Makala haya yanajadili muundo na utekelezaji wa mifumo ya udhibiti inayohusiana na usalama ambayo inashughulikia aina zote za mifumo ya kielektroniki, kielektroniki na kielektroniki inayoweza kupangwa (pamoja na mifumo inayotegemea kompyuta). Mbinu ya jumla ni kwa mujibu wa pendekezo la Tume ya Kimataifa ya Ufundi Electrotechnical (IEC) Kiwango cha 1508 (Usalama wa Kiutendaji: Unaohusiana na Usalama 

Systems) (IEC 1993).

Historia

Wakati wa miaka ya 1980, mifumo ya kompyuta-kwa ujumla inayojulikana kama mifumo ya kielektroniki inayoweza kupangwa (PESs)-ilikuwa ikitumika zaidi kutekeleza kazi za usalama. Vichocheo vikuu vya mwelekeo huu vilikuwa (1) utendakazi ulioboreshwa na manufaa ya kiuchumi (hasa kwa kuzingatia jumla ya mzunguko wa maisha wa kifaa au mfumo) na (2) manufaa mahususi ya miundo fulani, ambayo inaweza kupatikana tu wakati teknolojia ya kompyuta ilipotumiwa. . Wakati wa kuanzishwa mapema kwa mifumo ya kompyuta, matokeo kadhaa yalifanywa:

• Kuanzishwa kwa udhibiti wa kompyuta hakufikiriwa vizuri na kupangwa.
• Mahitaji ya usalama duni yalibainishwa.
• Taratibu zisizofaa zilitengenezwa kuhusiana na uthibitishaji wa programu.
• Ushahidi wa ufanyaji kazi duni ulifichuliwa kuhusiana na kiwango cha ufungaji wa mtambo.
• Nyaraka zisizotosheleza zilitolewa na hazijathibitishwa vya kutosha kuhusiana na kile kilichokuwa kwenye mmea (tofauti na kile kilichofikiriwa kuwa kwenye mmea).
• Taratibu zisizo na ufanisi kabisa za uendeshaji na matengenezo zilikuwa zimeanzishwa.
• Ni dhahiri kwamba kulikuwa na wasiwasi kuhusu uwezo wa watu kufanya kazi zinazohitajika kwao.

Ili kutatua matatizo haya, mashirika kadhaa yalichapisha au yalianza kutengeneza miongozo ili kuwezesha unyonyaji salama wa teknolojia ya PES. Nchini Uingereza, Mtendaji Mkuu wa Afya na Usalama (HSE) alitengeneza miongozo ya mifumo ya kielektroniki inayoweza kuratibiwa inayotumika kwa programu zinazohusiana na usalama, na nchini Ujerumani, rasimu ya kiwango (DIN 1990) ilichapishwa. Ndani ya Jumuiya ya Ulaya, kipengele muhimu katika kazi ya kuwianishwa kwa Viwango vya Ulaya vinavyohusika na mifumo ya udhibiti inayohusiana na usalama (ikiwa ni pamoja na ile inayotumia PESs) ilianzishwa kuhusiana na mahitaji ya Maelekezo ya Mitambo. Nchini Marekani, Jumuiya ya Vyombo vya Amerika (ISA) imetoa viwango vya PES kwa ajili ya matumizi katika viwanda vya kuchakata, na Kituo cha Usalama wa Mchakato wa Kemikali (CCPS), kurugenzi ya Taasisi ya Marekani ya Wahandisi Kemikali, imetoa miongozo. kwa sekta ya mchakato wa kemikali.

Mpango mkuu wa viwango kwa sasa unafanyika ndani ya IEC ili kutengeneza viwango vya kimataifa vya msingi vya jumla vya mifumo ya usalama ya kielektroniki, kielektroniki na inayoweza kupangwa (E/E/PES) ambayo inaweza kutumiwa na sekta nyingi za maombi, ikijumuisha mchakato, sekta za matibabu, uchukuzi na mashine. Kiwango kilichopendekezwa cha kimataifa cha IEC kinajumuisha Sehemu saba chini ya kichwa cha jumla IEC 1508. Usalama wa kiutendaji wa mifumo inayohusiana na usalama ya umeme/kielektroniki/inayoweza kupangwa. Sehemu mbalimbali ni kama ifuatavyo:

• Sehemu ya 1.Mahitaji ya jumla
• Sehemu ya 2.Mahitaji ya mifumo ya kielektroniki, kielektroniki na inayoweza kupangwa
• Sehemu ya 3.Mahitaji ya programu
• Sehemu ya 4.Ufafanuzi
• Sehemu ya 5.Mifano ya mbinu za kubainisha viwango vya uadilifu vya usalama
• Sehemu ya 6. Miongozo ya matumizi ya Sehemu ya 2 na 3
• Sehemu ya 7. Muhtasari wa mbinu na hatua.

Inapokamilika, Kiwango hiki cha Kimataifa cha msingi kwa ujumla kitajumuisha uchapishaji wa msingi wa usalama wa IEC unaojumuisha usalama wa utendaji kwa mifumo ya usalama ya kielektroniki, kielektroniki na inayoweza kuratibiwa na itakuwa na athari kwa viwango vyote vya IEC, vinavyojumuisha sekta zote za maombi kuhusu muundo na matumizi ya siku zijazo. mifumo ya kielektroniki/kielektroniki/inayoweza kupangwa inayohusiana na usalama. Lengo kuu la kiwango kilichopendekezwa ni kuwezesha ukuzaji wa viwango kwa sekta mbalimbali (tazama mchoro 1).

Kielelezo 1. Viwango vya sekta ya jumla na matumizi

Faida na Matatizo ya PES

Kupitishwa kwa PES kwa madhumuni ya usalama kulikuwa na manufaa mengi yanayoweza kutokea, lakini ilitambuliwa kuwa haya yangeafikiwa ikiwa tu mbinu zinazofaa za muundo na tathmini zitatumika, kwa sababu: (1) vipengele vingi vya PES haviwezeshi uadilifu wa usalama (kwamba ni, utendakazi wa usalama wa mifumo inayotekeleza utendakazi wa usalama unaohitajika) kutabiriwa kwa kiwango sawa cha kujiamini ambacho kimekuwa kinapatikana kwa mifumo changamano ya msingi wa maunzi ("hardwired"); (2) ilitambuliwa kuwa ingawa majaribio yalikuwa muhimu kwa mifumo changamano, haikutosha peke yake. Hii ilimaanisha kwamba hata kama PES ilikuwa inatekeleza kazi rahisi za usalama, kiwango cha utata cha vifaa vya kielektroniki vinavyoweza kupangwa kilikuwa kikubwa zaidi kuliko mifumo ya waya ngumu waliyokuwa wakibadilisha; na (3) kuongezeka huku kwa utata kulimaanisha kwamba muundo na mbinu za tathmini zilipaswa kuzingatiwa zaidi kuliko hapo awali, na kwamba kiwango cha umahiri wa kibinafsi kinachohitajika kufikia viwango vya kutosha vya utendaji wa mifumo inayohusiana na usalama kilikuwa kikubwa zaidi baadaye.

Faida za PES za kompyuta ni pamoja na zifuatazo:

• uwezo wa kufanya ukaguzi wa uthibitisho wa uchunguzi wa mtandaoni kwenye vipengele muhimu kwa masafa ya juu zaidi kuliko ingekuwa hivyo
• uwezo wa kutoa miingiliano ya usalama ya kisasa
• uwezo wa kutoa kazi za uchunguzi na ufuatiliaji wa hali ambayo inaweza kutumika kuchambua na kutoa ripoti juu ya utendaji wa mitambo na mashine kwa wakati halisi.
• uwezo wa kulinganisha hali halisi ya mmea na hali ya mfano "bora".
• uwezo wa kutoa taarifa bora kwa waendeshaji na hivyo kuboresha ufanyaji maamuzi unaoathiri usalama
• matumizi ya mikakati ya juu ya udhibiti ili kuwezesha waendeshaji binadamu kupatikana kwa mbali na mazingira hatarishi au chuki
• uwezo wa kutambua mfumo wa udhibiti kutoka eneo la mbali.

Matumizi ya mifumo ya kompyuta katika programu zinazohusiana na usalama huzua matatizo kadhaa ambayo yanahitaji kushughulikiwa ipasavyo, kama vile yafuatayo:

• Njia za kushindwa ni ngumu na hazitabiriki kila wakati.
• Kujaribu kompyuta ni muhimu lakini haitoshi yenyewe kuthibitisha kwamba kazi za usalama zitafanywa kwa kiwango cha uhakika kinachohitajika kwa programu.
• Vichakataji vidogo vinaweza kuwa na tofauti ndogo kati ya bechi tofauti, na kwa hivyo beti tofauti zinaweza kuonyesha tabia tofauti.
• Mifumo isiyolindwa ya msingi wa kompyuta huathirika hasa na kuingiliwa kwa umeme (uingiliaji wa mionzi; "spikes" za umeme kwenye vifaa vya mains, uvujaji wa umeme, nk).
• Ni vigumu na mara nyingi haiwezekani kukadiria uwezekano wa kushindwa kwa mifumo tata inayohusiana na usalama inayojumuisha programu. Kwa sababu hakuna mbinu ya ukadiriaji imekubaliwa na watu wengi, uhakikisho wa programu umezingatia taratibu na viwango vinavyoelezea mbinu zitakazotumika katika kubuni, kutekeleza na kutunza programu.

Mifumo ya Usalama Inazingatiwa

Aina za mifumo inayohusiana na usalama inayozingatiwa ni mifumo ya kielektroniki, ya kielektroniki na inayoweza kupangwa (E/E/PESs). Mfumo huu unajumuisha vipengele vyote, hasa mawimbi yanayotoka kwenye vitambuzi au kutoka kwa vifaa vingine vya kuingiza data kwenye kifaa kinachodhibitiwa, na kupitishwa kupitia barabara kuu za data au njia nyingine za mawasiliano hadi kwa vianzishaji au vifaa vingine vya kutoa matokeo (ona mchoro 2).

Kielelezo 2. Mfumo wa kielektroniki wa kielektroniki, kielektroniki na unaoweza kupangwa (E/E/PES)

mrefu kifaa cha kielektroniki, kielektroniki na kinachoweza kupangwa imetumika kujumuisha anuwai ya vifaa na inashughulikia madarasa makuu matatu yafuatayo:

1. vifaa vya umeme kama vile relays za kielektroniki
2. vifaa vya kielektroniki kama vile vyombo vya elektroniki vya hali thabiti na mifumo ya mantiki
3. vifaa vya kielektroniki vinavyoweza kupangwa, ambavyo ni pamoja na mifumo mbali mbali inayotegemea kompyuta kama vile ifuatayo:

• microprocessors
• vidhibiti vidogo
• vidhibiti vinavyoweza kupangwa (PC)
• saketi zilizojumuishwa za programu mahususi (ASIC)
• vidhibiti vya mantiki vinavyoweza kupangwa (PLCs)
• vifaa vingine vinavyotegemea kompyuta (kwa mfano, vitambuzi “smart”, transmita na vianzishaji).

Kwa ufafanuzi, mfumo unaohusiana na usalama hutumikia madhumuni mawili:

1. Inatekeleza kazi zinazohitajika za usalama ili kufikia hali salama kwa vifaa vinavyodhibitiwa au kudumisha hali salama kwa vifaa vinavyodhibitiwa. Mfumo unaohusiana na usalama lazima utekeleze kazi hizo za usalama ambazo zimeainishwa katika vipimo vya mahitaji ya kazi za usalama kwa mfumo. Kwa mfano, vipimo vya mahitaji ya kazi za usalama vinaweza kueleza kuwa halijoto inapofikia thamani fulani x, vali y itafunguka kuruhusu maji kuingia kwenye chombo.
2. Inafikia, yenyewe au kwa mifumo mingine inayohusiana na usalama, kiwango muhimu cha uadilifu wa usalama kwa utekelezaji wa kazi zinazohitajika za usalama. Kazi za usalama lazima zifanywe na mifumo inayohusiana na usalama kwa kiwango cha kujiamini kinachofaa kwa programu ili kufikia kiwango kinachohitajika cha usalama kwa vifaa vinavyodhibitiwa.

Dhana hii imeonyeshwa kwenye Mchoro 3.

Kielelezo 3. Vipengele muhimu vya mifumo inayohusiana na usalama

Kushindwa kwa Mfumo

Ili kuhakikisha uendeshaji salama wa mifumo inayohusiana na usalama ya E/E/PES, ni muhimu kutambua sababu mbalimbali zinazowezekana za kushindwa kwa mfumo unaohusiana na usalama na kuhakikisha kuwa tahadhari za kutosha zinachukuliwa dhidi ya kila mmoja. Mapungufu yamegawanywa katika vikundi viwili, kama inavyoonyeshwa kwenye Kielelezo 4.

Kielelezo 4. Makundi ya kushindwa

1. Kushindwa kwa maunzi kwa nasibu ni kushindwa kwa zile zinazotokana na aina mbalimbali za taratibu za uharibifu wa kawaida kwenye maunzi. Kuna njia nyingi kama hizo zinazotokea kwa viwango tofauti katika sehemu tofauti, na kwa kuwa uvumilivu wa utengenezaji husababisha kutofaulu kwa vifaa kwa sababu ya mifumo hii baada ya nyakati tofauti za kufanya kazi, kutofaulu kwa kipengee cha jumla cha vifaa vinavyojumuisha vifaa vingi hufanyika kwa nyakati zisizotabirika (nasibu). Vipimo vya kutegemewa kwa mfumo, kama vile muda wa wastani kati ya kushindwa (MTBF), ni muhimu lakini kwa kawaida huhusishwa tu na hitilafu za maunzi nasibu na hazijumuishi hitilafu za kimfumo.
2. Kushindwa kwa utaratibu hutokana na makosa katika muundo, ujenzi au matumizi ya mfumo ambao husababisha kushindwa chini ya mchanganyiko fulani wa pembejeo au chini ya hali fulani ya mazingira. Ikiwa kushindwa kwa mfumo hutokea wakati seti fulani ya hali hutokea, basi wakati wowote hali hizo zinatokea katika siku zijazo daima kutakuwa na kushindwa kwa mfumo. Kushindwa yoyote kwa mfumo unaohusiana na usalama ambao hautokei kutoka kwa hitilafu ya vifaa vya random ni, kwa ufafanuzi, kushindwa kwa utaratibu. Kushindwa kwa utaratibu, katika muktadha wa mifumo inayohusiana na usalama ya E/E/PES, ni pamoja na:

• kushindwa kwa utaratibu kwa sababu ya hitilafu au kuachwa katika vipimo vya mahitaji ya kazi za usalama
• kushindwa kwa utaratibu kutokana na makosa katika kubuni, utengenezaji, ufungaji au uendeshaji wa vifaa. Haya yatajumuisha kushindwa kutokana na sababu za kimazingira na makosa ya kibinadamu (kwa mfano, opereta).
• kushindwa kwa utaratibu kutokana na makosa katika programu
• kushindwa kwa utaratibu kwa sababu ya makosa ya matengenezo na urekebishaji.

Ulinzi wa Mifumo Inayohusiana na Usalama

Masharti ambayo hutumiwa kuashiria hatua za tahadhari zinazohitajika na mfumo unaohusiana na usalama ili kulinda dhidi ya hitilafu za vifaa vya nasibu na kushindwa kwa utaratibu ni. hatua za uadilifu za usalama wa vifaa na hatua za utaratibu wa uadilifu wa usalama kwa mtiririko huo. Hatua za tahadhari ambazo mfumo unaohusiana na usalama unaweza kuleta dhidi ya hitilafu za maunzi nasibu na hitilafu za kimfumo zinaitwa. uadilifu wa usalama. Dhana hizi zinaonyeshwa kwenye Kielelezo 5.

Kielelezo 5. Masharti ya utendaji wa usalama

Ndani ya kiwango cha kimataifa kilichopendekezwa cha IEC 1508 kuna viwango vinne vya uadilifu wa usalama, vinavyoashiria Viwango vya Uadilifu vya Usalama 1, 2, 3 na 4. Kiwango cha Uadilifu cha Usalama ndicho kiwango cha chini kabisa cha uadilifu wa usalama na Kiwango cha 1 cha Uadilifu cha Usalama ndicho cha juu zaidi. Kiwango cha Uadilifu cha Usalama (iwe 4, 1, 2 au 3) kwa mfumo unaohusiana na usalama kitategemea umuhimu wa jukumu ambalo mfumo unaohusiana na usalama unacheza katika kufikia kiwango kinachohitajika cha usalama kwa kifaa kinachodhibitiwa. Mifumo kadhaa inayohusiana na usalama inaweza kuhitajika-baadhi yake inaweza kutegemea teknolojia ya nyumatiki au majimaji.

Usanifu wa Mifumo Inayohusiana na Usalama

Uchambuzi wa hivi karibuni wa matukio 34 yanayohusisha mifumo ya udhibiti (HSE) uligundua kuwa 60% ya matukio yote ya kushindwa yalikuwa "yamejengwa ndani" kabla ya mfumo wa udhibiti unaohusiana na usalama kuanza kutumika (takwimu 7). Kuzingatia awamu zote za mzunguko wa maisha ya usalama ni muhimu ikiwa mifumo ya kutosha inayohusiana na usalama itatolewa.

Kielelezo 7. Sababu ya msingi (kwa awamu) ya kushindwa kwa mfumo wa udhibiti

Usalama wa kiutendaji wa mifumo inayohusiana na usalama inategemea sio tu katika kuhakikisha kuwa mahitaji ya kiufundi yamebainishwa ipasavyo lakini pia katika kuhakikisha kuwa mahitaji ya kiufundi yanatekelezwa ipasavyo na kwamba uadilifu wa muundo wa awali unadumishwa katika maisha yote ya kifaa. Hii inaweza kutekelezwa tu ikiwa mfumo wa usimamizi wa usalama umewekwa na watu wanaohusika katika shughuli yoyote wana uwezo wa kuheshimu majukumu wanayopaswa kutekeleza. Hasa wakati mifumo changamano inayohusiana na usalama inahusishwa, ni muhimu kuwa na mfumo wa kutosha wa usimamizi wa usalama. Hii inasababisha mkakati ambao unahakikisha yafuatayo:

• Mfumo bora wa usimamizi wa usalama umewekwa.
• Mahitaji ya kiufundi ambayo yamebainishwa kwa mifumo inayohusiana na usalama ya E/E/PES yanatosha kushughulikia maunzi nasibu na sababu za kutofaulu kwa utaratibu.
• Uwezo wa watu wanaohusika unatosha kwa majukumu wanayopaswa kutekeleza.

Ili kushughulikia mahitaji yote muhimu ya kiufundi ya usalama wa utendaji kazi kwa utaratibu, dhana ya Mzunguko wa Maisha ya Usalama imeundwa. Toleo lililorahisishwa la Mzunguko wa Maisha wa Usalama katika kiwango kinachoibuka cha kimataifa cha IEC 1508 linaonyeshwa kwenye mchoro 8. Awamu muhimu za Mzunguko wa Maisha ya Usalama ni:

Kielelezo 8. Jukumu la Mzunguko wa Maisha ya Usalama katika kufikia usalama wa kazi

• vipimo
• kubuni na utekelezaji
• ufungaji na kuwaagiza
• uendeshaji na matengenezo
• mabadiliko baada ya kutumwa.

Kiwango cha Usalama

Mkakati wa kubuni wa kufikia viwango vya kutosha vya uadilifu wa usalama kwa mifumo inayohusiana na usalama umeonyeshwa kwenye kielelezo cha 9 na mchoro wa 10. Kiwango cha uadilifu wa usalama kinatokana na jukumu ambalo mfumo unaohusiana na usalama unacheza katika kufanikiwa kwa kiwango cha jumla. usalama kwa vifaa vilivyo chini ya udhibiti. Kiwango cha uadilifu wa usalama hubainisha tahadhari zinazohitajika kuzingatiwa katika muundo dhidi ya maunzi nasibu na hitilafu za kimfumo.

Kielelezo 9. Jukumu la viwango vya uadilifu wa usalama katika mchakato wa kubuni

Mchoro 10. Jukumu la Mzunguko wa Maisha ya Usalama katika mchakato wa kubainisha na kubuni

Dhana ya usalama na kiwango cha usalama inatumika kwa vifaa vilivyo chini ya udhibiti. Dhana ya usalama wa kazi inatumika kwa mifumo inayohusiana na usalama. Usalama wa kiutendaji kwa mifumo inayohusiana na usalama lazima ufikiwe ikiwa kiwango cha kutosha cha usalama kitapatikana kwa vifaa vinavyosababisha hatari. Kiwango kilichobainishwa cha usalama kwa hali mahususi ni jambo kuu katika ubainishaji wa mahitaji ya uadilifu wa usalama kwa mifumo inayohusiana na usalama.

Kiwango cha usalama kinachohitajika kitategemea mambo mengi—kwa mfano, ukali wa jeraha, idadi ya watu walio katika hatari, mara kwa mara watu wanakabiliwa na hatari na muda wa kukaribia hatari. Mambo muhimu yatakuwa mtazamo na maoni ya wale walio kwenye tukio la hatari. Katika kufikia kile kinachojumuisha kiwango sahihi cha usalama kwa programu maalum, idadi ya pembejeo huzingatiwa, ambayo ni pamoja na yafuatayo:

• mahitaji ya kisheria yanayohusiana na maombi maalum
• miongozo kutoka kwa mamlaka inayofaa ya udhibiti wa usalama
• majadiliano na makubaliano na pande mbalimbali zinazohusika katika maombi
• viwango vya sekta
• viwango vya kitaifa na kimataifa
• ushauri bora wa kiviwanda huru, wa kitaalam na wa kisayansi.

Muhtasari

Wakati wa kubuni na kutumia mifumo inayohusiana na usalama, ni lazima ikumbukwe kwamba ni vifaa vilivyo chini ya udhibiti vinavyounda hatari inayowezekana. Mifumo inayohusiana na usalama imeundwa ili kupunguza marudio (au uwezekano) wa tukio la hatari na/au matokeo ya tukio la hatari. Mara tu kiwango cha usalama kitakapowekwa kwa kifaa, kiwango cha uadilifu cha usalama kwa mfumo unaohusiana na usalama kinaweza kuamuliwa, na ni kiwango cha uadilifu cha usalama ambacho humruhusu mbunifu kubainisha tahadhari zinazohitajika kujengwa katika muundo kupelekwa dhidi ya maunzi nasibu na hitilafu za kimfumo.

Back