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TCNICO DEAUTOMAOINDUSTRIAL
SRIE AUTOMAO INDUSTRIAL
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SRIE AUTOMAO INDUSTRIAL
TCNICO DE
AUTOMAO
INDUSTRIAL
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CONFEDERAO NACIONAL DA INDSTRIA CNIRobson Braga de Andrade
Presidente
DIRETORIA DE EDUCAO E TECNOLOGIARafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
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SENAIServio Nacional deAprendizagem IndustrialDepartamento Nacional
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2012 SENAI Departamento Nacional
2012. SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul
A reproduo total ou parcial desta publicao por quaisquer meios, seja eletrnico,mecnico, fotocpia, de gravao ou outros, somente ser permitida com prvia autorizao,por escrito, do SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul.
Esta publicao foi elaborada pela equipe da Unidade Estratgica de DesenvolvimentoEducacional UEDE/Ncleo de Educao a Distncia NEAD, do SENAI do Rio Grande doSul, com a coordenao do SENAI Departamento Nacional, para ser utilizada por todos osDepartamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distncia.
SENAI Departamento NacionalUnidade de Educao Profissional e Tecnolgica UNIEP
SENAI Departamento Regional do Rio Grande do SulUnidade Estratgica de Desenvolvimento Educacional UEDE/Ncleo de Educao aDistncia NEAD
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Sistema Instrumentado de Segurana
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O presente tema est ligado Segurana do Trabalho e aos interesses econmicos da in-
dstria, visto que o aprendizado sobre o Sistema Integrado de Segurana (Safety Instrumented
System SIS) minimiza os riscos de acidentes com os trabalhadores e reduz a perda de ativos
(equipamentos, prdios etc.) da empresa. Os objetivos do SIS so: evitar acidentes dentro e
fora das fbricas, como incndios, exploses e danos aos equipamentos; promover a proteo
produo e propriedade, evitar riscos vida e danos sade pessoal; e prevenir impactos
catastrficos na comunidade.
A segurana industrial, antes da era digital, estava focada nas prticas seguras de trabalho,
que consistiam no manuseio de materiais perigosos e na operao de equipamentos. Atual-
mente, a segurana industrial atua sobre as infraestruturas mais complexas dos processos de
fabricao, abrangendo toda a empresa.
O aumento da aplicao de dispositivos de controle eletrnico trouxe a necessidade de sua
regulamentao, de modo a garantir a segurana dos recursos de uma fbrica por meio des-
ses equipamentos. As principais normas regulamentadoras aplicadas na atualidade so a IEC
61508, a IEC 61511 e a AIA 34. A regulamentao ampliou o interesse sobre o SIS, aumentando
a confiabilidade dos instrumentos.
2.1 CAMADAS PROTETORAS
Nenhuma medida de segurana isolada pode reduzir os riscos e proteger a planta e o pessoal
contra eventuais danos caso ocorra um incidente perigoso. Por isso, foram desenvolvidas medi-
das de segurana dispostas em camadas protetoras. As camadas protetoras representam uma se-
quncia de dispositivos mecnicos, de controle de processos, de sistemas de parada programada
e de medidas de respostas externas que impedem ou combatem um evento perigoso.
Se uma das camadas falhar, as demais estaro disponveis para trazer o processo a um es-
tado seguro, considerando que o acidente uma sucesso de falhas em efeito domin. Com o
aumento de camadas, aumenta-se a confiabilidade do sistema de segurana. A figura 1 mostraas sete camadas de segurana em ordem de ativao.
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Figura 1 - Camadas de seguranaFonte: Autor
Descrio das sete camadas de segurana:
1 Sistema de controle bsico do processo: esse nvel consiste em controles
bsicos, em alarmes e em superviso do operador.
2 Alarmes crticos: essa camada de proteo fornece alarmes crticos que alertam
os operadores a uma circunstncia em que uma varivel excedeu seus limites es-
pecificados e pode exigir a interveno, mas est sediada nos equipamentos de
controle bsico.
3 Sistema instrumentado de segurana: opera independentemente do siste-
ma de controle bsico do processo. Executa aes de parada quando as camadas
precedentes no conseguem resolver uma emergncia.4 Dispositivos de alvio: utilizam vlvulas, dispositivos de alvio de presso
para impedir uma ruptura, o derramamento ou a liberao descontrolada.
5 Diques: consiste na reteno dos elementos em vazamento de modo a esta-
belecer barreiras para a contaminao do meio ambiente ou fogo.
6 Resposta da planta: a ao da resposta de emergncia tomada pelos componen-
tes da planta e consiste na luta contra o incndio e/ou procedimentos de evacuao.
7 Resposta da comunidade: o nvel final a ao da resposta de emergncia
tomada pela comunidade e consiste na luta contra o incndio e em outros servi-os de urgncia.
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2 SISTEMA INSTRUMENTADO DE SEGURANA 17
Sistema instrumentado de segurana
O foco de nosso estudo est centrado na terceira camada de segurana SistemaInstrumentado de Segurana. Um SIS um equipamento (hardware), ou sistema (sof-
tware), ou, na configurao mais comum, uma combinao dos dois, encarregado de
executar uma ou mais funes de segurana (Safety Instrumented Functions SIFs).
As SIFs servem para reduzir a probabilidade de acidentes ou, ainda, para aumentar
o nvel de segurana (Safety Integrity Level SIL) de um equipamento ou processo. A
anlise de segurana intrnseca de uma malha de controle passa justamente pela ve-
rificao da confiabilidade desse conjunto hardware/software e elevar, se necessrio,
o SIL.
2.2 SIS (SAFETY INSTRUMENTED SYSTEM)
Um SIS dispara suas aes quando o limite programado para sua atuao
atingido. O objetivo do SIS ser colocar a instalao (equipamento ou processo)
em estado seguro, retornando s condies normais ou, at mesmo, desligando.
O SIS poder executar uma ou vrias funes de proteo contra os vrios riscos
que um processo pode ter.
A nomenclatura do SIS pode ser encontrada de diferentes formas com: siste-ma de paragem segura, sistema de paragem de emergncia, sistema de proteo
instrumentada ou sistema de segurana crtico.
Em grande parte dos casos, uma SIF implementada por um SIS possui os ele-
mentos que podem ser vistos na figura 2.
Figura 2 - Exemplo de SISFonte: Autor
Sensor: para monitorar o processo e identificar uma condio anormal (na
figura 1, um sensor de presso).
Controlador: que compara a medio do sensor com o valor de segurana
parametrizado e executa a ao de segurana.
Atuador ou elemento de controle nal: elemento que far a interferncia noprocesso quando o controlador comandar, por exemplo, vlvula, bomba hidrulica etc.
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2.3 SIF (SAFETY INSTRUMENTED FUNCTION)
Uma SIF uma funo com um nvel especfico de segurana (SIL) que imple-mentada por um SIS, a fim de alcanar ou manter uma condio segura. Os trs
elementos do SIS atuam em conjunto para detectar um perigo e para trazer o pro-
cesso a uma condio de segurana. comum afirmar que existem dois tipos de
SIF, uma para proteo e uma para controle. A SIF de proteo utilizada somente
quando necessrio (uso intermitente), ou seja, quando a varivel de processo mo-
nitorada atingiu o valor limite, e a SIF de controle utilizada continuamente para
manter a varivel dentro dos limites de segurana especificados.
Alm dessas funes, a SIF tambm pode definir um nvel de reduo do risco
ou o nvel de segurana (SIL) para um perigo especfico. Essa funo implemen-tada por meio de uma ao automatizada e instrumentada.
No Quadro 1 temos as principais propriedades de uma SIF.
PROPRIEDADE DESCRIO
Perigo Um nico perigo e risco associado.
Modo de operao Quando necessrio ou contnuo.
Deteco O sensor detecta especificamente o perigo e passa a
informao para o controlador.
Deciso O controlador deve ter a programao para decidir
automaticamente quando agir e quando o perigo
est presente, agindo nos atuadores.
Ao Os atuadores devem ter a ao necessria para
trazer o processo a uma condio segura ou miti-
gar o perigo a um nvel adequado.
Nvel de Segurana (SIL) O montante da reduo de risco a ser atingido pelo
SIF ou o aumento da confiabilidade do processo.
Condio atingida Uma eliminao do perigo ou mitigao.
Tempo de resposta O tempo para detectar, decidir e agir e a ao deeliminar ou mitigar o perigo.
Intervalo de teste A frequncia para testar a SIF ou seus componentes.
SIS Em qual SIS est a SIF.
Ao falsa Taxa aceitvel em que a SIF identifica uma situao de
perigo que no est realmente acontecendo.
Quadro 1 - As principais propriedades de uma SIFFonte: Autor
2.3.1 EXEMPLO DE SIFS
Vamos ver agora alguns exemplos de SIFs:
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a) Alta presso num vaso de presso abre uma vlvula de alvio. O perigo
a sobrepresso no vaso. O sensor detecta a presso alta e o controlador manda
abrir a vlvula de alvio para trazer o sistema a uma condio segura.
b) Alta temperatura de uma fornalha poder causar seu rompimento. A SIF
ter a funo de cortar a alimentao de combustvel para trazer o sistema a uma
temperatura segura.
A Figura 3 mostra um modelo que relaciona o SIS, a SIF e o nvel de segu-
rana (SIL). Veja que temos um SIS implementando trs SIFs, e cada SIF tem
um nvel de segurana 2.
Figura 3 - Relao entre SIS, SIF e SILFonte: Autor
2.4 SIL (SAFETY INTEGRITY LEVEL)
O SIL (Safety Integrity Level) est ligado ao nvel de segurana requerido para
uma funo de segurana instrumentada. A taxa de falhas mxima tolervel para
cada condio de perigo ocorrida conduz a um nvel de integridade para cada
parte do equipamento; ou seja, a combinao dos nveis de integridade dos ele-
mentos do SIS no pode significar que a funo de segurana implementada fa-lhar na deteco do perigo mais do que a taxa mxima tolerada, especificada
pelo Nvel de Integridade de Segurana (SIL), dividido em quatro faixas:
SIL 4: o nvel mais exigente para um SIS e, consequentemente, mais one-
roso, exigindo tcnicas avanadas de implementao (tenta-se evitar).
SIL 3: ainda necessita de tcnicas avanadas de projeto.
SIL 2: exige boas prticas de projeto e operao para ser atingido.
SIL 1: o nvel mnimo, mas ainda precisa de um SIS para ser implementado.
As tabelas 2 e 3 mostram os nveis de falhas aceitveis para cada SIL.
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Tabela 1: SIL para SIF de baixa demanda
SIL PFD RRF
1 0,1-0,01 10-100
2 0,01-0,001 100-1,000
3 0,001-0,0001 1000-10,000
4 0,0001 10,000
Fonte: INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. 61508-1, 1997
Tabela 2: SIL para SIF de alta demanda ou contnua
SIL PFH RRF
1 0,00001-0,000001 100,000-1,000,000
2 0,000001-0,0000001 1,000,000-10,000,000
3 0,0000001-0,00000001 10,000,000-100,000,0004 0,00000001- 100,000,000 -
Fonte: INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. 61508-1, 1997
Vamos entender melhor essas duas tabelas. Para tanto, definimos a PFD (Pro-
bability of Failure on Demand), que a probabilidade de o SIS (que executa a res-
pectiva funo) falhar quando for necessrio que ele atue. Definimos, tambm, o
RRF (Risk Reduction Factor), que o fator de reduo do risco caso o SIS falhar ao
ser acionado. Por exemplo, se tivermos um equipamento SIL 3, a probabilidade de
falhar, quando demandado, de 0,001 at 0,0001, ou de 0,1% at 0,01%, ou ainda,
entre 1.000 e 10.000 atuaes o SIS falhar uma vez.
J na Tabela 3 temos outra sigla, a PFH (Probability of Failure per Hour), que a
probabilidade de o SIS falhar em uma hora. Utilizando o SIL 2 como exemplo, a proba-
bilidade do SIS falhar em uma hora ser de 0,000001 at 0,0000001, ou 0,0001% at
0,00001%, ou ainda, entre 1.000.000 e 10.000.000 de horas, o SIS falhar uma hora, ou
seja, entre 1 ano e 11 meses, at 19 anos, o SIS falhar 1 minuto.
Usaremos a Tabela 2 quando a necessidade de o SIS atuar para evitar uma si-
tuao de perigo no for maior do que uma vez por ano e no ocorrerem mais de
dois testes do SIS em um ano.
Em relao Tabela 3, ao contrrio, ela ser utilizada quando a necessidade de
o SIS atuar para evitar uma situao de perigo, for maior do que uma vez por ano
e ocorrerem mais de dois testes do SIS em um ano.
Para tornar mais simples a utilizao e a visualizao desses conceitos em nosso co-
tidiano, trabalharemos com o conceito de confiabilidade. Vamos estabelecer que a con-
fiabilidade de componentes em srie deve levar em conta a probabilidade de falhas in-
dividuais em um perodo de tempo. Para um sistema de medio com n componentes
em srie, a confiabilidade Rs o produto das confiabilidades individuais: Rs = R1xR2...Rn.
A confiabilidade pode ser aumentada se colocarmos componentes em paralelo,
o que significa que o sistema falha se todos os componentes em paralelo falharem.
Nesse caso, a confiabilidade Rs dada por: Rs = 1 Fs, onde Fs a no-confiabilidade
do sistema. A no-confiabilidade para m sistemas em paralelo Fs = F1xF2...Fm.
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Veremos agora, na seo Casos e Relatos, como possvel conseguir facilmente
um SIL mais elevado para uma SIF implementada.
CASOS E RELATOS
Suponha que temos um vaso de presso no qual devemos controlar o limite
de presso nesse tanque. Para isso, temos um sensor com 0,95 de confiabilidade,
um controlador com 0,98 e uma vlvula com 0,92. A confiabilidade desse sistema,
para a funo de segurana explicada, ser de Rs= 0,95x0,98x0,92=0,856. Como
essa funo de extrema responsabilidade, decidimos aumentar a confiabilidadeao mximo possvel, naquele momento.
Ento, colocamos mais dois circuitos idnticos e calculamos como es-
sas redundncias impactariam a confiabilidade de nosso sistema. A no-
-confiabilidade dos trs sistemas igual, pois eles utilizam os mesmos equipa-
mentos, sendo F= 1-0,856=0,144. Ento, a confiabilidade resultante ser RS=
1-(0,144x0,144x0,144)=0,997, tendo uma probabilidade de falha de 1-0,997= 0,003,
chegando a um SIL 2, conforme a Tabela 2.
2.5 RISCOS E SEGURANA
Para entender a determinao do SIL, precisamos fundamentar o concei-
to de risco e segurana.
Risco a taxa provvel de ocorrncia de um perigo que causa o dano e o
tamanho, que devem ser considerados. Ento, o risco tem dois elementos:
a frequncia/probabilidade que o perigo ocorra; e as consequncias do evento perigoso.
Quanto maior for o risco associado a um processo, maior ser o nvel de
segurana aplicado para o controle desse risco. Nesse caso, sero necessrios
sistemas mais complexos e robustos, pois apresentam maiores potenciais de
ocorrncia de um evento.
O SIL (nvel de segurana) a medida do risco de segurana de um dado pro-
cesso. Essa padronizao pode ser aplicada a equipamentos que garantiro o n-
vel de segurana necessrio; ou seja, se um processo classificado como SIL 2,
podemos utilizar um equipamento SIL 2 para o Sistema Instrumentado de Segu-
rana (SIS) que implementar a Funo Instrumentada de Segurana.
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Como j visto, o SIL estratificado em quatro nveis discretos de segurana.
Cada nvel representa uma ordem de valor da reduo do risco. Quanto mais
elevado for nvel de SIL, maior ser o impacto de uma falha e mais baixa a taxade falhas tolerveis. O nvel de segurana (SIL) uma maneira de indicar a taxa
de falhas tolervel de uma funo de segurana (SIF). Os padres exigem a
atribuio de um SIL para toda a SIF nova ou adaptada, dentro do SIS.
A atribuio do SIL uma deciso que exige a anlise de perigos. A atribuio de
um SIL baseada na quantidade de reduo de risco que necessria para manter o
processo num nvel de segurana aceitvel. Ento, todo o projeto do SIS, operao e
escolhas da manuteno deve ser verificado de acordo com o SIL. Esse procedimento
assegura que o SIS possa reduzir o risco atribudo ao processo. Quando uma anlise
de perigos do processo (PHA) determina que um SIS necessrio devem ser atribu-dos, o nvel de reduo do risco alcanado pelo SIS e o SIL.
Para aprofundar seus conhecimento sobre PHA, acesse:http://en.wikipedia.org/wiki/Process_Hazard_Analysis.
SAIBA
MAIS
2.5.1 DETERMINAO DO RISCO E DO NVEL DE SEGURANA
Vrias metodologias podem ser usadas para a atribuio de um SIL. A determina-
o deve envolver pessoas com percia e experincia elevadas. As metodologias para
a determinao de um SIL incluem clculos simplificados, anlise de rvore de falha
e anlise de camada de proteo, podendo ser quantitativas (avaliao numrica),
qualitativas (avaliao descritiva) ou, ainda, uma combinao das duas formas.
O anexo D do padro da IEC 61508-5 ilustra uma tcnica qualitativa usando um grfico
para determinar diretamente o nvel exigido de segurana. A Figura 4 mostra esse grfico.
Figura 4 - Grfico de riscoFonte: INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. 61508-5, 1997
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No Quadro 2 temos as descries de cada fator para utilizar no grfico.
PARMETRO DE
RISCO
CLASSIFICAO COMENTRIOS
Consequncia (C) C1
C2
C3
C4
Pequena leso
Leso sria e perma-
nente a uma ou mais
pessoas, morte de at
uma pessoa.
Morte para algumas
pessoas
Morte para muitas
pessoas
1 - Esse sistema de classificao considera somente
danos s pessoas. Quando implementado, poderia-
se criar um critrio tambm para danos materiais.
2 - Para interpretao do C1, C2, C3 e C4, devem
ser levados em considerao as consequncias do
acidente e o tempo de cura.
Frequncia
e tempo de
exposio zona
de perigo (F)
F1
F2
Raramente acontece
Frequentemente est
exposto zona de
perigo.
3 - Veja o comentrio 1 acima.
Possibilidade de
evitar o evento
perigoso (P)
P1
P2
Possvel sobre certas
condies
Quase impossvel
4 - Esse parmetro leva em considerao:
- operao do processo (supervisionado, ou seja,
operado por pessoa qualificada ou no-qualifica-
da; ou sem superviso);
Em qual SIS est a SIF.
- velocidade em que o evento se desenvolve
(repentinamente, rpido ou lento);
Taxa aceitvel em que a SIF identifica uma situaode perigo que no est realmente acontecendo.
- facilidade de reconhecimento do perigo (exemplo:
imediatamente, detectado por meio de medies
ou sem medies);
- preveno do evento perigoso (exemplo: possibi-
lidade de rotas de fuga, no possvel ou possvel
em certas condies);
- experincia (exemplo: tal evento j aconteceu
num ambiente idntico; similar ou no existe).
Probabilidade
de ocorrncia
indesejada (W)
W1
W2
W3
Muito pequena
Pequena
Mdia e Alta
5 - A finalidade do termo W estimar a frequncia
da ocorrncia de algo indesejado sem a adio de
um SIS, mas incluindo quaisquer instalaes de
reduo externa de risco.
6 - Se existir a experincia de um ambiente
semelhante, a estimativa do fator W poder ser
calculada e dever ser considerado o pior caso.
Quadro 2 - Critrios para classificao do Nvel de Segurana (SIL) (retirada da IEC 61508/5)Fonte: Autor
Agora vamos elamborar um exemplo para entender o funcionamento
dessa ferramenta:
Considerando que a consequncia da falha que estamos analisando seria uma
perda permanente a uma ou mais pessoas, ou a morte de uma pessoa, sendo um C2.
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Que a frequncia ou o tempo de exposio zona de perigo permanen-
te, sendo F2.
A possibilidade de evitar o evento perigoso zero (impossvel), resultan-
do em P2.
E a probabilidade de ocorrncia indesejada pequena, mas existe, sendo
um W2.
Essa combinao de classificaes nos leva letra d, que um SIL 2; ou seja,
para executar a funo de segurana desse processo, precisaremos de um sistema
de segurana instrumentado com SIL 2.
Para conhecer um estudo de caso sobre esse assunto, veja:http://labsoft.com.br/arquivos/artigos/CT-018_09.pdf
SAIBA
MAIS
RECAPITULANDO
Neste captulo, verificamos que, ao se tratar de solues com responsabilidade
sobre a vida ou a sade de pessoas, ou em relao a grande valor econmico parauma empresa, no basta apenas utilizar tecnologia de ponta. Faz-se necessria,
tambm, a criao de um sistema de gesto desses processos. Estudamos, especi-
ficamente, os Sistemas Instrumentados de Segurana (SIS), que so equipamentos
utilizados para implementar Funes de Segurana (SIFs) que, por sua vez, so as
funes que evitaro as situaes de perigo em um processo de alto risco.
Cada SIF tem um SIL correspondente que a classifica. Esse nvel de segurana
(SIL) um qualificador da SIF, que leva em considerao os seguintes fatores:
a consequncia do acidente, que a quantidade de pessoas lesadas ou
o valor econmico perdido;
a frequncia ou o tempo de exposio ao perigo;
a possibilidade de evitar a situao de perigo;
a probabilidade de este evento ocorrer.
O SIL definido especificar o SIS a ser utilizado, o tipo de manuteno e a
verificao peridica que esse sistema dever sofrer.
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Anotaes:
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SENAI DEPARTAMENTO NACIONALPROJETO DE CAPACITAO/ATUALIZAO TECNOLGICA EM AUTOMAO INDUSTRIAL
Rolando Vargas Vallejos
Gerente Executivo
Felipe Esteves Morgado
Gerente Executivo Adjunto
Loni Elisete Manica
Coordenao Geral do Desenvolvimento dos Livros
SENAI DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da CostaCoordenao do Desenvolvimento dos Livros no Departamento Regional
Cristiano Zanini Nazario
Elaborao
Giancarllo Josias Soares
Reviso Tcnica
Enrique S. Blanco
Fernando R. G. Schirmbeck
Maria de Ftima R.de Lemos
Design Educacional
Regina Maria Recktenwald
Reviso Ortogrfica e Gramatical
Brbara Polidori Backes
Camila J. S. Machado
Rafael Andrade
Ilustraes
Brbara V. Polidori BackesTratamento de imagens e Diagramao
i-Comunicao
Projeto Grfico
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