIL 4 هو المستوى الأعلى، مما يشير إلى أقل احتمالية للفشل وأعلى موثوقية للنظام. كلما ارتفع مستوى سلامة الأجهزة (SIL)، زادت متطلبات السلامة للنظام، مما يمكّنه من العمل في بيئات أكثر تعقيدًا وخطورة.
ترتبط مستويات سلامة الأجهزة (SIL) عادةً بمتوسط احتمالية الفشل الخطير عند الطلب (PFDavg) وتردد الفشل الخطير في الساعة (PFH). كل مستوى من مستويات سلامة الأجهزة (SIL) له متطلبات قياسية مقابلة، على النحو التالي:
تساعد هذه المستويات فرق التصميم في تقييم متطلبات الموثوقية ومستويات السلامة المطلوبة للنظام.
الفرق بين SIL و SIF و SIS
| المصطلحات | SIL | SIF | SIS |
|---|---|---|---|
| التعريف | مستوى سلامة الأجهزة (SIL) هو مقياس لمدى موثوقية وظيفة الأمان المطلوبة في منع الأعطال وتقليل المخاطر. | وظيفة الأمان الآلية (SIF) هي إجراء محدد يؤديه نظام الأمان الآلي (SIS) للحفاظ على سلامة العملية. | نظام الأمان الآلي (SIS) هو نظام يحتوي على وظائف أمان متعددة (SIFs) لمراقبة العمليات والتحكم فيها من أجل السلامة. |
| المستويات / المكونات | يحتوي SIL على أربعة مستويات (SIL 1 إلى SIL 4)، حيث يعتبر SIL 4 هو أعلى مستوى أمان و SIL 1 هو الأدنى. | تستخدم وظيفة الأمان الآلية (SIF) أجهزة استشعار للكشف عن المخاطر، ومحلل منطقي لاتخاذ القرارات، وعناصر نهائية مثل الصمامات لضمان السلامة. | يشمل نظام الأمان الآلي (SIS) جميع الأجهزة والبرامج، مثل أجهزة الاستشعار والمشغلات، اللازمة لأداء وظائف السلامة. |
| الغرض / المثال | تحدد مستويات SIL الأداء المطلوب لوظيفة الأمان الآلية (SIF) لتقليل المخاطر. | تشمل أمثلة وظائف الأمان الآلية (SIFs) وظائف الإغلاق الطارئ، وتفعيل أنظمة إخماد الحرائق، أو أنظمة تخفيف الضغط. | تم تصميم نظام الأمان الآلي (SIS) لمنع التأثيرات الخطرة من خلال التركيب والتشغيل والصيانة. |
| العلاقة | مقياس للموثوقية والأداء المطلوب لوظيفة الأمان الآلية (SIF). | وظيفة محددة يؤديها نظام الأمان الآلي (SIS) لضمان السلامة. | النظام الكامل الذي يشمل وظائف أمان آلية متعددة (SIFs). |
| الدور الرئيسي | تحديد مستوى الأمان المطلوب. | تنفيذ إجراءات أمان محددة للتخفيف من المخاطر. | تنفيذ وإدارة وظائف السلامة. |
وفقًا لمعايير IEC 61511 و VDI/VDE 2180-1، هناك بعض وظائف الأمان ذات السلامة المنخفضة (LIFs) التي لا تتطلب حماية عالية السلامة. تتمتع هذه الوظائف بعامل تقليل المخاطر (RRF) أقل من 10 وعادة لا تحتاج إلى تنفيذها في أنظمة السلامة.
على الرغم من أن وظائف السلامة هذه لا تتطلب طبقات حماية معقدة من أنظمة الأمان الآلية (SIS)، إلا أنها لا تزال تتحمل مسؤوليات سلامة أساسية معينة. في تحليل مستوى سلامة الأجهزة (SIL)، تعتبر الوظائف المصنفة على أنها SIL-a و SIL-0 و SIL-1 سيناريوهات منخفضة المخاطر بشكل عام. في هذه السيناريوهات، يمكن إكمال وظائف مثل التعثر والإغلاق من خلال أنظمة التحكم الحالية دون دعم أنظمة السلامة عالية السلامة.
يعد تصميم وتطبيق وظائف السلامة ذات السلامة المنخفضة هذه أمرًا معقولًا، خاصة بالنظر إلى مشكلة "الحمل الزائد" المحتملة التي قد تواجهها الأنظمة عالية السلامة. في بعض الحالات، يمكن أن يؤدي أداء هذه الوظائف بموثوقية كافية من خلال أنظمة التحكم ليس فقط إلى تلبية معايير قبول المخاطر ولكن أيضًا إلى تجنب الاستثمار المفرط.
يحدد معيار IEC مستويات SIL-a و SIL-0، بينما يوفر VDI/VDE بدائل لمستويات SIL-0 و SIL-1#. على الرغم من وجود اختلافات في المصطلحات بين الاثنين، إلا أنها في الأساس وظائف أمان ذات سلامة منخفضة، تتطلب عامل تقليل مخاطر منخفض (< 10) ولا تحتاج إلى تنفيذها في أنظمة السلامة.
يعد مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) أحد مستويات سلامة الأجهزة المحددة في معيار IEC 61508. يتطلب عامل تقليل مخاطر يتراوح بين 1000 و 10000 للفشل عند الطلب واحتمالية فشل تتراوح بين 10⁻⁸ و 10⁻⁷ في الساعة. يُطبق مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) عادةً في البيئات عالية المخاطر مثل المصانع البتروكيماوية والكيميائية ومحطات الطاقة. تكمن أهمية مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) في قدرته على تقليل المخاطر المرتبطة بمخاطر محددة بشكل فعال إلى مستوى مقبول.
على الرغم من أن معدات مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) قد تبدو زائدة عن الحاجة، خاصة في البيئات منخفضة المخاطر، إلا أن استخدام معدات مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) يمكن أن يجلب تحسينات كبيرة في السلامة في حالات معينة. على سبيل المثال، يمكن أن يمد فترة اختبار إثبات الوقت (وقت التحقق من الاختبار)، وبالتالي تحسين كفاءة اكتشاف الأعطال المخفية.
لا يتم تصنيف مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) للمعدات الفردية، بل للوظائف التي تؤديها المعدات، مما يضمن أنها يمكن أن توفر ضمانات سلامة كافية في البيئات عالية المخاطر. بالنسبة لاختيار المعدات، يعني مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) متطلبات موثوقية أعلى وتصميمًا زائدًا، وعادة ما تكون المعدات أكثر تكلفة. ومع ذلك، هذا استثمار ضروري للتطبيقات الحرجة.
يتطلب تنفيذ وصيانة مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) استثمارًا إضافيًا. بالإضافة إلى تكاليف شراء المعدات الأولية، يتطلب مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) أيضًا أن يمتلك فريق التشغيل مهارات محددة، مما يعني تكاليف إضافية للتدريب وإدارة الموظفين. علاوة على ذلك، عادة ما يكون لمعدات مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) متطلبات تصميم واختبار أعلى، لذا فإن تكلفتها أعلى من تكلفة المعدات التقليدية.
ومع ذلك، فإن تكلفة مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) تستحق العناء مقارنة بالمخاطر المحتملة والخسائر الممكنة. خاصة في البيئات عالية المخاطر، قد تتجاوز تكلفة عدم تنفيذ مستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) بكثير تكلفة التنفيذ. يمكن لمستوى سلامة الأجهزة 3 (SIL 3) ليس فقط تحسين سلامة النظام ولكن أيضًا تقليل احتمالية وقوع الحوادث، مما يضمن سلامة الأفراد والمعدات والبيئة أثناء عملية الإنتاج.
تصنيف مستوى سلامة الأجهزة (SIL) ليس مجرد قضية تقنية، بل هو أيضًا عملية شاملة لإدارة المخاطر. من خلال استخدام طرق مثل دراسة المخاطر والتشغيل (HAZOP) وتحليل طبقات الحماية (LOPA)، يمكن تحليل المخاطر المحتملة في العملية بشكل منهجي، ويمكن تحديد مستوى سلامة الأجهزة (SIL) المطلوب. يحتاج اختيار مستوى سلامة الأجهزة (SIL) إلى مراعاة نوع المخاطر، واحتمالية حدوثها، وعواقب الحوادث، ومستويات تقليل المخاطر المطلوبة.
عند تصميم نظام أمان آلي (SIS)، من الضروري التمييز بين المكونات الحرجة للسلامة والمكونات غير الحرجة للسلامة. تشير المكونات الحرجة للسلامة إلى متغيرات الإجراءات والقياسات الضرورية للسلامة، مثل أجهزة استشعار درجة الحرارة والضغط وأنظمة الإغلاق الطارئ. أما المكونات غير الحرجة للسلامة، فهي تلك التي لا تؤثر بشكل مباشر على سلامة النظام وليس لها تأثير مباشر على سلامة العملية.
توضح المعايير مثل GB/T 21109.1-2022 الإطار والمتطلبات لتصميم أنظمة الأمان الآلية (SIS)، مما يساعد الشركات على اتباع مواصفات تصميم علمية ومنهجية عند تنفيذ أنظمة الأمان الآلية (SIS) لضمان تلبية مستوى سلامة الأجهزة (SIL) ومتطلبات الوظائف.
يمكن لمستويات سلامة الأجهزة (SIL)، وخاصة SIL 3، تحسين سلامة النظام بشكل فعال عند تطبيقها في البيئات عالية المخاطر. على الرغم من أن تكلفة تنفيذ SIL 3 مرتفعة نسبيًا، إلا أنها ضرورية لمنع حوادث السلامة وتقليل المخاطر وضمان سلامة الإنتاج في سيناريوهات محددة.
عند اتخاذ قرار بشأن اعتماد SIL 3، يجب على الشركات النظر بشكل شامل في تقييم المخاطر، وتحليل التكاليف والفوائد، وضمانات السلامة طويلة الأجل. مع تطور التكنولوجيا الصناعية، سيتم الترويج لتطبيق SIL في المزيد من المجالات، وستعمل التقنيات والأساليب الجديدة على زيادة تحسين فعالية وموثوقية أنظمة الأمان الآلية.
