Endüstriyel otomasyonda, Proses Kilitleri ve Kesintileri güvenli olmayan kontrol hareketlerini önlemek ve kritik varlıkları korumak için tasarlanmış temel güvenlik önlemleridir. Bunlar, proses güvenlik sistemlerinin belkemiğini oluşturur ve hem operatörlerin hem de otomatik kontrol sistemlerinin işlemleri güvenli sınırlar içinde sürdürmesini sağlar.

Proses Kilitleri ve Kesintilerini Anlamak

Proses kilitleri tehlikeli kontrol hareketlerini, operatör veya sistem komutlarının güvenli olmayan durumları tetiklemesini engelleyerek önler. Bunlar, tehlikeli işlemlere karşı otomatik, kendi kendini sıfırlayan engeller olarak görev yapar.

Proses kesintileri ise, önceden belirlenmiş sınır değerlerin dışına çıkan anormal proses koşullarını algılayarak tepki verir ve süreci güvenli duruma getirmek için ekipmanı durdurmak gibi düzeltici işlemleri başlatır. Kesintiler, uygun gerekçe ve risk analizi yapılmadıkça otomatik olarak sıfırlanmamalıdır.

Bu iki koruma katmanı birlikte, insan veya sistem hatasının tehlikeli olaylara yol açma olasılığını azaltır.

Koruyucu Sistemlerde Bağımsızlık İlkesi

Yüksek güvenlik bütünlüğünü korumak için, koruyucu sistemler birincil kontrol sistemlerinden, PLC’lerden veya diğer koruyucu katmanlardan bağımsız çalışmalıdır. Bağımsızlık, bir sistemdeki arızanın diğerini etkilememesini sağlar.

Bu ayrım, fiziksel ayrım, çeşitli donanımlar veya özel yardımcı tesisatlar yoluyla sağlanabilir. Örneğin, yedek güç kaynakları ve ayrı kablolama yolları, ortak kaynaklar veya çevresel etkenlerden kaynaklanan ortak mod arızalarını önlemeye yardımcı olur.

 IEC 61508 ve IEC 61511 gibi uluslararası standartlar, sistem bağımsızlığının sağlanması için gereklilikleri belirler.

Yardımcı Tesisatlara Bağımlılığın Yönetimi

Koruyucu sistemler, güvenlik işlemlerini gerçekleştirmek için genellikle elektrik gücü, hava ve soğutma suyu gibi yardımcı tesisatlara dayanır. Pasif güvenlik işlevleri (örneğin, bir proses hattını izole etmek) az yardımcı tesisat desteği gerektirirken, aktif güvenlik işlevleri (örneğin, inhibitör enjekte etmek veya acil soğutmayı etkinleştirmek) sürekli yardımcı tesisatlara büyük ölçüde bağlıdır.

Bu nedenle, mühendisler, yardımcı tesisat arızaları sırasında bile korumanın sürdürülmesi için yedek veya kesintisiz güç kaynakları (UPS) ve yedek sistemlerin mevcut olduğundan emin olmalıdır. Bu destekleyici sistemlerin bütünlüğü, destekledikleri koruyucu işlevin güvenlik bütünlüğü seviyesi (SIL) ile uyumlu olmalıdır.

Çevresel Etkenlere Karşı Dayanıklılık Sağlama

Dayanıklı bir koruyucu sistem, zorlu çalışma ortamlarında ayakta kalmalıdır. Yıldırım, elektromanyetik girişim (EMI), korozyon, aşırı sıcaklıklar, titreşim veya güç dalgalanmalarından kaynaklanan arızalara karşı dirençli olmalıdır.

Tasarımcılar, bu riskleri azaltmak için genellikle korumalı muhafazalar, filtrelenmiş güç kaynakları ve ayrılmış kablo güzergahları kullanır. Bakım sırasında teknisyenler, elektromanyetik korumayı azaltabilecek açık dolapların yakınında radyo kullanmamak gibi geçici tehlikelere maruz kalmayı göz önünde bulundurmalıdır.

Donanım ve Sistematik Arızalara Karşı Koruma

Gerekli güvenilirliği sağlamak için sistem mimarisi, hata tolere edebilirlik ve yedeklilik esas alınarak tasarlanmalıdır. Yaygın yaklaşımlar arasında yüksek güvenilirlikli sensörler, otomatik tanılama ve kritik ölçümler için 3’te 2 oy çoğunluğu mantığı bulunur.

Yedeklilik rastgele arızaları azaltırken, donanım ve yazılım tasarımında çeşitlilik, ortak mod ve sistematik hataların önlenmesine yardımcı olur. Yazılım tabanlı koruma sistemlerinde, IEC 61508 Bölüm 3’te önerilen yapılandırılmış güvenlik yaşam döngüsü uygulanarak sistematik hatalar en aza indirilir.

Koruyucu Sistemlerde Sensörlerin Rolü

Sensörler, proses koşullarını algılar ve eşik değerler aşıldığında kesintileri veya kilitleri tetikler. Güvenilirlikleri, güvenlik sisteminin genel bütünlüğünü doğrudan etkiler. Mühendisler, çıkarımsal ölçümler yerine doğrudan ölçümleri tercih etmeli ve güvenli hata prensipleri (örneğin, enerjiyi keserek kesinti) kullanmalıdır.

Düzenli işleyiş testi, sensörlerin çalışma koşullarında doğru tepki verdiğini garanti eder. Bakım prosedürleri, ulusal standartlara izlenebilir kalibrasyon yöntemlerini belirtmeli ve titreşim, korozyon, sinyal bozulması ve analizörlerdeki çapraz duyarlılık gibi faktörleri ele almalıdır.

Son Kontrol Elemanları: Aktüatörler

Aktüatörler, bir kesinti gerçekleştiğinde vana kapama veya güç kesme gibi güvenlik işlemlerini uygular. Mekanik aşınma veya güç kaybı nedeniyle koruyucu sistemlerde genellikle en zayıf halka olurlar.

Güvenilirliği artırmak için tasarımcılar, güvenli hata tasarımı prensiplerini uygulamalı, yedek güç kaynakları sağlamalı ve vana hareketini doğrulamak için kısmi strok testleri yapmalıdır. Kritik aktüatörlerde tork, hareket süresi ve son pozisyon doğrulaması için tanılama izleme de bulunmalıdır.

Modern tesislerde aktüatörler, akıllı konumlandırıcılar veya değişken hızlı sürücüler içerebilir; bunlar yazılımla ilgili arızaları önlemek için ek güvenlik önlemleri gerektirir.

Mantık Sistemleri ve Oy Çokluğu Mimarileri

Mantık alt sistemi, koruyucu işlemlerin ne zaman etkinleştirileceğini belirler. Bu sistemler, programlanabilir mantık denetleyicileri (PLC’ler), güvenlik röleleri veya belirli SIL seviyelerine sertifikalı özel mantık çözücüler kullanılarak oluşturulabilir.

Yüksek bütünlüklü sistemler, arızalar sırasında işlevselliği sürdürmek için genellikle çift yedekli veya çeşitli donanım mimarileri kullanır. Sistem, açık devre veya kısa devre durumları için giriş ve çıkışları sürekli izlemeli ve buna göre alarm vermelidir.

Yazılım tabanlı mantık sistemleri, güvenlik yaşam döngüsü uyumu sağlamak ve sistematik yazılım hatası riskini azaltmak için sıkı geliştirme ve doğrulama süreçlerine uymalıdır.

Kablolama, İletişim ve Sinyal Bütünlüğü

Güvenilir sinyal iletimi, güvenlik bütünlüğünün korunmasında hayati öneme sahiptir. Kablolar ve iletişim yolları uygun şekilde korunmalı, ayrılmalı ve yangın, nem ile mekanik hasarlardan korunmalıdır.

Analog döngülerde, 4–20 mA sinyaller güvenli hata yapısı ve tanılama yetenekleri nedeniyle tercih edilen standarttır. Gelişmiş otomasyon mimarilerinde optik fiber ve dijital saha veri yolu sistemleri kullanılabilir, ancak bunların güvenlik uygulamalarında kullanımı sıkı doğrulama ve SIL onayı gerektirir.

Güvenlik İşlevlerini Destekleyen Yardımcı Tesisatlar

Elektrik, basınçlı hava, azot ve soğutma suyu gibi yardımcı tesisatlar genellikle koruyucu sistem altyapısının bir parçasıdır. Mühendisler, bu tesisatların güvenilir, izlenen ve yedekli veya rezerv kaynaklarla desteklenen olduğundan emin olmalıdır.

Düzenli testler, acil durum rezervlerinin güç kesintileri sırasında koruyucu işlevleri sürdürebileceğini doğrular. Yıldırım koruyucular, aşırı akım koruması ve gerilim düzenleme gibi koruyucu cihazlar sistem dayanıklılığını artırır.

İşleyiş Testleri ve Sistem Doğrulaması

Koruyucu sistemlerin etkinliği, ne sıklıkla işleyiş testine tabi tutulduklarına ve bu testlerin gizli arızaları ne kadar iyi ortaya çıkardığına bağlıdır. İşleyiş testleri, kesinti koşullarını simüle ederek sensörlerin, mantığın ve aktüatörlerin beklendiği gibi çalıştığını doğrular.

Test aralıkları, sistemin arızalanma oranı ve talep sıklığı ile uyumlu olmalı ve IEC 61511’deki prensiplere göre belirlenmelidir. Kapsamlı dokümantasyon, testlerin tekrarlanabilirliğini sağlar ve denetimler ile fonksiyonel güvenlik değerlendirmeleri için izlenebilirlik sunar.

Bakım, İşletme ve Değişiklikler

Etkin işletme ve bakım uygulamaları, güvenlik bütünlüğünün sürdürülmesi için kritik önemdedir. Prosedürler, geçersiz kılmaların nasıl yönetileceğini, alarmların nasıl ele alınacağını, bakımın güvenli şekilde nasıl yapılacağını ve servis sonrası doğrulamanın nasıl sağlanacağını tanımlamalıdır.

Yazılım yedeklerinin kontrolü, sürüm takibi ve nitelikli personel de aynı derecede önemlidir. Yapılandırılmış bir değişiklik yönetimi (MOC) süreci, sistemde yapılan her türlü değişikliğin hem güvenlik işlevini hem de bütünlüğünü korumasını sağlar.

Uzaktan Tanılama ve Siber Güvenlik

Uzaktan tanılama kolaylık sağlasa da potansiyel güvenlik ve siber güvenlik riskleri getirir. Yetkisiz erişim veya istenmeyen parametre değişiklikleri güvenlik işlevlerini tehlikeye atabilir.

Uzaktan erişim etkinleştirilmeden önce, kuruluşlar bir risk değerlendirmesi yapmalı ve güvenli kimlik doğrulama, erişim kaydı ve tanımlı iletişim protokolleri gibi kontrolleri uygulamalıdır. Tanılama sistemi, normal işletme sırasında kısıtlı veya sadece izleme modunda çalışmalıdır.

Uygulama Örneği: Bir Rafineride Güvenlik Kilit Sistemi

Bir hidrokarbon rafinerisinde, kilitler, aşağıdaki kompresör kapalıyken operatörlerin baypas vanasını açmasını engeller. Kesintiler, yüksek basınç veya sıcaklık algılandığında prosesi otomatik olarak izole eder. Koruyucu sistem, tesisin bileşen arızaları sırasında bile güvenli durumda kalmasını sağlamak için yedekli vericiler, SIL dereceli mantık çözücüler ve yay geri dönüşlü vanalar kullanır.

Sonuç: Güvenilir ve Emniyetli Otomasyon Sistemleri Kurmak

Proses Kilitleri ve Kesintileri güvenli, güvenilir ve mevzuata uygun endüstriyel otomasyon sistemleri oluşturmak için hayati öneme sahiptir. Kontrol ile güvenlik arasındaki boşluğu doldurarak tehlikeli işlemleri önler ve işletme sürekliliğini sağlar.

Bağımsız mimari, yedeklilik, işleyiş testleri ve sağlam bakım uygulamalarını entegre ederek mühendisler, sıkı güvenlik bütünlüğü gereksinimlerini karşılayan ve daha güvenli endüstriyel ortamlar oluşturan sistemler tasarlayabilir.