Toimivustase: masinaohutuse võti

Sissejuhatus performence level kontseptsiooni

Tänapäeva kiiresti arenevas tööstusautomaatika maailmas on performence level masinate ja seadmete ohutuse tagamisel keskse tähtsusega. Performence level tähistab süsteemi võimet saavutada kindlaksmääratud ohutustase, vähendades rikete ja õnnetuste riski. Masinadirektiivi 2006/42/EC kontekstis määratlevad B-tüüpi harmoneeritud standardid, näiteks EVS EN ISO 13849-1, üldised projekteerimispõhimõtted, mis peavad olema täidetud, et masinad saaksid CE-märgise. Performence level on nende standardite üks põhielemente, mõjutades masinate ja tootmisliinide ohutuse projekteerimist, auditit ja juhtimist igas etapis.

Sissejuhatus standardisse EVS EN ISO 13849-1

Standard EVS EN ISO 13849-1 on masinate ohutuse valdkonnas võtmedokument, mis sätestab nõuded ohutusega seotud juhtimissüsteemide projekteerimisele, rakendamisele ja hindamisele. Selle peamine eesmärk on tagada, et need süsteemid vastaksid asjakohastele töökindluse ja funktsionaalsuse tasemetele, minimeerides rikete riski, mis võiks põhjustada ohtu operaatoritele ja töökeskkonnale. See standard on harmoneeritud Masinadirektiiviga 2006/42/EC, mis tähendab, et selle nõuete täitmine on Euroopa turule lastavate masinate ja seadmete CE-märgistuse saamiseks määrava tähtsusega.

Põhimõisted ja standardi ulatus

Standard EVS EN ISO 13849-1 määratleb performence level (PL) kui süsteemi võime saavutada kindlaksmääratud ohutustase, mida mõõdetakse viies kategoorias alates PL a kuni PL e, kus PL e on kõrgeim ohutustase. Performence level sõltub mitmest tegurist, nagu süsteemi arhitektuur, diagnostika ja komponentide töökindlus.

Standard hõlmab laia valikut ohutusega seotud juhtimissüsteemide projekteerimise ja hindamise aspekte, sealhulgas:

• Riskianalüüs: masina tööga seotud võimalike ohtude kindlakstegemine ja hindamine.
• Ohutusnõuete spetsifikatsioon: nende ohutusfunktsioonide nõuete määratlemine, mida juhtimissüsteem peab täitma.
• Juhtimissüsteemide projekteerimine: kindlaksmääratud performence level nõuetele vastavate süsteemide loomine ja rakendamine.
• Hindamine ja verifitseerimine: testide ja analüüside läbiviimine, et kinnitada süsteemide vastavust standardi nõuetele.

Riskianalüüs ja ohutusnõuete määratlemine

Esimene samm standardile EVS EN ISO 13849-1 vastavuse saavutamisel on põhjaliku riskianalüüsi läbiviimine. Selle analüüsi eesmärk on tuvastada võimalikud ohud ja hinnata iga ohuga seotud riski. Riskianalüüsi tulemuste põhjal määratakse juhtimissüsteemidele esitatavad ohutusnõuded.

Riskianalüüsi peamine tööriist on riskianalüüs vastavalt standardile EVS EN ISO 12100, mis annab metoodika riski süstemaatiliseks hindamiseks. See metoodika hõlmab ohtude tuvastamist, riski hindamist ning selliste kontrollimeetmete määramist, mille eesmärk on vähendada risk vastuvõetava tasemeni.

Juhtimissüsteemide projekteerimine

EVS EN ISO 13849-1 nõuetele vastavate juhtimissüsteemide projekteerimine hõlmab mitut olulist etappi, sealhulgas:

• Ohutusfunktsioonide määratlemine: kindlaksmääramine, millised juhtimisfunktsioonid on ohutuse seisukohalt kriitilised ja millised on nende nõuded.
• Komponentide valik: sobivate komponentide valimine, mis vastavad töökindluse ja diagnostika nõuetele.
• Süsteemi arhitektuur: juhtimissüsteemi struktuuri kavandamine, arvestades redundantsi ja diagnostikat.
• Töökindluse arvutused: töökindluse arvutuste tegemine, näiteks keskmine aeg rikkimiseni (MTTF) ja keskmine remondiaeg (MTTR), et määrata süsteemi üldine performence level.

Rakendamine ja integreerimine

Pärast juhtimissüsteemi projekteerimist on järgmine samm selle rakendamine ja integreerimine masinaga. See etapp hõlmab:

• Komponentide paigaldamine: valitud komponentide monteerimine vastavalt projektile.
• Süsteemide integreerimine: juhtimissüsteemi eri osade ühendamine, tagades nende koostalitluse ja ühilduvuse.
• Funktsionaalne testimine: funktsionaalsete testide läbiviimine, et veenduda süsteemi toimimises vastavalt projekteerimise eeldustele.

Verifitseerimine ja valideerimine

EVS EN ISO 13849-1 nõuetele vastavuse võtmeelement on verifitseerimise ja valideerimise protsess, mis hõlmab:

• Projekti verifitseerimine: kontrollitakse, kas juhtimissüsteemi projekt vastab kõigile määratletud nõuetele.
• Valideerimiskatsed: tehakse valideerimiskatsed, mis hõlmavad simulatsioone ja praktilisi teste, et veenduda süsteemi toimimises vastavalt nõutavale performence level tasemele.
• Dokumentatsioon: koostatakse üksikasjalik dokumentatsioon, mis sisaldab katsetulemusi ja analüüse ning kinnitab süsteemi vastavust standardile.

Arvutusnäide PL e ja PL c jaoks

PL e ja PL c tasemete arvutused on olulised selle tagamiseks, et ohutusega seotud juhtimissüsteemid vastaksid nõutud töökindlusstandarditele. Allpool on toodud arvutusnäited mõlema toimivustaseme kohta.

Näide 1: arvutused PL e jaoks

Süsteemi kirjeldus:

• Tootmismasina juhtimissüsteem hädaseiskamisfunktsiooniga (E-Stop).
• Arhitektuur: kategooria 4, kahe kanaliga ja seirega.
• Nõutav on saavutada tase PL e.

Arvutusetapid:

1. Süsteemi komponentide määratlemine:
   • Kaks E-Stop nuppu (kahe kanaliga).
   • Kaks ohutusreleed.
   • Ohutusfunktsioonidega PLC-kontroller.
2. Keskmine aeg ohtliku rikkini (MTTF_d):
   • Iga E-Stop nupp: MTTF_d = 100 aastat.
   • Iga ohutusrelee: MTTF_d = 50 aastat.
   • PLC-kontroller: MTTF_d = 30 aastat.
3. Diagnostiline katvus (DC):
   • Kategooria 4 diagnostiline katvus on 99% (0.99).
4. Ühispõhjustest tingitud rikete tegur (CCF):
   • Kategooria 4 CCF väärtus on vähemalt 65%.
5. Kogu süsteemi MTTF_d arvutamine:
   • E-Stop nupud (kahe kanaliga): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 aastat.
   • Ohutusreleed: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 aastat.
   • PLC-kontroller: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 aastat.
6. Süsteemi MTTF_d arvutamine:
   • Kõigi elementide kombinatsioon: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 aastat.
7. PFH arvutamine (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PL e korral peab PFH olema alla 10^-8 tunnis.
   • MTTF_d ja DC väärtusi kasutades: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Järeldus: süsteem ei saavuta PL e, sest arvutatud PFH ei jää PL e jaoks nõutud piirväärtuse sisse.

Näide 2: arvutused PL c jaoks

Süsteemi kirjeldus:

• Masina juhtimissüsteem ohutuskatte jälgimise funktsiooniga.
• Arhitektuur: kategooria 2, perioodilise seirega.
• Nõutav on saavutada tase PL c.

Arvutusetapid:

1. Süsteemi komponentide määratlemine:
   • Asendianduriga ohutuskate.
   • Ohutusrelee.
   • Ohutusfunktsioonidega PLC-kontroller.
2. Keskmine aeg ohtliku rikkini (MTTF_d):
   • Ohutuskate: MTTF_d = 20 aastat.
   • Ohutusrelee: MTTF_d = 50 aastat.
   • PLC-kontroller: MTTF_d = 30 aastat.
3. Diagnostiline katvus (DC):
   • Kategooria 2 diagnostiline katvus on 90% (0.90).
4. Kogu süsteemi MTTF_d arvutamine:
   • Ohutuskate: MTTF_d = 20 aastat.
   • Ohutusrelee: MTTF_d = 50 aastat.
   • PLC-kontroller: MTTF_d = 30 aastat.
5. Süsteemi MTTF_d arvutamine:
   • Kõigi elementide kombinatsioon: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 aastat.
6. PFH arvutamine (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PL c korral peab PFH olema alla 10^-6 tunnis.
   • MTTF_d ja DC väärtusi kasutades: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Järeldus: süsteem ei saavuta PL c, sest arvutatud PFH ei jää PL c jaoks nõutud piirväärtuse sisse.

Võrdlus standardiga EVS EN IEC 62061

Standardit EVS EN 62061, mis käsitleb ohutusega seotud elektriliste, elektrooniliste ja programmeeritavate juhtimissüsteemide funktsionaalset ohutust, võrreldakse sageli standardiga EVS EN ISO 13849-1. Mõlema standardi eesmärk on tagada masinate ohutus, kuid nende lähenemine ja rakendusala on erinevad.

• Kohaldamisala: EVS EN IEC 62061 keskendub peamiselt elektri-, elektroonilistele ja programmeeritavatele süsteemidele, samas kui EVS EN ISO 13849-1 hõlmab laiemat tehnoloogiavalikut, sealhulgas mehaanilisi ja hüdraulilisi lahendusi.
• Üksikasjalikkuse tase: EVS EN 62061 on elektrooniliste süsteemide tehniliste nõuete osas üksikasjalikum, samas kui EVS EN ISO 13849-1 pakub üldisemat lähenemist, mida saab rakendada eri tehnoloogiates.
• Riskihindamine: Mõlemad standardid nõuavad riskianalüüsi läbiviimist, kuid EVS EN IEC 62061 paneb suuremat rõhku üksikasjalikule riskihindamisele ja kontrollimeetmete rakendamisele programmeeritavates süsteemides.

Performence leveli roll tööstusautomaatikas

Performence level on tootmisprotsesside automatiseerimisel hädavajalik, sest määrava tähtsusega on nii täpsus kui ka töökindlus. Sobiva performence leveli rakendamine masinate juhtimissüsteemides mõjutab otseselt nende tõhusust ja tööohutust. Performence leveli kasutamise näiteks on tootmisliinide projekteerimine, kus iga masin peab vastama kindlatele ohutusnõuetele, et tagada kogu tootmisprotsessi sujuvus ja tõrgeteta toimimine. Tootmisprotsesside automatiseerimine eeldab lisaks tootlikkusele ka vastavust ohutusstandarditele, mis saavutatakse õigesti määratud performence leveli abil. Riskinõuete määratlemisel on oluline ka riskianalüüs vastavalt standardile ISO 12100, samas kui vastavuse kinnitamisel on oluline masinate CE-sertifitseerimine.

Ohutusaudit ja performence level

Ohutusaudit on protsess, mille käigus hinnatakse masinate vastavust ohutusstandardite nõuetele, sealhulgas performence level’ile. Tööstusautomaatika integraatoritel on selliste auditite läbiviimisel võtmeroll, sest nad tagavad, et süsteemid vastavad kõrgeimatele ohutusstandarditele. Performence level määratakse riskianalüüsi ning funktsionaalsete katsete alusel, millega kontrollitakse, kas juhtimissüsteemid töötavad kooskõlas projekteerimiseelduste ja standarditega. Ohutusaudit võib hõlmata ka tehnilise dokumentatsiooni analüüsi, kontrollkatsete tegemist ning masinate ülevaatust võimalike ohtude tuvastamiseks.

Masinate projekteerimine vastavalt performence level nõuetele

Masinate projekteerimine eeldab erinevate mehaaniliste ja elektrooniliste aspektide arvestamist, et täita performence level nõudeid. Mehaanilised süsteemid, nagu pneumaatilised ja hüdraulilised süsteemid, peavad olema tugevusarvutuste seisukohalt hoolikalt dimensioneeritud, et tagada nende töökindlus ja ohutus erinevates töötingimustes. Elektroonilised süsteemid peavad omakorda tagama töökindluse ja funktsionaalse ohutuse, mis on eriti oluline juhtimissüsteemide puhul. Performence level määratleb miinimumnõuded, millele juhtimissüsteemid peavad vastama, et vähendada rikete riski. Projekteerimise käigus arvestab konstruktsioonibüroo ka harmoneeritud standardite nõudeid, näiteks EVS EN ISO 13849-1 ja EVS EN 62061, mis täpsustavad nõudeid mõlemat tüüpi süsteemidele ning tagavad tervikliku lähenemise masinaohutusele.

Masinate CE-sertifitseerimine ja performence level

Standard EVS EN ISO 13849-1 määrab kindlaks nõuded, mis puudutavad masinate CE-sertifitseerimist, keskendudes performence level’iga seotud ohutusaspektidele. CE-sertifitseerimine on vajalik selleks, et masinaid saaks Euroopa Liidu territooriumil seaduslikult turule lasta. Standard EVS EN 62061, mis käsitleb samuti funktsionaalset ohutust, kehtestab täiendavad nõuded elektroonilistele ja programmeeritavatele süsteemidele, mis muudab sertifitseerimisprotsessi keerukamaks. Mõlemad standardid on harmoneeritud masinadirektiiviga 2006/42/EC, mis tähendab, et nende nõuete täitmine on samaväärne vastavuse tagamisega Euroopa ohutusnõuetele.

Performence level ja masinate vastavusse viimine miinimumnõuetega

Masinate vastavusse viimine miinimumnõuetega kooskõlas performence level’iga nõuab täpseid protseduure ja regulaarseid auditeid. Praktilised näited näitavad, kuidas neid protseduure eri tööstusharudes rakendatakse, tagades ohutuse ja vastavuse nõuetele. Performence level on masinate moderniseerimise protsessis võtmetähtsusega, kui olemasolevad seadmed kohandatakse uutele ohutusstandarditele vastavaks. See protsess hõlmab muu hulgas riskianalüüsi, olemasolevate juhtimissüsteemide kohandamist ning katsete ja kontrollide läbiviimist, et tagada masinate vastavus kehtivatele ohutusnõuetele. Masinate vastavusse viimine miinimumnõuetega vastavalt performence level’ile on nende ohutu ja tõhusa töö tagamiseks hädavajalik.

Tähtsus tööstus 4.0 jaoks

Standard EVS EN ISO 13849-1 on tööstus 4.0 kontekstis võtmetähtsusega, kuna seda iseloomustab süsteemide kõrge automatiseerituse ja integratsiooni tase. Tööstus 4.0 raames peavad juhtimissüsteemid olema mitte ainult töökindlad, vaid ka paindlikud ja skaleeritavad, et tulla toime tootmise dünaamiliselt muutuvate nõuetega. Standardis EVS EN ISO 13849-1 määratletud performence level tagab, et juhtimissüsteemid projekteeritakse kõrgeimaid ohutusstandardeid silmas pidades, mis on keerukates ja automatiseeritud tootmiskeskkondades hädavajalik.

Performence Level: kokkuvõte

Standard EVS EN ISO 13849-1 on masinate ja juhtimissüsteemide ohutuse tagamisel keskse tähtsusega dokument. Selle nõuete täitmine annab ettevõtetele kindluse, et nende juhtimissüsteemid vastavad uusimatele ohutusnõuetele, vähendades rikete ja õnnetuste riski. Performence level on selle standardi keskne element, mis määratleb juhtimissüsteemide töökindluse ja funktsionaalsuse nõuded. Standardi EVS EN ISO 13849-1 järgimine on CE-märgise saamiseks hädavajalik ning tagab, et Euroopa turule lastavad masinad on kasutajatele ja töökeskkonnale ohutud.