Razina učinkovitosti: ključ sigurnosti strojeva

Uvod u koncept performence level

U današnjem svijetu industrijske automatizacije, koji se brzo razvija, performence level ima ključnu ulogu u osiguravanju sigurnosti strojeva i uređaja. Performence level označava stupanj sposobnosti sustava da postigne određenu razinu sigurnosti, uz smanjenje rizika od kvarova i nesreća. U kontekstu Direktive o strojevima 2006/42/EC, usklađene norme tipa B, kao što je HRN EN ISO 13849-1, definiraju opća načela projektiranja koja moraju biti ispunjena kako bi strojevi mogli dobiti oznaku CE. Performence level jedan je od ključnih elemenata tih normi i utječe na svaki aspekt projektiranja, audita i upravljanja sigurnošću strojeva te proizvodnih i tehnoloških linija.

Uvod u normu HRN EN ISO 13849-1

Norma HRN EN ISO 13849-1 ključni je dokument u području sigurnosti strojeva koji propisuje zahtjeve za projektiranje, implementaciju i ocjenjivanje upravljačkih sustava povezanih sa sigurnošću. Njezin je glavni cilj osigurati da ti sustavi ispunjavaju odgovarajuće razine pouzdanosti i funkcionalnosti, uz smanjenje rizika od kvarova koji bi mogli dovesti do opasnosti za rukovatelje i radno okruženje. Ova je norma usklađena s Direktivom o strojevima 2006/42/EC, što znači da je njezina primjena ključna za dobivanje CE oznake za strojeve i uređaje koji se stavljaju na europsko tržište.

Osnovni pojmovi i područje primjene norme

Norma HRN EN ISO 13849-1 definira performence level (PL) kao stupanj sposobnosti sustava da postigne određenu razinu sigurnosti, mjerenu u pet kategorija od PL a do PL e, pri čemu je PL e najviša razina sigurnosti. Performence level ovisi o nekoliko čimbenika, kao što su arhitektura sustava, dijagnostika i pouzdanost komponenti.

Norma obuhvaća širok raspon aspekata povezanih s projektiranjem i ocjenjivanjem upravljačkih sustava povezanih sa sigurnošću, uključujući:

• Analizu rizika: Utvrđivanje i procjenu mogućih opasnosti povezanih s radom stroja.
• Specifikaciju sigurnosnih zahtjeva: Definiranje zahtjeva za sigurnosne funkcije koje upravljački sustav mora ispuniti.
• Projektiranje upravljačkih sustava: Izradu i implementaciju sustava usklađenih s određenim performence level.
• Ocjenjivanje i verifikaciju: Provođenje ispitivanja i analiza radi potvrde da sustavi ispunjavaju zahtjeve norme.

Analiza rizika i određivanje sigurnosnih zahtjeva

Prvi korak u postupku usklađivanja s normom HRN EN ISO 13849-1 jest provedba detaljne analize rizika. Cilj te analize je identificirati moguće opasnosti i procijeniti rizik povezan sa svakom od njih. Na temelju rezultata analize rizika određuju se sigurnosni zahtjevi za upravljačke sustave.

Ključan alat u analizi rizika je analiza rizika prema HRN EN ISO 12100, koja pruža metodologiju za sustavnu procjenu rizika. Ta metodologija obuhvaća identifikaciju opasnosti, procjenu rizika i određivanje mjera kontrole s ciljem smanjenja rizika na prihvatljivu razinu.

Projektiranje upravljačkih sustava

Projektiranje upravljačkih sustava u skladu s HRN EN ISO 13849-1 obuhvaća nekoliko ključnih faza, uključujući:

• Definiranje sigurnosnih funkcija: Određivanje koje su upravljačke funkcije kritične za sigurnost i koji su njihovi zahtjevi.
• Odabir komponenti: Odabir odgovarajućih komponenti koje ispunjavaju zahtjeve u pogledu pouzdanosti i dijagnostike.
• Arhitekturu sustava: Projektiranje strukture upravljačkog sustava uzimajući u obzir redundanciju i dijagnostiku.
• Proračune pouzdanosti: Provođenje proračuna pouzdanosti, kao što su srednje vrijeme do kvara (MTTF) i srednje vrijeme do popravka (MTTR), radi određivanja ukupnog performence level sustava.

Implementacija i integracija

Nakon projektiranja upravljačkog sustava, sljedeći korak je njegova implementacija i integracija sa strojem. Ova faza obuhvaća:

• Ugradnju komponenti: Montažu odabranih komponenti u skladu s projektom.
• Integraciju sustava: Povezivanje različitih dijelova upravljačkog sustava uz osiguravanje njihove suradnje i kompatibilnosti.
• Funkcionalno ispitivanje: Provođenje funkcionalnih ispitivanja kako bi se potvrdilo da sustav radi u skladu s projektnim pretpostavkama.

Verifikacija i validacija

Ključan element usklađenosti s normom HRN EN ISO 13849-1 jest postupak verifikacije i validacije, koji obuhvaća:

• Verifikacija projekta: Provjera ispunjava li projekt upravljačkog sustava sve definirane zahtjeve.
• Validacijska ispitivanja: Provedba validacijskih ispitivanja, uključujući simulacije i praktična testiranja, kako bi se potvrdilo da sustav radi u skladu sa zahtjevima za performence level.
• Dokumentacija: Izrada detaljne dokumentacije koja sadrži rezultate ispitivanja i analiza te potvrđuje usklađenost sustava s normom.

Primjer izračuna za PL e i PL c

Izračuni za razine izvedbe PL e i PL c ključni su kako bi se osiguralo da upravljački sustavi povezani sa sigurnošću ispunjavaju tražene standarde pouzdanosti. U nastavku donosim primjere izračuna za obje razine izvedbe.

Primjer 1: Izračuni za PL e

Opis sustava:

• Upravljački sustav proizvodnog stroja s funkcijom zaustavljanja u nuždi (E-Stop).
• Arhitektura: kategorija 4, s dvokanalnom izvedbom i nadzorom.
• Potrebno je postići razinu PL e.

Koraci izračuna:

1. Određivanje komponenti sustava:
   • Dva E-Stop tipkala (dvokanalna izvedba).
   • Dva sigurnosna releja.
   • PLC upravljač sa sigurnosnim funkcijama.
2. Srednje vrijeme do opasnog kvara (MTTF_d):
   • Svako E-Stop tipkalo ima MTTF_d = 100 godina.
   • Svaki sigurnosni relej ima MTTF_d = 50 godina.
   • PLC upravljač ima MTTF_d = 30 godina.
3. Dijagnostička pokrivenost (DC):
   • Dijagnostička pokrivenost za kategoriju 4 iznosi 99% (0.99).
4. Faktor kvarova zbog zajedničkog uzroka (CCF):
   • Vrijednost CCF za kategoriju 4 iznosi najmanje 65%.
5. Izračun MTTF_d cijelog sustava:
   • E-Stop tipkala (dvokanalna izvedba): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 godina.
   • Sigurnosni releji: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 godina.
   • PLC upravljač: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 godina.
6. Izračun MTTF_d sustava:
   • Kombinacija svih elemenata: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 godina.
7. Izračun PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PFH za PL e mora biti ispod 10^-8 po satu.
   • Primjenom vrijednosti MTTF_d i DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Zaključak: Sustav ne postiže PL e, jer izračunati PFH ne ulazi u zahtijevanu vrijednost za PL e.

Primjer 2: Izračuni za PL c

Opis sustava:

• Upravljački sustav stroja s funkcijom nadzora sigurnosne zaštite.
• Arhitektura: kategorija 2, s periodičkim nadzorom.
• Potrebno je postići razinu PL c.

Koraci izračuna:

1. Određivanje komponenti sustava:
   • Sigurnosna zaštita sa senzorom položaja.
   • Sigurnosni relej.
   • PLC upravljač sa sigurnosnim funkcijama.
2. Srednje vrijeme do opasnog kvara (MTTF_d):
   • Sigurnosna zaštita: MTTF_d = 20 godina.
   • Sigurnosni relej: MTTF_d = 50 godina.
   • PLC upravljač: MTTF_d = 30 godina.
3. Dijagnostička pokrivenost (DC):
   • Dijagnostička pokrivenost za kategoriju 2 iznosi 90% (0.90).
4. Izračun MTTF_d cijelog sustava:
   • Sigurnosna zaštita: MTTF_d = 20 godina.
   • Sigurnosni relej: MTTF_d = 50 godina.
   • PLC upravljač: MTTF_d = 30 godina.
5. Izračun MTTF_d sustava:
   • Kombinacija svih elemenata: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 godina.
6. Izračun PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PFH za PL c mora biti ispod 10^-6 po satu.
   • Primjenom vrijednosti MTTF_d i DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Zaključak: Sustav ne postiže PL c, jer izračunati PFH ne ulazi u zahtijevanu vrijednost za PL c.

Usporedba s normom HRN EN IEC 62061

Norma HRN EN 62061, koja se odnosi na funkcionalnu sigurnost električnih, elektroničkih i programabilnih upravljačkih sustava povezanih sa sigurnošću, često se uspoređuje s normom HRN EN ISO 13849-1. Obje norme imaju za cilj osigurati sigurnost strojeva, ali se razlikuju po pristupu i području primjene.

• Područje primjene: HRN EN IEC 62061 prvenstveno je usmjerena na električne, elektroničke i programabilne sustave, dok HRN EN ISO 13849-1 obuhvaća širi raspon tehnologija, uključujući mehaničke i hidrauličke.
• Razina detaljnosti: HRN EN 62061 detaljnije propisuje tehničke zahtjeve za elektroničke sustave, dok HRN EN ISO 13849-1 nudi općenitiji pristup koji se može primijeniti na različite tehnologije.
• Procjena rizika: Obje norme zahtijevaju provedbu analize rizika, ali HRN EN IEC 62061 stavlja veći naglasak na detaljnu procjenu rizika i provedbu kontrolnih mjera u programabilnim sustavima.

Uloga performence level u industrijskoj automatizaciji

Performence level nezaobilazan je element automatizacije proizvodnih procesa, u kojima su preciznost i pouzdanost ključni. Primjena odgovarajuće razine performence level u sustavima upravljanja strojevima izravno utječe na njihovu učinkovitost i radnu sigurnost. Primjer primjene performence level je projektiranje proizvodnih linija, gdje svaki stroj mora ispuniti određene sigurnosne zahtjeve kako bi se osigurali neometan i pouzdan tijek cijelog proizvodnog procesa. Automatizacija proizvodnih procesa zahtijeva ne samo učinkovitost, nego i usklađenost sa sigurnosnim normama, što se postiže pravilno određenim performence level.

Sigurnosni audit i performence level

Sigurnosni audit postupak je kojim se ocjenjuje usklađenost strojeva sa zahtjevima sigurnosnih normi, uključujući performence level. Integratori industrijske automatike imaju ključnu ulogu u provedbi takvih audita jer osiguravaju da sustavi ispunjavaju najviše sigurnosne standarde. Performence level procjenjuje se na temelju analize rizika i funkcionalnih ispitivanja kojima se provjerava rade li upravljački sustavi u skladu s projektnim pretpostavkama i normama. Sigurnosni audit može obuhvatiti i analizu tehničke dokumentacije, provedbu provjernih ispitivanja te pregled strojeva radi utvrđivanja mogućih opasnosti.

Projektiranje strojeva u skladu sa zahtjevima performence level

Projektiranje strojeva zahtijeva uzimanje u obzir različitih mehaničkih i elektroničkih aspekata kako bi se ispunili zahtjevi performence level. Mehanički sklopovi, kao što su pneumatski i hidraulički sustavi, moraju biti pažljivo proračunati s obzirom na čvrstoću kako bi se osigurala njihova pouzdanost i sigurnost u različitim radnim uvjetima. Elektronički sklopovi, s druge strane, moraju osigurati pouzdanost i funkcionalnu sigurnost, što je osobito važno kod upravljačkih sustava. Performence level definira minimalne zahtjeve koje upravljački sustavi moraju ispuniti kako bi se rizik od kvara sveo na najmanju moguću mjeru. U sklopu projektiranja konstrukcijski ured uzima u obzir i zahtjeve usklađenih normi, kao što su HRN EN ISO 13849-1 i HRN EN 62061, koje preciziraju zahtjeve za obje vrste sklopova i osiguravaju cjelovit pristup sigurnosti strojeva.

CE certifikacija strojeva i performence level

Norma HRN EN ISO 13849-1 utvrđuje zahtjeve za CE certifikaciju strojeva, s naglaskom na sigurnosne aspekte povezane s performence level. CE certifikacija nužna je kako bi se strojevi mogli zakonito staviti na tržište Europske unije. Norma HRN EN 62061, koja se također odnosi na funkcionalnu sigurnost, uvodi dodatne zahtjeve za elektroničke i programabilne sustave, čime se povećava složenost postupka certifikacije. Obje su norme usklađene s Direktivom o strojevima 2006/42/EC, što znači da ispunjavanje njihovih zahtjeva ujedno potvrđuje usklađenost s europskim sigurnosnim propisima.

Performence level i prilagodba strojeva minimalnim zahtjevima

Prilagodba strojeva minimalnim zahtjevima u skladu s performence level zahtijeva precizne postupke i redovite audite. Primjeri iz prakse pokazuju kako se ti postupci primjenjuju u različitim industrijama, uz osiguravanje sigurnosti i usklađenosti s propisima. Performence level ključan je element u procesu modernizacije strojeva, pri čemu se postojeća oprema prilagođava novim sigurnosnim standardima. Taj proces obuhvaća, među ostalim, analizu rizika, prilagodbu postojećih upravljačkih sustava te provedbu ispitivanja i verifikacije kako bi se osiguralo da strojevi ispunjavaju aktualne sigurnosne zahtjeve. Prilagodba strojeva minimalnim zahtjevima u skladu s performence level ključna je za osiguravanje njihova sigurnog i učinkovitog rada.

Značenje za Industriju 4.0

Norma HRN EN ISO 13849-1 ima ključno značenje u kontekstu Industrije 4.0, koju obilježava visok stupanj automatizacije i integracije sustava. U okviru Industrije 4.0 upravljački sustavi moraju biti ne samo pouzdani, nego i fleksibilni te skalabilni kako bi odgovorili na dinamično promjenjive zahtjeve proizvodnje. Performence level definiran u normi HRN EN ISO 13849-1 osigurava da se upravljački sustavi projektiraju prema najvišim sigurnosnim standardima, što je nužno u složenim i automatiziranim proizvodnim okruženjima.

Performence Level: Sažetak

Norma HRN EN ISO 13849-1 ključan je dokument za osiguravanje sigurnosti strojeva i upravljačkih sustava. Zahvaljujući usklađenosti s tom normom, tvrtke mogu biti sigurne da su njihovi upravljački sustavi u skladu s najnovijim sigurnosnim zahtjevima, čime se smanjuje rizik od kvarova i nesreća. Performence level središnji je element te norme jer definira zahtjeve koji se odnose na pouzdanost i funkcionalnost upravljačkih sustava. Poštivanje norme HRN EN ISO 13849-1 nužno je za dobivanje oznake CE i za osiguravanje da su strojevi koji se stavljaju na europsko tržište sigurni za korisnike i radno okruženje.