Teljesítményszint: a gépbiztonság kulcsa

Bevezetés a performence level fogalmába

Az ipari automatizálás napjainkban dinamikusan fejlődő világában a performence level kulcsszerepet játszik a gépek és berendezések biztonságának biztosításában. A performence level a rendszer azon képességének mértéke, hogy elérjen egy meghatározott biztonsági szintet, miközben minimalizálja a meghibásodások és balesetek kockázatát. A 2006/42/EK Gépdirektíva összefüggésében a B típusú harmonizált szabványok, például a MSZ EN ISO 13849-1, meghatározzák azokat az általános tervezési elveket, amelyeknek teljesülniük kell ahhoz, hogy a gépek megkaphassák a CE-jelölést. A performence level e szabványok egyik kulcseleme, amely hatással van a gépek és a gyártósorok biztonságának tervezésére, auditjára és irányítására.

Bevezetés a MSZ EN ISO 13849-1 szabványba

A MSZ EN ISO 13849-1 szabvány a gépbiztonság egyik alapvető dokumentuma, amely meghatározza a biztonsághoz kapcsolódó vezérlőrendszerek tervezésére, bevezetésére és értékelésére vonatkozó követelményeket. Fő célja annak biztosítása, hogy ezek a rendszerek megfeleljenek a megfelelő megbízhatósági és működési szinteknek, minimalizálva azoknak a meghibásodásoknak a kockázatát, amelyek veszélyt jelenthetnek a kezelőkre és a munkakörnyezetre. Ez a szabvány harmonizált a 2006/42/EK Gépdirektívával, ami azt jelenti, hogy teljesítése kulcsfontosságú az európai piacra kerülő gépek és berendezések CE-jelölésének megszerzéséhez.

Alapfogalmak és a szabvány hatálya

A MSZ EN ISO 13849-1 szabvány a performence level (PL) fogalmát úgy határozza meg, mint a rendszer képességének mértékét egy meghatározott biztonsági szint elérésére, amelyet öt kategóriában mérnek, a PL a-tól a PL e-ig, ahol a PL e a legmagasabb biztonsági szint. A performence level több tényezőtől függ, például a rendszer architektúrájától, a diagnosztikától és az alkatrészek megbízhatóságától.

A szabvány a biztonsághoz kapcsolódó vezérlőrendszerek tervezésével és értékelésével összefüggő szempontok széles körét fedi le, többek között:

• Kockázatelemzés: A gép működésével kapcsolatos lehetséges veszélyek meghatározása és értékelése.
• Biztonsági követelmények specifikálása: Azoknak a biztonsági funkcióknak a meghatározása, amelyeket a vezérlőrendszernek teljesítenie kell.
• Vezérlőrendszerek tervezése: Az előírt performence level szintnek megfelelő rendszerek kialakítása és megvalósítása.
• Értékelés és ellenőrzés: Olyan vizsgálatok és elemzések elvégzése, amelyek igazolják, hogy a rendszerek megfelelnek a szabvány követelményeinek.

Kockázatelemzés és a biztonsági követelmények meghatározása

A MSZ EN ISO 13849-1 szabványnak való megfelelés első lépése a részletes kockázatelemzés elvégzése. Ennek célja a lehetséges veszélyek azonosítása, valamint az egyes veszélyekhez kapcsolódó kockázat értékelése. A kockázatelemzés eredményei alapján határozzák meg a vezérlőrendszerekre vonatkozó biztonsági követelményeket.

A kockázatelemzés egyik kulcsfontosságú eszköze a MSZ EN ISO 12100 szerinti kockázatelemzés, amely módszertant ad a kockázat szisztematikus értékeléséhez. Ez a módszertan magában foglalja a veszélyek azonosítását, a kockázat értékelését, valamint azoknak az ellenőrző intézkedéseknek a meghatározását, amelyek célja a kockázat elfogadható szintre csökkentése.

Vezérlőrendszerek tervezése

A MSZ EN ISO 13849-1 szerinti vezérlőrendszerek tervezése több kulcsfontosságú szakaszból áll, többek között:

• A biztonsági funkciók meghatározása: Annak rögzítése, hogy mely vezérlési funkciók kritikusak a biztonság szempontjából, és milyen követelmények vonatkoznak rájuk.
• Alkatrészek kiválasztása: Olyan megfelelő alkatrészek kiválasztása, amelyek teljesítik a megbízhatóságra és diagnosztikára vonatkozó követelményeket.
• Rendszerarchitektúra: A vezérlőrendszer felépítésének megtervezése, figyelembe véve a redundanciát és a diagnosztikát.
• Megbízhatósági számítások: Olyan megbízhatósági számítások elvégzése, mint az átlagos meghibásodásig eltelt idő (MTTF) és az átlagos javítási idő (MTTR), a rendszer általános performence level szintjének meghatározása érdekében.

Megvalósítás és integráció

A vezérlőrendszer megtervezését követően a következő lépés annak megvalósítása és a gépbe történő integrálása. Ez a szakasz a következőket foglalja magában:

• Alkatrészek telepítése: A kiválasztott alkatrészek beépítése a tervnek megfelelően.
• Rendszerek integrációja: A vezérlőrendszer különböző részeinek összekapcsolása, együttműködésük és kompatibilitásuk biztosításával.
• Funkcionális tesztelés: Funkcionális vizsgálatok elvégzése annak ellenőrzésére, hogy a rendszer a tervezési feltételezéseknek megfelelően működik.

Verifikáció és validálás

A MSZ EN ISO 13849-1 szabványnak való megfelelés kulcseleme a verifikáció és validálás folyamata, amely magában foglalja:

• A terv ellenőrzése: Annak vizsgálata, hogy a vezérlőrendszer terve megfelel-e az összes meghatározott követelménynek.
• Validálási vizsgálatok: Olyan validálási vizsgálatok elvégzése, amelyek szimulációkat és gyakorlati teszteket is magukban foglalnak annak igazolására, hogy a rendszer az előírt performence level követelményeinek megfelelően működik.
• Dokumentáció: Részletes dokumentáció készítése, amely tartalmazza a vizsgálatok és elemzések eredményeit, és igazolja a rendszer szabványnak való megfelelőségét.

Számítási példa PL e és PL c esetére

A PL e és PL c teljesítményszintekhez tartozó számítások kulcsfontosságúak annak biztosításában, hogy a biztonsággal összefüggő vezérlőrendszerek teljesítsék az előírt megbízhatósági követelményeket. Az alábbiakban mindkét teljesítményszintre bemutatok egy-egy számítási példát.

1. példa: Számítások PL e esetén

A rendszer leírása:

• Egy gyártógép vezérlőrendszere vészleállítási funkcióval (E-Stop).
• Architektúra: 4. kategória, kétcsatornás kialakítással és felügyelettel.
• A cél a PL e szint elérése.

A számítás lépései:

1. A rendszer komponenseinek meghatározása:
   • Két E-Stop nyomógomb (kétcsatornás kialakítás).
   • Két biztonsági relé.
   • Biztonsági funkciókkal rendelkező PLC-vezérlő.
2. Átlagos idő a veszélyes meghibásodásig (MTTF_d):
   • Minden E-Stop nyomógomb MTTF_d értéke = 100 év.
   • Minden biztonsági relé MTTF_d értéke = 50 év.
   • A PLC-vezérlő MTTF_d értéke = 30 év.
3. Diagnosztikai lefedettség (DC):
   • A 4. kategóriához tartozó diagnosztikai lefedettség 99% (0.99).
4. A közös okú meghibásodások tényezője (CCF):
   • A CCF értéke a 4. kategória esetén legalább 65%.
5. A teljes rendszer MTTF_d értékének kiszámítása:
   • E-Stop nyomógombok (kétcsatornás kialakítás): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 év.
   • Biztonsági relék: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 év.
   • PLC-vezérlő: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 év.
6. A rendszer MTTF_d értékének kiszámítása:
   • Az összes elem kombinációja: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 év.
7. A PFH (Probability of dangerous Failure per Hour) kiszámítása:
   • A PL e esetén a PFH értékének 10^-8/óra alatt kell lennie.
   • Az MTTF_d és a DC értékek felhasználásával: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Következtetés: A rendszer nem éri el a PL e szintet, mert a kiszámított PFH nem esik a PL e esetén előírt tartományba.

2. példa: Számítások PL c esetén

A rendszer leírása:

• Egy gép vezérlőrendszere biztonsági védőburkolat felügyeleti funkcióval.
• Architektúra: 2. kategória, időszakos felügyelettel.
• A cél a PL c szint elérése.

A számítás lépései:

1. A rendszer komponenseinek meghatározása:
   • Biztonsági védőburkolat helyzetérzékelővel.
   • Biztonsági relé.
   • Biztonsági funkciókkal rendelkező PLC-vezérlő.
2. Átlagos idő a veszélyes meghibásodásig (MTTF_d):
   • Biztonsági védőburkolat: MTTF_d = 20 év.
   • Biztonsági relé: MTTF_d = 50 év.
   • PLC-vezérlő: MTTF_d = 30 év.
3. Diagnosztikai lefedettség (DC):
   • A 2. kategóriához tartozó diagnosztikai lefedettség 90% (0.90).
4. A teljes rendszer MTTF_d értékének kiszámítása:
   • Biztonsági védőburkolat: MTTF_d = 20 év.
   • Biztonsági relé: MTTF_d = 50 év.
   • PLC-vezérlő: MTTF_d = 30 év.
5. A rendszer MTTF_d értékének kiszámítása:
   • Az összes elem kombinációja: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 év.
6. A PFH (Probability of dangerous Failure per Hour) kiszámítása:
   • A PL c esetén a PFH értékének 10^-6/óra alatt kell lennie.
   • Az MTTF_d és a DC értékek felhasználásával: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Következtetés: A rendszer nem éri el a PL c szintet, mert a kiszámított PFH nem esik a PL c esetén előírt tartományba.

Összehasonlítás a MSZ EN IEC 62061 szabvánnyal

A biztonsággal összefüggő villamos, elektronikus és programozható elektronikus vezérlőrendszerek funkcionális biztonságára vonatkozó MSZ EN 62061 szabványt gyakran hasonlítják össze a MSZ EN ISO 13849-1 szabvánnyal. Mindkét szabvány célja a gépbiztonság biztosítása, azonban megközelítésük és alkalmazási területük eltérő.

• Hatókör: A MSZ EN IEC 62061 elsősorban az elektromos, elektronikus és programozható rendszerekre összpontosít, míg a MSZ EN ISO 13849-1 szélesebb technológiai kört fed le, beleértve a mechanikus és hidraulikus megoldásokat is.
• Részletezettség szintje: A MSZ EN 62061 részletesebben határozza meg az elektronikus rendszerekre vonatkozó műszaki követelményeket, míg a MSZ EN ISO 13849-1 általánosabb megközelítést kínál, amely különböző technológiák esetében is alkalmazható.
• Kockázatértékelés: Mindkét szabvány megköveteli a kockázatelemzés elvégzését, de a MSZ EN IEC 62061 nagyobb hangsúlyt helyez a részletes kockázatértékelésre és az ellenőrző intézkedések bevezetésére a programozható rendszerekben.

A performence level szerepe az ipari automatizálásban

A performence level az automatizált gyártási folyamatok nélkülözhetetlen eleme, ahol a pontosság és a megbízhatóság kulcsfontosságú. A megfelelő performence level bevezetése a gépvezérlő rendszerekben közvetlenül befolyásolja azok hatékonyságát és üzembiztonságát. A performence level alkalmazására jó példa a gyártósorok tervezése, ahol minden gépnek meg kell felelnie a meghatározott biztonsági követelményeknek, hogy a teljes gyártási folyamat folyamatos és hibamentes legyen. A gyártási folyamatok automatizálása nemcsak nagy teljesítményt, hanem a biztonsági szabványoknak való megfelelést is megköveteli, amit a megfelelően meghatározott performence level tesz lehetővé. Ez különösen fontos a biztonsági auditok során a gépek és gyártósorok esetében.

Biztonsági audit és performence level

A biztonsági audit olyan folyamat, amely felméri, hogy a gépek megfelelnek-e a biztonsági szabványok követelményeinek, beleértve a performence level követelményeit is. Az ipari automatizálási integrátorok kulcsszerepet játszanak az ilyen auditok elvégzésében, biztosítva, hogy a rendszerek a legmagasabb szintű biztonsági elvárásoknak is megfeleljenek. A performence level értékelése kockázatelemzésen és funkcionális vizsgálatokon alapul, amelyek azt ellenőrzik, hogy a vezérlőrendszerek a tervezési feltételezéseknek és a szabványoknak megfelelően működnek-e. A biztonsági audit kiterjedhet a műszaki dokumentáció elemzésére, ellenőrző vizsgálatok elvégzésére, valamint a gépek átvizsgálására is a lehetséges veszélyek azonosítása érdekében.

Géptervezés a performence level követelményei szerint

A géptervezés során a különböző mechanikai és elektronikai szempontokat egyaránt figyelembe kell venni ahhoz, hogy teljesüljenek a performence level követelményei. A mechanikus rendszereket, például a pneumatikus és hidraulikus rendszereket, szilárdsági szempontból gondosan méretezni kell, hogy különböző üzemi körülmények között is biztosított legyen megbízható és biztonságos működésük. Az elektronikus rendszereknek ezzel szemben megbízhatóságot és funkcionális biztonságot kell garantálniuk, ami különösen fontos a vezérlőrendszerek esetében. A performence level meghatározza azokat a minimális követelményeket, amelyeknek a vezérlőrendszereknek meg kell felelniük a meghibásodási kockázat minimalizálása érdekében. A tervezés részeként a tervezőiroda figyelembe veszi a harmonizált szabványok követelményeit is, például a MSZ EN ISO 13849-1 és a MSZ EN 62061 előírásait, amelyek mindkét rendszertípusra pontos követelményeket határoznak meg, így átfogó megközelítést biztosítanak a gépbiztonság terén.

A gépek CE-tanúsítása és a performence level

A MSZ EN ISO 13849-1 szabvány meghatározza a gépek CE-tanúsítására vonatkozó követelményeket, különös tekintettel a performence level biztonsági vonatkozásaira. A CE-tanúsítás elengedhetetlen ahhoz, hogy a gépek jogszerűen forgalomba hozhatók legyenek az Európai Unió területén. A funkcionális biztonsággal szintén foglalkozó MSZ EN 62061 szabvány további követelményeket vezet be az elektronikus és programozható rendszerekre vonatkozóan, ami növeli a tanúsítási folyamat összetettségét. Mindkét szabvány harmonizált a 2006/42/EC Gépdirektívával, ami azt jelenti, hogy követelményeik teljesítése egyben az európai biztonsági előírásoknak való megfelelést is biztosítja.

Performence level és a gépek minimális követelményekhez igazítása

A gépek minimális követelményekhez igazítása a performence level előírásaival összhangban pontos eljárásokat és rendszeres auditokat igényel. A gyakorlati példák megmutatják, hogyan alkalmazzák ezeket az eljárásokat a különböző iparágakban a biztonság és a jogszabályi megfelelés biztosítása érdekében. A performence level kulcsfontosságú elem a gépek korszerűsítésének folyamatában, amikor a meglévő berendezéseket az új biztonsági szabványokhoz igazítják. Ez a folyamat többek között kockázatelemzést, a meglévő vezérlőrendszerek módosítását, valamint vizsgálatok és ellenőrzések elvégzését foglalja magában annak biztosítására, hogy a gépek megfeleljenek az aktuális biztonsági követelményeknek. A gépek minimális követelményekhez igazítása a performence level szerint alapvető fontosságú a biztonságos és hatékony működés biztosításához.

Jelentősége az Ipar 4.0 számára

A MSZ EN ISO 13849-1 szabvány kiemelt jelentőségű az Ipar 4.0 összefüggésében, amelyet az automatizálás és a rendszerintegráció magas szintje jellemez. Az Ipar 4.0 keretében a vezérlőrendszereknek nemcsak megbízhatónak, hanem rugalmasnak és skálázhatónak is kell lenniük ahhoz, hogy megfeleljenek a termelés dinamikusan változó követelményeinek. A MSZ EN ISO 13849-1 szabványban meghatározott performence level biztosítja, hogy a vezérlőrendszereket a legmagasabb biztonsági követelmények figyelembevételével tervezzék meg, ami elengedhetetlen az összetett és automatizált gyártási környezetekben.

Performence Level: Összefoglalás

A MSZ EN ISO 13849-1 szabvány kulcsfontosságú dokumentum a gépek és vezérlőrendszerek biztonságának biztosításában. Követelményeinek teljesítésével a vállalatok biztosak lehetnek abban, hogy vezérlőrendszereik megfelelnek a legújabb biztonsági elvárásoknak, miközben minimalizálják a meghibásodások és balesetek kockázatát. A performence level e szabvány központi eleme, amely meghatározza a vezérlőrendszerek megbízhatóságára és funkcionalitására vonatkozó követelményeket. A MSZ EN ISO 13849-1 szabvány betartása elengedhetetlen a CE-jelölés megszerzéséhez, valamint annak biztosításához, hogy az európai piacra kerülő gépek biztonságosak legyenek a felhasználók és a munkakörnyezet számára.