Performence level: Klucz do Bezpieczeństwa Maszyn

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.

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.

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 (MTTF_d):
   • Każdy przycisk E-Stop ma MTTF_d = 100 lat.
   • Każdy przekaźnik bezpieczeństwa ma MTTF_d = 50 lat.
   • Sterownik PLC ma MTTF_d = 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 MTTF_d 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 MTTF_d 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 MTTF_d i DC:

     PFH = 1 / (MTTF_d * 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 (MTTF_d):
   • Osłona bezpieczeństwa: MTTF_d = 20 lat.
   • Przekaźnik bezpieczeństwa: MTTF_d = 50 lat.
   • Sterownik PLC: MTTF_d = 30 lat.
3. Pokrycie diagnostyczne (DC):
   • Pokrycie diagnostyczne dla kategorii 2 wynosi 90% (0.90).
4. Obliczenie MTTF_d całego systemu:
   • Osłona bezpieczeństwa: MTTF_d = 20 lat.
   • Przekaźnik bezpieczeństwa: MTTF_d = 50 lat.
   • Sterownik PLC: MTTF_d = 30 lat.
5. Obliczenie MTTF_d 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 MTTF_d i DC:

     PFH = 1 / (MTTF_d * 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

• 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.

Kryterium	PN-EN ISO 13849-1:2023-09	PN-EN 62061:2008
Zakres	Mechaniczne, elektryczne, elektroniczne i programowalne systemy sterowania związane z bezpieczeństwem	Elektryczne, elektroniczne i programowalne systemy sterowania związane z bezpieczeństwem
Podejście do ryzyka	Określenie poziomów wykonania (PL) i ich zastosowanie w projektowaniu systemów	Określenie poziomów SIL i ich zastosowanie w projektowaniu systemów
Architektura systemu	Kategorie od 1 do 4 z różnymi poziomami redundancji i diagnostyki	Architektury systemów sterowania według poziomów SIL
Średni czas do awarii (MTTF)	Wymagane obliczenia dla określenia MTTF komponentów	Wymagane obliczenia dla określenia MTTF komponentów
Diagnostyka	Wysokie wymagania diagnostyczne dla osiągnięcia wysokich poziomów PL	Różne poziomy wymagań diagnostycznych w zależności od poziomu SIL
Certyfikacja	Zharmonizowana z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE	Zharmonizowana z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE

Aspekt Bezpieczeństwa	PN-EN ISO 13849-1:2023-09	PN-EN 62061:2008
Analiza ryzyka	Wymagana szczegółowa analiza ryzyka	Wymagana szczegółowa analiza ryzyka
Poziomy bezpieczeństwa	PL a do PL e	SIL 1 do SIL 3
Redundancja	Wymagana dla wyższych poziomów PL	Wymagana dla wyższych poziomów SIL
Monitorowanie	Wymagane ciągłe monitorowanie funkcji bezpieczeństwa	Wymagane ciągłe monitorowanie funkcji bezpieczeństwa
Niezawodność komponentów	Wysokie wymagania dotyczące niezawodności komponentów	Wysokie wymagania dotyczące niezawodności komponentów
Środki kontrolne	Określone środki kontrolne dla osiągnięcia różnych poziomów PL	Określone środki kontrolne dla osiągnięcia różnych poziomów SIL

Kryterium	PN-EN ISO 13849-1:2023-09	PN-EN 62061:2008
Typ systemów	Mechaniczne, elektryczne, elektroniczne i programowalne	Elektryczne, elektroniczne i programowalne
Podejście do projektowania	Podejście oparte na PL i kategoriach	Podejście oparte na SIL
Aplikacje	Szerokie zastosowanie w różnych sektorach przemysłu	Zastosowanie głównie w systemach elektrycznych i elektronicznych
Certyfikacja	Wymagana certyfikacja zgodnie z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE	Wymagana certyfikacja zgodnie z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE
Narzędzia wspomagające	Narzędzia do analizy ryzyka i obliczeń PL	Narzędzia do analizy ryzyka i obliczeń SIL
Aktualizacje norm	Regularne aktualizacje w celu dostosowania do nowych technologii i wymagań	Regularne aktualizacje w celu dostosowania do nowych technologii i wymagań

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

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