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SIL - 機能安全

安全度水準(SIL)という言葉はプロセス技術の分野で重要になっています。故障確率を規定できるように装置やシステムが満たすべき要求事項が安全度水準で定義されています。

防爆エリアのSIL – 標準

SILの目的は動作信頼性を可能な限り最大限達成することです。装置やシステムが故障すると定義された状態になります。標準をベースにした検査が統計的な確率のもとで実行されます。ベースとなる標準には主としてIEC 61508およびIEC 61511が使用されます。

SILはプロセス技術およびプロセス設計の多くの産業で使用されており、その中には化学工業、精油所、石油およびガス製造、製紙業、従来の電力産業が含まれます。

防爆エリアのシステムでは機能安全に関する要求事項以外にEx標準EN 60079-0 ffにも準拠します。

IEC 61508:メーカー

IEC 61508にはメーカーが機器やシステムを製造する場合に念頭に置くべき要求事項が記載されています。

タイトル:「電気、電子、またはプログラマブル電子システム安全関連系の機能安全」

IEC 61511:システムの設置と操作

IEC 61511には機能安全を備えたシステムの設置および操作に関する要求事項が記載されています。

タイトル:「機能安全 – プロセス産業部門の安全計装システム」

標準の遵守は、安全計画および各国の規則に基づいてオペレータ、所有者、立案者によって決定されます。また標準では、証明された効果(実用面での証明)に基づいて、ある用途で機器を使用するための要求事項についても述べられています。

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SIL検査

SILの検査では信号経路全体を考慮する必要があります。通常のセーフティアプリケーションでは機器の平均失敗確率で安全度水準を算出します。

たとえばIEC 61508-1の表2には平均失敗確率と達成可能なSILの関係が示されています。必要なレベルから、すべてのPFD(作動要求当たりの失敗確率)値の許容合計値が決まります。

例として1チャネルで低頻度要求のシステムを用いています。この場合、SIL 2の平均PFD値は10-3以上10-2未満となっています。

表の平均失敗確率を確認してください。

SIL低頻度作動要求モード運用
(作動要求あたりの特定機能失敗平均確率)
410-5以上10-4未満
310-4以上10-3未満
210-3以上10-2未満
110-2以上10-1未満
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アプリケーション例

PFD値の配分例  

安全な閉ループ制御回路でのPFD値の配分例

センサ/アクチュエータはフィールドで組み立てるため、プロセス媒体、圧力、温度、振動といった化学的な負荷や物理的な負荷にさらされます。従ってコンポーネントの故障確率は非常に高くなります。このことからセンサのPFD(作動要求あたりの故障確率)は全体の25%、アクチュエータには40%が割り当てられています。

フェールセーフコントローラは15%、それぞれのインターフェースモジュールは10%です。どちらもプロセス媒体に触れることがなく、どちらも通常は制御盤内に取り付けられており保護されているためです。

一般的な値から算出しています。

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EN 61508とEN 61511の用語

略号用語/定義
SIL安全度水準
E/E/PEシステムでセーフティ機能の信頼性に関する要求事項を評価する4つの個別レベルの1つです。E/E/PEとは電気/電子/プログラマブル電子システムです。SIL 4が最高の安全度水準で1が最低です。
EUCEquipment under control(制御されている装置)
製造、原料加工、搬送に用いる装置、機械類、機器、またはシステムです。
MTBF平均故障間隔
予想される平均故障間隔。
PFD作動要求あたりの失敗確率
作動要求時に失敗する確率です。作動要求時に安全計装システムが機能の実行に失敗する確率を示します。
PFDavg作動要求あたりの平均失敗確率
作動要求時に失敗する平均確率です。
E/E/PES電気/電子/プログラマブル電子システム
安全計装機能を実行するために使用できるすべての電気機器およびシステムです。単純な電気機器からあらゆる種類のPLC(プログラマブルロジックコントローラ)まで含みます。
PFH1時間あたりの危険側故障確率
1時間あたりに発生する危険側故障確率です。
SFF安全側故障確率
安全側故障率とは、システム全体の故障率に対する安全故障率と診断または検出による故障率の和の割合です。
SIF安全計装機能
SIS安全計装システム
安全計装システムは1つまたは複数の安全計装機能で構成されています。SIL要求はこれらの安全計装機能ごとに適用されます。
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