Performence level: Klucz do Bezpieczeństwa Maszyn

performence level

Wprowadzenie do koncepcji performence level

W dzisiejszym dynamicznie rozwijającym się świecie automatyki przemysłowej, performence level odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa maszyn i urządzeń. Performence level to stopień zdolności systemu do osiągnięcia określonego poziomu bezpieczeństwa, minimalizując ryzyko awarii i wypadków. W kontekście Dyrektywy Maszynowej 2006/42/WE, normy zharmonizowane typu B, takie jak PN-EN ISO 13849-1:2023-09, definiują ogólne zasady projektowania, które muszą być spełnione, aby maszyny mogły otrzymać znak CE. Performence level jest jednym z kluczowych elementów tych norm, wpływając na każdy aspekt projektowania, audytu i zarządzania bezpieczeństwem maszyn oraz linii produkcyjnych.

Szkolenie

Bezpieczeństwo układów sterowania

Szkolenie: Bezpieczeństwo układów sterowania wg PN-EN ISO 13849-1 z wykorzystaniem programu SISTEMA! Zarejestruj się na nasze szkolenie i zapewnij bezpieczeństwo w swoim zakładzie!

Wprowadzenie do Normy PN-EN ISO 13849-1:2023-09

Norma PN-EN ISO 13849-1:2023-09 jest kluczowym dokumentem w zakresie bezpieczeństwa maszyn, który określa wymagania dotyczące projektowania, wdrażania i oceny systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem. Jej głównym celem jest zapewnienie, że systemy te spełniają odpowiednie poziomy niezawodności i funkcjonalności, minimalizując ryzyko awarii, które mogłyby prowadzić do zagrożeń dla operatorów i środowiska pracy. Ta norma jest zharmonizowana z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE, co oznacza, że jej spełnienie jest kluczowe dla uzyskania oznakowania CE dla maszyn i urządzeń wprowadzanych na rynek europejski.

Podstawowe Pojęcia i Zakres Normy

Norma PN-EN ISO 13849-1:2023-09 definiuje performence level (PL) jako stopień zdolności systemu do osiągnięcia określonego poziomu bezpieczeństwa, mierzonego w pięciu kategoriach od PL a do PL e, gdzie PL e jest najwyższym poziomem bezpieczeństwa. Performence level zależy od kilku czynników, takich jak architektura systemu, diagnostyka oraz niezawodność komponentów.

Norma obejmuje szeroki zakres aspektów związanych z projektowaniem i oceną systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem, w tym:

  • Analiza ryzyka: Określenie i ocena potencjalnych zagrożeń związanych z działaniem maszyny.
  • Specyfikacja wymagań bezpieczeństwa: Definiowanie wymagań dotyczących funkcji bezpieczeństwa, które system sterowania musi spełniać.
  • Projektowanie systemów sterowania: Tworzenie i implementacja systemów zgodnych z określonym performence level.
  • Ocena i weryfikacja: Przeprowadzanie testów i analiz w celu potwierdzenia, że systemy spełniają wymagania normy.

Analiza Ryzyka i Określenie Wymagań Bezpieczeństwa

Pierwszym krokiem w procesie zgodności z normą PN-EN ISO 13849-1:2023-09 jest przeprowadzenie szczegółowej analizy ryzyka. Analiza ta ma na celu identyfikację potencjalnych zagrożeń i ocenę ryzyka związanego z każdym z tych zagrożeń. Na podstawie wyników analizy ryzyka określane są wymagania bezpieczeństwa dla systemów sterowania.

Kluczowym narzędziem w analizie ryzyka jest Analiza Ryzyka wg PN-EN ISO 12100:2012, która dostarcza metodyki do systematycznej oceny ryzyka. Metodyka ta obejmuje identyfikację zagrożeń, ocenę ryzyka oraz określenie środków kontrolnych, które mają na celu zredukowanie ryzyka do akceptowalnego poziomu.

Projektowanie Systemów Sterowania

Projektowanie systemów sterowania zgodnych z PN-EN ISO 13849-1:2023-09 obejmuje kilka kluczowych etapów, w tym:

  • Definicja funkcji bezpieczeństwa: Określenie, które funkcje sterowania są krytyczne dla bezpieczeństwa i jakie są ich wymagania.
  • Dobór komponentów: Wybór odpowiednich komponentów, które spełniają wymagania dotyczące niezawodności i diagnostyki.
  • Architektura systemu: Projektowanie struktury systemu sterowania, uwzględniając redundancję i diagnostykę.
  • Obliczenia niezawodności: Wykonywanie obliczeń niezawodności, takich jak Średni Czas do Awarii (MTTF) oraz Średni Czas do Naprawy (MTTR), w celu określenia ogólnego performence level systemu.

Implementacja i Integracja

Po zaprojektowaniu systemu sterowania, kolejnym krokiem jest jego implementacja i integracja z maszyną. Etap ten obejmuje:

  • Instalację komponentów: Montaż wybranych komponentów zgodnie z projektem.
  • Integrację systemów: Połączenie różnych części systemu sterowania, zapewniając ich współpracę i kompatybilność.
  • Testowanie funkcjonalne: Przeprowadzenie testów funkcjonalnych w celu upewnienia się, że system działa zgodnie z założeniami projektowymi.

Weryfikacja i Walidacja

Kluczowym elementem zgodności z normą PN-EN ISO 13849-1:2023-09 jest proces weryfikacji i walidacji, który obejmuje:

  • Weryfikację projektu: Sprawdzenie, czy projekt systemu sterowania spełnia wszystkie określone wymagania.
  • Testy walidacyjne: Przeprowadzenie testów walidacyjnych, które obejmują symulacje i testy praktyczne, aby upewnić się, że system działa zgodnie z wymaganiami performence level.
  • Dokumentacja: Sporządzenie szczegółowej dokumentacji, która zawiera wyniki testów oraz analizy, potwierdzając zgodność systemu z normą.

Przykład Obliczeń dla PL e i PL c

Obliczenia dla poziomów wykonania PL e i PL c są kluczowe w zapewnieniu, że systemy sterowania związane z bezpieczeństwem spełniają wymagane standardy niezawodności. Przedstawiam poniżej przykłady obliczeń dla obu poziomów wykonania.

Przykład 1: Obliczenia dla PL e

Opis systemu:

  • System sterowania maszyny produkcyjnej z funkcją awaryjnego zatrzymania (E-Stop).
  • Architektura: kategoria 4, z podwójnym kanałem i monitorowaniem.
  • Wymagane jest osiągnięcie poziomu PL e.

Kroki obliczeń:

  1. Określenie komponentów systemu:
    • Dwa przyciski E-Stop (podwójny kanał).
    • Dwa przekaźniki bezpieczeństwa.
    • Sterownik PLC z funkcjami bezpieczeństwa.
  2. Średni czas do niebezpiecznej awarii (MTTFd):
    • Każdy przycisk E-Stop ma MTTFd = 100 lat.
    • Każdy przekaźnik bezpieczeństwa ma MTTFd = 50 lat.
    • Sterownik PLC ma MTTFd = 30 lat.
  3. Pokrycie diagnostyczne (DC):
    • Pokrycie diagnostyczne dla kategorii 4 wynosi 99% (0.99).
  4. Współczynnik uszkodzeń wspólnych przyczyn (CCF):
    • Wartość CCF dla kategorii 4 wynosi co najmniej 65%.
  5. Obliczenie MTTFd całego systemu:
    • Przyciski E-Stop (podwójny kanał): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 lat.
    • Przekaźniki bezpieczeństwa: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 lat.
    • Sterownik PLC: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 lat.
  6. Obliczenie MTTFd systemu:
    • Kombinacja wszystkich elementów: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 lat.
  7. Obliczenie PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
    • PFH dla PL e musi być poniżej 10-8 na godzinę.
    • Używając wartości MTTFd i DC:

      PFH = 1 / (MTTFd * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10-8

Wniosek: System nie osiąga PL e, ponieważ nie obliczone PFH mieści się w wymaganej wartości dla PL e.

Przykład 2: Obliczenia dla PL c

Opis systemu:

  • System sterowania maszyny z funkcją kontrolowania osłony bezpieczeństwa.
  • Architektura: kategoria 2, z monitorowaniem okresowym.
  • Wymagane jest osiągnięcie poziomu PL c.

Kroki obliczeń:

  1. Określenie komponentów systemu:
    • Osłona bezpieczeństwa z czujnikiem pozycji.
    • Przekaźnik bezpieczeństwa.
    • Sterownik PLC z funkcjami bezpieczeństwa.
  2. Średni czas do niebezpiecznej awarii (MTTFd):
    • Osłona bezpieczeństwa: MTTFd = 20 lat.
    • Przekaźnik bezpieczeństwa: MTTFd = 50 lat.
    • Sterownik PLC: MTTFd = 30 lat.
  3. Pokrycie diagnostyczne (DC):
    • Pokrycie diagnostyczne dla kategorii 2 wynosi 90% (0.90).
  4. Obliczenie MTTFd całego systemu:
    • Osłona bezpieczeństwa: MTTFd = 20 lat.
    • Przekaźnik bezpieczeństwa: MTTFd = 50 lat.
    • Sterownik PLC: MTTFd = 30 lat.
  5. Obliczenie MTTFd systemu:
    • Kombinacja wszystkich elementów: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 lat.
  6. Obliczenie PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
    • PFH dla PL c musi być poniżej 10-6 na godzinę.
    • Używając wartości MTTFd i DC:

      PFH = 1 / (MTTFd * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10-6

Wniosek: System nie osiąga PL c, ponieważ obliczone PFH nie mieści się w wymaganej wartości dla PL c.

Porównanie z Normą PN-EN IEC 62061:2021-12

Norma PN-EN 62061, dotycząca bezpieczeństwa funkcjonalnego elektrycznych, elektronicznych i programowalnych systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem, jest często porównywana z PN-EN ISO 13849-1:2023-09. Obie normy mają na celu zapewnienie bezpieczeństwa maszyn, ale różnią się podejściem i zakresem.

performence level
  • Zakres:PN-EN IEC 62061:2021-12 skupia się głównie na systemach elektrycznych, elektronicznych i programowalnych, podczas gdy PN-EN ISO 13849-1:2023-09 obejmuje szerszy zakres technologii, w tym mechaniczne i hydrauliczne.
  • Poziom szczegółowości: PN-EN 62061:2008 jest bardziej szczegółowa w zakresie wymagań technicznych dla systemów elektronicznych, podczas gdy PN-EN ISO 13849-1:2023-09 oferuje bardziej ogólne podejście, które może być stosowane w różnych technologiach.
  • Ocena ryzyka: Obie normy wymagają przeprowadzenia analizy ryzyka, ale PN-EN IEC 62061:2021-12 kładzie większy nacisk na szczegółową ocenę ryzyka i wdrożenie środków kontrolnych w systemach programowalnych.
KryteriumPN-EN ISO 13849-1:2023-09PN-EN 62061:2008
ZakresMechaniczne, elektryczne, elektroniczne i programowalne systemy sterowania związane z bezpieczeństwemElektryczne, elektroniczne i programowalne systemy sterowania związane z bezpieczeństwem
Podejście do ryzykaOkreślenie poziomów wykonania (PL) i ich zastosowanie w projektowaniu systemówOkreślenie poziomów SIL i ich zastosowanie w projektowaniu systemów
Architektura systemuKategorie od 1 do 4 z różnymi poziomami redundancji i diagnostykiArchitektury systemów sterowania według poziomów SIL
Średni czas do awarii (MTTF)Wymagane obliczenia dla określenia MTTF komponentówWymagane obliczenia dla określenia MTTF komponentów
DiagnostykaWysokie wymagania diagnostyczne dla osiągnięcia wysokich poziomów PLRóżne poziomy wymagań diagnostycznych w zależności od poziomu SIL
CertyfikacjaZharmonizowana z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WEZharmonizowana z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE
Tabela Porównawcza Wymagań Technicznych
Aspekt BezpieczeństwaPN-EN ISO 13849-1:2023-09PN-EN 62061:2008
Analiza ryzykaWymagana szczegółowa analiza ryzykaWymagana szczegółowa analiza ryzyka
Poziomy bezpieczeństwaPL a do PL eSIL 1 do SIL 3
RedundancjaWymagana dla wyższych poziomów PLWymagana dla wyższych poziomów SIL
MonitorowanieWymagane ciągłe monitorowanie funkcji bezpieczeństwaWymagane ciągłe monitorowanie funkcji bezpieczeństwa
Niezawodność komponentówWysokie wymagania dotyczące niezawodności komponentówWysokie wymagania dotyczące niezawodności komponentów
Środki kontrolneOkreślone środki kontrolne dla osiągnięcia różnych poziomów PLOkreślone środki kontrolne dla osiągnięcia różnych poziomów SIL
Tabela Porównawcza Aspektów Bezpieczeństwa
KryteriumPN-EN ISO 13849-1:2023-09PN-EN 62061:2008
Typ systemówMechaniczne, elektryczne, elektroniczne i programowalneElektryczne, elektroniczne i programowalne
Podejście do projektowaniaPodejście oparte na PL i kategoriachPodejście oparte na SIL
AplikacjeSzerokie zastosowanie w różnych sektorach przemysłuZastosowanie głównie w systemach elektrycznych i elektronicznych
CertyfikacjaWymagana certyfikacja zgodnie z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WEWymagana certyfikacja zgodnie z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE
Narzędzia wspomagająceNarzędzia do analizy ryzyka i obliczeń PLNarzędzia do analizy ryzyka i obliczeń SIL
Aktualizacje normRegularne aktualizacje w celu dostosowania do nowych technologii i wymagańRegularne aktualizacje w celu dostosowania do nowych technologii i wymagań
Tabela Porównawcza Zastosowań i Technologii

Rola performence level w automatyce przemysłowej

Performence level jest nieodzownym elementem automatyzacji procesów produkcyjnych, gdzie precyzja i niezawodność są kluczowe. Implementacja odpowiedniego performence level w systemach sterowania maszyn wpływa bezpośrednio na ich efektywność oraz bezpieczeństwo operacyjne. Przykładem zastosowania performence level jest projektowanie linii produkcyjnych, gdzie każda maszyna musi spełniać określone wymagania bezpieczeństwa, aby zapewnić płynność i bezawaryjność całego procesu produkcyjnego. Automatyzacja procesów produkcyjnych wymaga nie tylko wydajności, ale także zgodności z normami bezpieczeństwa, co jest osiągane dzięki odpowiednio określonemu performence level.

Audyt bezpieczeństwa a performence level

Audyt bezpieczeństwa to proces, który ocenia zgodność maszyn z wymaganiami norm bezpieczeństwa, w tym performence level. Integratorzy automatyki przemysłowej odgrywają kluczową rolę w przeprowadzaniu takich audytów, zapewniając, że systemy spełniają najwyższe standardy bezpieczeństwa. Performence level jest oceniany na podstawie analizy ryzyka oraz testów funkcjonalnych, które sprawdzają, czy systemy sterowania działają zgodnie z założeniami projektowymi i normami. Audyt bezpieczeństwa może również obejmować analizę dokumentacji technicznej, przeprowadzanie testów sprawdzających oraz inspekcję maszyn w celu identyfikacji potencjalnych zagrożeń.

Projektowanie maszyn zgodnie z wymogami performence level

Projektowanie maszyn wymaga uwzględnienia różnych aspektów mechanicznych i elektronicznych, aby spełnić wymogi performence level. Układy mechaniczne, takie jak systemy pneumatyczne i hydrauliczne, muszą być starannie obliczone pod względem wytrzymałości, aby zapewnić ich niezawodność i bezpieczeństwo w różnych warunkach operacyjnych. Z kolei układy elektroniczne muszą zapewniać niezawodność i bezpieczeństwo funkcjonalne, co jest szczególnie ważne w przypadku systemów sterowania. Performence level definiuje minimalne wymagania, które muszą być spełnione przez systemy sterowania, aby zminimalizować ryzyko awarii. W ramach projektowania biuro konstrukcyjne uwzględnia także wymagania norm zharmonizowanych, takich jak PN-EN ISO 13849-1:2023-09 i PN-EN 62061:2008, które precyzują wymagania dla obu typów układów, zapewniając kompleksowe podejście do bezpieczeństwa maszyn.

Certyfikacja CE maszyn i performence level

Norma PN-EN ISO 13849-1:2023-09 określa wymagania dotyczące certyfikacji CE maszyn, skupiając się na aspektach bezpieczeństwa związanych z performence level. Certyfikacja CE jest niezbędna, aby maszyny mogły być legalnie wprowadzone do obrotu na terenie Unii Europejskiej. Norma PN-EN 62061:2008, która również dotyczy bezpieczeństwa funkcjonalnego, wprowadza dodatkowe wymagania dla systemów elektronicznych i programowalnych, co zwiększa kompleksowość procesu certyfikacji. Obie normy są zharmonizowane z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE, co oznacza, że spełnienie ich wymagań jest równoznaczne z zapewnieniem zgodności z europejskimi przepisami bezpieczeństwa.

Performence level a dostosowanie maszyn do wymagań minimalnych

Dostosowanie maszyn do wymagań minimalnych zgodnych z performence level wymaga dokładnych procedur i regularnych audytów. Przykłady praktyczne pokazują, jak te procedury są stosowane w różnych branżach, zapewniając bezpieczeństwo i zgodność z przepisami. Performence level jest kluczowym elementem w procesie modernizacji maszyn, gdzie istniejące urządzenia są dostosowywane do nowych standardów bezpieczeństwa. Proces ten obejmuje m.in. analizę ryzyka, dostosowanie istniejących systemów sterowania oraz przeprowadzenie testów i weryfikacji, aby zapewnić, że maszyny spełniają aktualne wymagania bezpieczeństwa. Dostosowanie maszyn do wymagań minimalnych zgodnie z performence level jest kluczowe dla zapewnienia ich bezpiecznego i efektywnego działania.

Znaczenie dla Przemysłu 4.0

Norma PN-EN ISO 13849-1:2023-09 ma kluczowe znaczenie w kontekście Przemysłu 4.0, który charakteryzuje się wysokim stopniem automatyzacji i integracji systemów. W ramach Przemysłu 4.0, systemy sterowania muszą być nie tylko niezawodne, ale także elastyczne i skalowalne, aby sprostać dynamicznie zmieniającym się wymaganiom produkcji. Performence level definiowany w normie PN-EN ISO 13849-1:2023-09 zapewnia, że systemy sterowania są projektowane z myślą o najwyższych standardach bezpieczeństwa, co jest niezbędne w złożonych i zautomatyzowanych środowiskach produkcyjnych.

Performence Level: Podsumowanie

Norma PN-EN ISO 13849-1:2023-09 jest kluczowym dokumentem w zapewnieniu bezpieczeństwa maszyn i systemów sterowania. Dzięki jej spełnieniu, firmy mogą być pewne, że ich systemy sterowania są zgodne z najnowszymi wymaganiami bezpieczeństwa, minimalizując ryzyko awarii i wypadków. Performence level jest centralnym elementem tej normy, definiującym wymagania dotyczące niezawodności i funkcjonalności systemów sterowania. Przestrzeganie normy PN-EN ISO 13849-1:2023-09 jest niezbędne dla uzyskania znaku CE i zapewnienia, że maszyny wprowadzane na rynek europejski są bezpieczne dla użytkowników i środowiska pracy.

Performence Level: FAQ

Co to jest performence level (PL)? Performence level (PL) to miara zdolności systemu sterowania do osiągnięcia określonego poziomu bezpieczeństwa. Określa się go w pięciu poziomach od PL a do PL e, gdzie PL e oznacza najwyższy poziom bezpieczeństwa.

Jakie są główne różnice między normami PN-EN ISO 13849-1 i PN-EN 62061?

PN-EN ISO 13849-1 obejmuje szeroki zakres systemów sterowania (mechaniczne, elektryczne, elektroniczne, programowalne), natomiast PN-EN 62061 koncentruje się na elektrycznych, elektronicznych i programowalnych systemach sterowania.

Kiedy należy stosować normę PN-EN ISO 13849-1?

Norma PN-EN ISO 13849-1 jest stosowana, gdy projektuje się systemy sterowania związane z bezpieczeństwem maszyn, które obejmują komponenty mechaniczne, elektryczne, elektroniczne i programowalne.

Czym różni się performence level od SIL (Safety Integrity Level)?

Performence level (PL) jest stosowany w normie PN-EN ISO 13849-1 i obejmuje pięć poziomów bezpieczeństwa, podczas gdy Safety Integrity Level (SIL) jest używany w normie PN-EN 62061 i obejmuje trzy poziomy bezpieczeństwa (SIL 1 do SIL 3).

Jakie są kroki do osiągnięcia performence level PL e?

Aby osiągnąć performence level PL e, należy przeprowadzić szczegółową analizę ryzyka, zaprojektować system z odpowiednią redundancją i diagnostyką, oraz przeprowadzić dokładne testy i walidację.

Czy obie normy wymagają analizy ryzyka?

Tak, zarówno PN-EN ISO 13849-1, jak i PN-EN 62061 wymagają przeprowadzenia szczegółowej analizy ryzyka w celu określenia wymagań dotyczących bezpieczeństwa systemów sterowania.

Jakie są wymagania dotyczące certyfikacji zgodnie z PN-EN ISO 13849-1?

Maszyny muszą spełniać wymagania normy PN-EN ISO 13849-1 i być zgodne z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE, aby otrzymać certyfikat CE.

Czy normy PN-EN ISO 13849-1 i PN-EN 62061 są zharmonizowane z Dyrektywą Maszynową?

Tak, obie normy są zharmonizowane z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE, co oznacza, że ich spełnienie jest kluczowe dla uzyskania certyfikatu CE.

Jakie są wymagania dotyczące pokrycia diagnostycznego (DC) w obu normach?

Pokrycie diagnostyczne (DC) jest kluczowe dla określenia poziomu bezpieczeństwa. W normie PN-EN ISO 13849-1 wymagania diagnostyczne są różne dla poszczególnych poziomów PL, podczas gdy w normie PN-EN 62061 są one określone dla poziomów SIL.

Jakie narzędzia można wykorzystać do analizy ryzyka i obliczeń PL/SIL?

Istnieją specjalistyczne narzędzia programowe, takie jak SISTEMA, które wspomagają analizę ryzyka i obliczenia dla osiągnięcia odpowiedniego performence level lub SIL w systemach sterowania.

analiza ryzyka automatyka przemysłowa automatyzacja procesów produkcyjnych automatyzacja produkcji bezpieczeństwo maszyn deklaracja zgodności WE dokumentacja techniczna dostosowanie maszyn do wymagań minimalnych dyrektywa ATEX dyrektywa EMC dyrektywa LVD dyrektywa maszynowa 2006/42/WE Instrukcja obsługi integrator automatyki przemysłowej KPI linie produkcyjne maszyna nieukończona mes normy zharmonizowane ocena ryzyka OEE oznakowanie CE Performence level poka-yoke pokrycie diagnostyczne projektowanie maszyn przemysł spożywczy roboty przemysłowe rozporządzenie w sprawie maszyn 2023/1230 sat SCADA smed stanowiska zrobotyzowane TPM zarządzanie zarządzanie projektami Znak CE

4.8/5 - (11 votes)