Επίπεδο επιδόσεων: το κλειδί για την ασφάλεια των μηχανών

Εισαγωγή στην έννοια του performence level

Στον σημερινό, ταχέως εξελισσόμενο κόσμο του βιομηχανικού αυτοματισμού, το performence level διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη διασφάλιση της ασφάλειας μηχανών και εξοπλισμού. Το performence level είναι ο βαθμός ικανότητας ενός συστήματος να επιτυγχάνει ένα καθορισμένο επίπεδο ασφάλειας, ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο βλαβών και ατυχημάτων. Στο πλαίσιο της Οδηγίας Μηχανών 2006/42/ΕΚ, τα εναρμονισμένα πρότυπα τύπου B, όπως το ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1, καθορίζουν τις γενικές αρχές σχεδιασμού που πρέπει να πληρούνται ώστε οι μηχανές να μπορούν να λάβουν τη σήμανση CE. Το performence level αποτελεί ένα από τα βασικά στοιχεία αυτών των προτύπων και επηρεάζει κάθε πτυχή του σχεδιασμού, του ελέγχου και της διαχείρισης της ασφάλειας μηχανών και παραγωγικών και τεχνολογικών γραμμών.

Εισαγωγή στο Πρότυπο ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1

Το πρότυπο ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 είναι βασικό έγγραφο στον τομέα της ασφάλειας μηχανών, καθώς καθορίζει τις απαιτήσεις για τον σχεδιασμό, την υλοποίηση και την αξιολόγηση συστημάτων ελέγχου που σχετίζονται με την ασφάλεια. Κύριος στόχος του είναι να διασφαλίζει ότι τα συστήματα αυτά πληρούν τα κατάλληλα επίπεδα αξιοπιστίας και λειτουργικότητας, ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο αστοχιών που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε κινδύνους για τους χειριστές και το εργασιακό περιβάλλον. Το πρότυπο αυτό είναι εναρμονισμένο με την Οδηγία Μηχανών 2006/42/ΕΚ, γεγονός που σημαίνει ότι η συμμόρφωση με αυτό είναι καθοριστική για την απόκτηση της σήμανσης CE για μηχανές και εξοπλισμό που διατίθενται στην ευρωπαϊκή αγορά.

Βασικές Έννοιες και Πεδίο Εφαρμογής του Προτύπου

Το πρότυπο ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 ορίζει το performence level (PL) ως τον βαθμό ικανότητας ενός συστήματος να επιτυγχάνει ένα καθορισμένο επίπεδο ασφάλειας, το οποίο μετράται σε πέντε κατηγορίες από PL a έως PL e, όπου το PL e είναι το υψηλότερο επίπεδο ασφάλειας. Το performence level εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η αρχιτεκτονική του συστήματος, η διαγνωστική ικανότητα και η αξιοπιστία των εξαρτημάτων.

Το πρότυπο καλύπτει ένα ευρύ φάσμα θεμάτων που σχετίζονται με τον σχεδιασμό και την αξιολόγηση συστημάτων ελέγχου που σχετίζονται με την ασφάλεια, μεταξύ άλλων:

• Ανάλυση κινδύνου: Προσδιορισμός και αξιολόγηση των δυνητικών κινδύνων που συνδέονται με τη λειτουργία της μηχανής.
• Προδιαγραφή απαιτήσεων ασφάλειας: Καθορισμός των απαιτήσεων για τις λειτουργίες ασφάλειας που πρέπει να ικανοποιεί το σύστημα ελέγχου.
• Σχεδιασμός συστημάτων ελέγχου: Δημιουργία και υλοποίηση συστημάτων που συμμορφώνονται με το καθορισμένο performence level.
• Αξιολόγηση και επαλήθευση: Διενέργεια δοκιμών και αναλύσεων για την επιβεβαίωση ότι τα συστήματα πληρούν τις απαιτήσεις του προτύπου.

Ανάλυση Κινδύνου και Καθορισμός Απαιτήσεων Ασφάλειας

Το πρώτο βήμα στη διαδικασία συμμόρφωσης με το πρότυπο ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 είναι η διενέργεια λεπτομερούς ανάλυσης κινδύνου. Η ανάλυση αυτή αποσκοπεί στον εντοπισμό των δυνητικών κινδύνων και στην αξιολόγηση του κινδύνου που συνδέεται με καθέναν από αυτούς. Με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης κινδύνου, καθορίζονται οι απαιτήσεις ασφάλειας για τα συστήματα ελέγχου.

Βασικό εργαλείο στην ανάλυση κινδύνου είναι η Ανάλυση κινδύνου σύμφωνα με το ΕΛΟΤ EN ISO 12100, η οποία παρέχει μεθοδολογία για τη συστηματική αξιολόγηση του κινδύνου. Η μεθοδολογία αυτή περιλαμβάνει τον εντοπισμό κινδύνων, την αξιολόγηση του κινδύνου και τον καθορισμό μέτρων ελέγχου με στόχο τη μείωση του κινδύνου σε αποδεκτό επίπεδο.

Σχεδιασμός Συστημάτων Ελέγχου

Ο σχεδιασμός συστημάτων ελέγχου σύμφωνα με το ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 περιλαμβάνει αρκετά βασικά στάδια, μεταξύ των οποίων:

• Ορισμός λειτουργιών ασφάλειας: Καθορισμός των λειτουργιών ελέγχου που είναι κρίσιμες για την ασφάλεια και των αντίστοιχων απαιτήσεών τους.
• Επιλογή εξαρτημάτων: Επιλογή κατάλληλων εξαρτημάτων που πληρούν τις απαιτήσεις αξιοπιστίας και διαγνωστικής ικανότητας.
• Αρχιτεκτονική συστήματος: Σχεδιασμός της δομής του συστήματος ελέγχου, λαμβάνοντας υπόψη τον πλεονασμό και τη διαγνωστική ικανότητα.
• Υπολογισμοί αξιοπιστίας: Εκτέλεση υπολογισμών αξιοπιστίας, όπως ο Μέσος Χρόνος έως την Αστοχία (MTTF) και ο Μέσος Χρόνος έως την Επισκευή (MTTR), για τον προσδιορισμό του συνολικού performence level του συστήματος.

Υλοποίηση και Ενσωμάτωση

Μετά τον σχεδιασμό του συστήματος ελέγχου, το επόμενο βήμα είναι η υλοποίηση και η ενσωμάτωσή του στη μηχανή. Το στάδιο αυτό περιλαμβάνει:

• Εγκατάσταση εξαρτημάτων: Τοποθέτηση των επιλεγμένων εξαρτημάτων σύμφωνα με τη μελέτη.
• Ενσωμάτωση συστημάτων: Σύνδεση των διαφόρων τμημάτων του συστήματος ελέγχου, διασφαλίζοντας τη συνεργασία και τη συμβατότητά τους.
• Λειτουργικές δοκιμές: Διενέργεια λειτουργικών δοκιμών για να επιβεβαιωθεί ότι το σύστημα λειτουργεί σύμφωνα με τις παραδοχές του σχεδιασμού.

Επαλήθευση και Επικύρωση

Βασικό στοιχείο της συμμόρφωσης με το πρότυπο ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 είναι η διαδικασία επαλήθευσης και επικύρωσης, η οποία περιλαμβάνει:

• Επαλήθευση του σχεδιασμού: Έλεγχος ότι ο σχεδιασμός του συστήματος ελέγχου πληροί όλες τις καθορισμένες απαιτήσεις.
• Δοκιμές επικύρωσης: Διενέργεια δοκιμών επικύρωσης, που περιλαμβάνουν προσομοιώσεις και πρακτικές δοκιμές, ώστε να επιβεβαιωθεί ότι το σύστημα λειτουργεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις του performence level.
• Τεκμηρίωση: Σύνταξη αναλυτικής τεκμηρίωσης, η οποία περιλαμβάνει τα αποτελέσματα των δοκιμών και των αναλύσεων, επιβεβαιώνοντας τη συμμόρφωση του συστήματος με το πρότυπο.

Παράδειγμα Υπολογισμών για PL e και PL c

Οι υπολογισμοί για τα επίπεδα απόδοσης PL e και PL c είναι καθοριστικοί, ώστε να διασφαλίζεται ότι τα συστήματα ελέγχου που σχετίζονται με την ασφάλεια πληρούν τα απαιτούμενα πρότυπα αξιοπιστίας. Παρακάτω παρουσιάζονται παραδείγματα υπολογισμών και για τα δύο επίπεδα απόδοσης.

Παράδειγμα 1: Υπολογισμοί για PL e

Περιγραφή συστήματος:

• Σύστημα ελέγχου παραγωγικής μηχανής με λειτουργία επείγουσας διακοπής (E-Stop).
• Αρχιτεκτονική: κατηγορία 4, με διπλό κανάλι και παρακολούθηση.
• Απαιτείται η επίτευξη επιπέδου PL e.

Βήματα υπολογισμού:

1. Καθορισμός των στοιχείων του συστήματος:
   • Δύο μπουτόν E-Stop (διπλό κανάλι).
   • Δύο ρελέ ασφαλείας.
   • Ελεγκτής PLC με λειτουργίες ασφαλείας.
2. Μέσος χρόνος μέχρι επικίνδυνη αστοχία (MTTF_d):
   • Κάθε μπουτόν E-Stop έχει MTTF_d = 100 έτη.
   • Κάθε ρελέ ασφαλείας έχει MTTF_d = 50 έτη.
   • Ο ελεγκτής PLC έχει MTTF_d = 30 έτη.
3. Διαγνωστική κάλυψη (DC):
   • Η διαγνωστική κάλυψη για την κατηγορία 4 είναι 99% (0.99).
4. Συντελεστής αστοχιών κοινής αιτίας (CCF):
   • Η τιμή CCF για την κατηγορία 4 είναι τουλάχιστον 65%.
5. Υπολογισμός του συνολικού MTTF_d του συστήματος:
   • Μπουτόν E-Stop (διπλό κανάλι): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 έτη.
   • Ρελέ ασφαλείας: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 έτη.
   • Ελεγκτής PLC: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 έτη.
6. Υπολογισμός του MTTF_d του συστήματος:
   • Συνδυασμός όλων των στοιχείων: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 έτη.
7. Υπολογισμός PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • Το PFH για PL e πρέπει να είναι κάτω από 10^-8 ανά ώρα.
   • Χρησιμοποιώντας τις τιμές MTTF_d και DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Συμπέρασμα: Το σύστημα δεν επιτυγχάνει PL e, επειδή το υπολογισμένο PFH δεν εμπίπτει στην απαιτούμενη τιμή για PL e.

Παράδειγμα 2: Υπολογισμοί για PL c

Περιγραφή συστήματος:

• Σύστημα ελέγχου μηχανής με λειτουργία ελέγχου προστατευτικού καλύμματος ασφαλείας.
• Αρχιτεκτονική: κατηγορία 2, με περιοδική παρακολούθηση.
• Απαιτείται η επίτευξη επιπέδου PL c.

Βήματα υπολογισμού:

1. Καθορισμός των στοιχείων του συστήματος:
   • Προστατευτικό κάλυμμα ασφαλείας με αισθητήρα θέσης.
   • Ρελέ ασφαλείας.
   • Ελεγκτής PLC με λειτουργίες ασφαλείας.
2. Μέσος χρόνος μέχρι επικίνδυνη αστοχία (MTTF_d):
   • Προστατευτικό κάλυμμα ασφαλείας: MTTF_d = 20 έτη.
   • Ρελέ ασφαλείας: MTTF_d = 50 έτη.
   • Ελεγκτής PLC: MTTF_d = 30 έτη.
3. Διαγνωστική κάλυψη (DC):
   • Η διαγνωστική κάλυψη για την κατηγορία 2 είναι 90% (0.90).
4. Υπολογισμός του συνολικού MTTF_d του συστήματος:
   • Προστατευτικό κάλυμμα ασφαλείας: MTTF_d = 20 έτη.
   • Ρελέ ασφαλείας: MTTF_d = 50 έτη.
   • Ελεγκτής PLC: MTTF_d = 30 έτη.
5. Υπολογισμός του MTTF_d του συστήματος:
   • Συνδυασμός όλων των στοιχείων: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 έτη.
6. Υπολογισμός PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • Το PFH για PL c πρέπει να είναι κάτω από 10^-6 ανά ώρα.
   • Χρησιμοποιώντας τις τιμές MTTF_d και DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Συμπέρασμα: Το σύστημα δεν επιτυγχάνει PL c, επειδή το υπολογισμένο PFH δεν εμπίπτει στην απαιτούμενη τιμή για PL c.

Σύγκριση με το Πρότυπο ΕΛΟΤ EN IEC 62061

Το πρότυπο ΕΛΟΤ EN 62061, που αφορά τη λειτουργική ασφάλεια ηλεκτρικών, ηλεκτρονικών και προγραμματιζόμενων ηλεκτρονικών συστημάτων ελέγχου που σχετίζονται με την ασφάλεια, συγκρίνεται συχνά με το ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1. Και τα δύο πρότυπα έχουν ως στόχο τη διασφάλιση της ασφάλειας των μηχανών, αλλά διαφέρουν ως προς την προσέγγιση και το πεδίο εφαρμογής.

• Πεδίο εφαρμογής: Το ΕΛΟΤ EN IEC 62061 επικεντρώνεται κυρίως σε ηλεκτρικά, ηλεκτρονικά και προγραμματιζόμενα συστήματα, ενώ το ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 καλύπτει ευρύτερο φάσμα τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων των μηχανικών και υδραυλικών.
• Βαθμός λεπτομέρειας: Το ΕΛΟΤ EN 62061 είναι πιο αναλυτικό ως προς τις τεχνικές απαιτήσεις για ηλεκτρονικά συστήματα, ενώ το ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 προσφέρει μια πιο γενική προσέγγιση, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί σε διαφορετικές τεχνολογίες.
• Αξιολόγηση κινδύνου: Και τα δύο πρότυπα απαιτούν τη διενέργεια ανάλυσης κινδύνου, όμως το ΕΛΟΤ EN IEC 62061 δίνει μεγαλύτερη έμφαση στη λεπτομερή αξιολόγηση του κινδύνου και στην εφαρμογή μέτρων ελέγχου σε προγραμματιζόμενα συστήματα.

Ο ρόλος του performence level στον βιομηχανικό αυτοματισμό

Το performence level αποτελεί αναπόσπαστο στοιχείο της αυτοματοποίησης των παραγωγικών διαδικασιών, όπου η ακρίβεια και η αξιοπιστία είναι καθοριστικές. Η εφαρμογή του κατάλληλου performence level στα συστήματα ελέγχου μηχανών επηρεάζει άμεσα τόσο την αποδοτικότητά τους όσο και την επιχειρησιακή ασφάλεια. Χαρακτηριστικό παράδειγμα εφαρμογής του performence level είναι ο σχεδιασμός γραμμών παραγωγής, όπου κάθε μηχάνημα πρέπει να πληροί συγκεκριμένες απαιτήσεις ασφάλειας, ώστε να διασφαλίζεται η ομαλή λειτουργία και η απρόσκοπτη συνέχεια ολόκληρης της παραγωγικής διαδικασίας. Ο βιομηχανικός αυτοματισμός απαιτεί όχι μόνο υψηλή απόδοση, αλλά και συμμόρφωση με τα πρότυπα ασφάλειας, κάτι που επιτυγχάνεται μέσω του σωστά καθορισμένου performence level.

Έλεγχος ασφάλειας και performence level

Ο έλεγχος ασφάλειας είναι μια διαδικασία που αξιολογεί κατά πόσο τα μηχανήματα συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις των προτύπων ασφάλειας, συμπεριλαμβανομένου του performence level. Οι integrators βιομηχανικού αυτοματισμού διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη διενέργεια τέτοιων ελέγχων, διασφαλίζοντας ότι τα συστήματα πληρούν τα υψηλότερα πρότυπα ασφάλειας. Το performence level αξιολογείται βάσει εκτίμησης κινδύνου σύμφωνα με το ISO 12100 και λειτουργικών δοκιμών, οι οποίες επαληθεύουν ότι τα συστήματα ελέγχου λειτουργούν σύμφωνα με τις παραδοχές του σχεδιασμού και τα πρότυπα. Ο έλεγχος ασφάλειας μπορεί επίσης να περιλαμβάνει ανάλυση της τεχνικής τεκμηρίωσης, τη διενέργεια δοκιμών επαλήθευσης και επιθεώρηση των μηχανημάτων με σκοπό τον εντοπισμό πιθανών κινδύνων.

Σχεδιασμός μηχανημάτων σύμφωνα με τις απαιτήσεις του performence level

Ο σχεδιασμός μηχανημάτων απαιτεί να λαμβάνονται υπόψη διάφορες μηχανολογικές και ηλεκτρονικές πτυχές, ώστε να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις του performence level. Τα μηχανικά συστήματα, όπως τα πνευματικά και τα υδραυλικά, πρέπει να υπολογίζονται προσεκτικά ως προς την αντοχή τους, ώστε να εξασφαλίζεται η αξιοπιστία και η ασφάλειά τους σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Αντίστοιχα, τα ηλεκτρονικά συστήματα πρέπει να παρέχουν αξιοπιστία και λειτουργική ασφάλεια, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό στην περίπτωση των συστημάτων ελέγχου. Το performence level καθορίζει τις ελάχιστες απαιτήσεις που πρέπει να πληρούν τα συστήματα ελέγχου, ώστε να ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος αστοχίας. Στο πλαίσιο του σχεδιασμού, το γραφείο μελετών και σχεδιασμού λαμβάνει επίσης υπόψη τις απαιτήσεις εναρμονισμένων προτύπων, όπως τα ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 και ΕΛΟΤ EN 62061, τα οποία εξειδικεύουν τις απαιτήσεις και για τους δύο τύπους συστημάτων, εξασφαλίζοντας μια ολοκληρωμένη προσέγγιση στην ασφάλεια μηχανημάτων.

Πιστοποίηση CE μηχανημάτων και performence level

Το πρότυπο ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 καθορίζει τις απαιτήσεις για την πιστοποίηση CE μηχανημάτων, εστιάζοντας στις πτυχές ασφάλειας που σχετίζονται με το performence level. Η πιστοποίηση CE είναι απαραίτητη ώστε τα μηχανήματα να μπορούν να διατίθενται νόμιμα στην αγορά της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Το πρότυπο ΕΛΟΤ EN 62061, το οποίο αφορά επίσης τη λειτουργική ασφάλεια, εισάγει πρόσθετες απαιτήσεις για ηλεκτρονικά και προγραμματιζόμενα συστήματα, αυξάνοντας την πολυπλοκότητα της διαδικασίας πιστοποίησης. Και τα δύο πρότυπα είναι εναρμονισμένα με την Οδηγία Μηχανών 2006/42/EC, πράγμα που σημαίνει ότι η συμμόρφωση με τις απαιτήσεις τους ισοδυναμεί με συμμόρφωση προς τους ευρωπαϊκούς κανονισμούς ασφάλειας.

Performence level και προσαρμογή μηχανημάτων στις ελάχιστες απαιτήσεις

Η προσαρμογή μηχανημάτων στις ελάχιστες απαιτήσεις σύμφωνα με το performence level απαιτεί ακριβείς διαδικασίες και τακτικούς ελέγχους. Πρακτικά παραδείγματα δείχνουν πώς αυτές οι διαδικασίες εφαρμόζονται σε διαφορετικούς κλάδους, διασφαλίζοντας την ασφάλεια και τη συμμόρφωση με τους κανονισμούς. Το performence level αποτελεί βασικό στοιχείο στη διαδικασία εκσυγχρονισμού μηχανημάτων, όπου ο υφιστάμενος εξοπλισμός προσαρμόζεται στα νέα πρότυπα ασφάλειας. Η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει, μεταξύ άλλων, ανάλυση κινδύνου σύμφωνα με το EN ISO 12100, προσαρμογή των υφιστάμενων συστημάτων ελέγχου, καθώς και τη διενέργεια δοκιμών και επαληθεύσεων, ώστε να διασφαλίζεται ότι τα μηχανήματα πληρούν τις ισχύουσες απαιτήσεις ασφάλειας. Η προσαρμογή μηχανημάτων στις ελάχιστες απαιτήσεις σύμφωνα με το performence level είναι καθοριστική για την ασφαλή και αποδοτική λειτουργία τους.

Σημασία για τη Βιομηχανία 4.0

Το πρότυπο ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 έχει καθοριστική σημασία στο πλαίσιο της Βιομηχανίας 4.0, η οποία χαρακτηρίζεται από υψηλό βαθμό αυτοματοποίησης και ενοποίησης συστημάτων. Στο περιβάλλον της Βιομηχανίας 4.0, τα συστήματα ελέγχου πρέπει να είναι όχι μόνο αξιόπιστα, αλλά και ευέλικτα και επεκτάσιμα, ώστε να ανταποκρίνονται στις δυναμικά μεταβαλλόμενες απαιτήσεις της παραγωγής. Το performence level που ορίζεται στο πρότυπο ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 διασφαλίζει ότι τα συστήματα ελέγχου σχεδιάζονται με γνώμονα τα υψηλότερα πρότυπα ασφάλειας, κάτι που είναι απαραίτητο σε σύνθετα και αυτοματοποιημένα περιβάλλοντα παραγωγής.

Performence Level: Σύνοψη

Το πρότυπο ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 αποτελεί βασικό έγγραφο για τη διασφάλιση της ασφάλειας μηχανημάτων και συστημάτων ελέγχου. Με τη συμμόρφωση προς αυτό, οι επιχειρήσεις μπορούν να είναι βέβαιες ότι τα συστήματα ελέγχου τους ανταποκρίνονται στις πιο πρόσφατες απαιτήσεις ασφάλειας, ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο αστοχιών και ατυχημάτων. Το performence level είναι το κεντρικό στοιχείο αυτού του προτύπου, καθώς καθορίζει τις απαιτήσεις σχετικά με την αξιοπιστία και τη λειτουργικότητα των συστημάτων ελέγχου. Η τήρηση του προτύπου ΕΛΟΤ EN ISO 13849-1 είναι απαραίτητη για την απόκτηση της σήμανσης CE και για να διασφαλίζεται ότι τα μηχανήματα που διατίθενται στην ευρωπαϊκή αγορά είναι ασφαλή για τους χρήστες και το εργασιακό περιβάλλον.