Eksploatacinių savybių lygis: raktas į mašinų saugą

Įvadas į performence level koncepciją

Šiandien sparčiai besivystančiame pramonės automatikos pasaulyje performence level atlieka esminį vaidmenį užtikrinant mašinų ir įrenginių saugą. Performence level – tai sistemos gebėjimo pasiekti nustatytą saugos lygį laipsnis, mažinant gedimų ir nelaimingų atsitikimų riziką. Mašinų direktyvos 2006/42/EC kontekste B tipo darniosios normos, tokios kaip LST EN ISO 13849-1, apibrėžia bendruosius projektavimo principus, kuriuos būtina įvykdyti, kad mašinos galėtų gauti CE ženklą. Performence level yra vienas svarbiausių šių normų elementų, darantis įtaką kiekvienam mašinų ir gamybos linijų projektavimo, audito ir saugos valdymo aspektui.

Įvadas į LST EN ISO 13849-1 standartą

LST EN ISO 13849-1 standartas yra pagrindinis dokumentas mašinų saugos srityje, nustatantis su sauga susijusių valdymo sistemų projektavimo, diegimo ir vertinimo reikalavimus. Pagrindinis jo tikslas – užtikrinti, kad šios sistemos atitiktų tinkamus patikimumo ir funkcionalumo lygius, sumažinant gedimų, galinčių sukelti pavojų operatoriams ir darbo aplinkai, riziką. Šis standartas yra darnusis su Mašinų direktyva 2006/42/EC, todėl jo laikymasis yra labai svarbus siekiant gauti CE ženklinimą mašinoms ir įrenginiams, tiekiamiems Europos rinkai.

Pagrindinės sąvokos ir standarto taikymo sritis

LST EN ISO 13849-1 standartas apibrėžia performence level (PL) kaip sistemos gebėjimo pasiekti nustatytą saugos lygį laipsnį, vertinamą penkiomis kategorijomis nuo PL a iki PL e, kur PL e yra aukščiausias saugos lygis. Performence level priklauso nuo kelių veiksnių, tokių kaip sistemos architektūra, diagnostika ir komponentų patikimumas.

Standartas apima platų su sauga susijusių valdymo sistemų projektavimo ir vertinimo aspektų spektrą, įskaitant:

• Rizikos analizė: galimų pavojų, susijusių su mašinos veikimu, nustatymas ir įvertinimas.
• Saugos reikalavimų specifikavimas: saugos funkcijų, kurias turi atitikti valdymo sistema, reikalavimų apibrėžimas.
• Valdymo sistemų projektavimas: sistemų, atitinkančių nustatytą performence level, kūrimas ir įgyvendinimas.
• Vertinimas ir patikra: bandymų ir analizių atlikimas siekiant patvirtinti, kad sistemos atitinka standarto reikalavimus.

Rizikos analizė ir saugos reikalavimų nustatymas

Pirmasis atitikties LST EN ISO 13849-1 standartui proceso žingsnis yra išsamios rizikos analizės atlikimas. Šios analizės tikslas – nustatyti galimus pavojus ir įvertinti su kiekvienu iš jų susijusią riziką. Remiantis rizikos analizės rezultatais, nustatomi saugos reikalavimai valdymo sistemoms.

Pagrindinė rizikos analizės priemonė yra rizikos analizė pagal LST EN ISO 12100, kuri pateikia sisteminio rizikos vertinimo metodiką. Ši metodika apima pavojų nustatymą, rizikos vertinimą ir kontrolės priemonių, skirtų sumažinti riziką iki priimtino lygio, parinkimą.

Valdymo sistemų projektavimas

LST EN ISO 13849-1 atitinkančių valdymo sistemų projektavimas apima kelis pagrindinius etapus, įskaitant:

• Saugos funkcijų apibrėžimas: nustatoma, kurios valdymo funkcijos yra kritiškai svarbios saugai ir kokie joms keliami reikalavimai.
• Komponentų parinkimas: tinkamų komponentų, atitinkančių patikimumo ir diagnostikos reikalavimus, pasirinkimas.
• Sistemos architektūra: valdymo sistemos struktūros projektavimas, atsižvelgiant į pertekliškumą ir diagnostiką.
• Patikimumo skaičiavimai: patikimumo skaičiavimų, tokių kaip vidutinis laikas iki gedimo (MTTF) ir vidutinis remonto laikas (MTTR), atlikimas siekiant nustatyti bendrą sistemos performence level.

Įgyvendinimas ir integravimas

Suprojektavus valdymo sistemą, kitas žingsnis yra jos įgyvendinimas ir integravimas su mašina. Šis etapas apima:

• Komponentų montavimas: pasirinktų komponentų sumontavimą pagal projektą.
• Sistemų integravimas: skirtingų valdymo sistemos dalių sujungimą, užtikrinant jų tarpusavio veikimą ir suderinamumą.
• Funkciniai bandymai: funkcinių bandymų atlikimą siekiant įsitikinti, kad sistema veikia pagal projektines prielaidas.

Patikra ir validavimas

Pagrindinis atitikties LST EN ISO 13849-1 standartui elementas yra patikros ir validavimo procesas, kuris apima:

• Projekto patikra: Patikrinama, ar valdymo sistemos projektas atitinka visus nustatytus reikalavimus.
• Validavimo bandymai: Atliekami validavimo bandymai, apimantys simuliacijas ir praktinius testus, siekiant įsitikinti, kad sistema veikia pagal performence level reikalavimus.
• Dokumentacija: Parengiama išsami dokumentacija, kurioje pateikiami bandymų rezultatai ir analizės, patvirtinančios sistemos atitiktį standartui.

PL e ir PL c skaičiavimų pavyzdys

PL e ir PL c veikimo lygių skaičiavimai yra labai svarbūs siekiant užtikrinti, kad su sauga susijusios valdymo sistemos atitiktų reikalaujamus patikimumo standartus. Toliau pateikiu abiejų veikimo lygių skaičiavimų pavyzdžius.

1 pavyzdys: PL e skaičiavimai

Sistemos aprašymas:

• Gamybinės mašinos valdymo sistema su avarinio stabdymo funkcija (E-Stop).
• Architektūra: 4 kategorija, su dviem kanalais ir stebėsena.
• Reikalaujama pasiekti PL e lygį.

Skaičiavimo žingsniai:

1. Sistemos komponentų nustatymas:
   • Du E-Stop mygtukai (dviejų kanalų sistema).
   • Dvi saugos relės.
   • PLC valdiklis su saugos funkcijomis.
2. Vidutinis laikas iki pavojingo gedimo (MTTF_d):
   • Kiekvieno E-Stop mygtuko MTTF_d = 100 metų.
   • Kiekvienos saugos relės MTTF_d = 50 metų.
   • PLC valdiklio MTTF_d = 30 metų.
3. Diagnostinė aprėptis (DC):
   • 4 kategorijos diagnostinė aprėptis yra 99% (0.99).
4. Bendrų priežasčių gedimų koeficientas (CCF):
   • 4 kategorijos CCF vertė yra ne mažesnė kaip 65%.
5. Visos sistemos MTTF_d apskaičiavimas:
   • E-Stop mygtukai (dviejų kanalų sistema): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 metų.
   • Saugos relės: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 metų.
   • PLC valdiklis: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 metų.
6. Sistemos MTTF_d apskaičiavimas:
   • Visų elementų kombinacija: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 metų.
7. PFH (Probability of dangerous Failure per Hour) apskaičiavimas:
   • PL e PFH turi būti mažesnis nei 10^-8 per valandą.
   • Naudojant MTTF_d ir DC reikšmes: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Išvada: Sistema nepasiekia PL e, nes apskaičiuota PFH reikšmė nepatenka į PL e reikalaujamą ribą.

2 pavyzdys: PL c skaičiavimai

Sistemos aprašymas:

• Mašinos valdymo sistema su saugos gaubto kontrolės funkcija.
• Architektūra: 2 kategorija, su periodine stebėsena.
• Reikalaujama pasiekti PL c lygį.

Skaičiavimo žingsniai:

1. Sistemos komponentų nustatymas:
   • Saugos gaubtas su padėties jutikliu.
   • Saugos relė.
   • PLC valdiklis su saugos funkcijomis.
2. Vidutinis laikas iki pavojingo gedimo (MTTF_d):
   • Saugos gaubtas: MTTF_d = 20 metų.
   • Saugos relė: MTTF_d = 50 metų.
   • PLC valdiklis: MTTF_d = 30 metų.
3. Diagnostinė aprėptis (DC):
   • 2 kategorijos diagnostinė aprėptis yra 90% (0.90).
4. Visos sistemos MTTF_d apskaičiavimas:
   • Saugos gaubtas: MTTF_d = 20 metų.
   • Saugos relė: MTTF_d = 50 metų.
   • PLC valdiklis: MTTF_d = 30 metų.
5. Sistemos MTTF_d apskaičiavimas:
   • Visų elementų kombinacija: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 metų.
6. PFH (Probability of dangerous Failure per Hour) apskaičiavimas:
   • PL c PFH turi būti mažesnis nei 10^-6 per valandą.
   • Naudojant MTTF_d ir DC reikšmes: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Išvada: Sistema nepasiekia PL c, nes apskaičiuota PFH reikšmė nepatenka į PL c reikalaujamą ribą.

Palyginimas su standartu LST EN IEC 62061

Standartas LST EN 62061, susijęs su elektrinių, elektroninių ir programuojamų su sauga susijusių valdymo sistemų funkcine sauga, dažnai lyginamas su LST EN ISO 13849-1. Abiejų standartų tikslas – užtikrinti mašinų saugą, tačiau jų požiūris ir taikymo sritis skiriasi.

• Apimtis: LST EN IEC 62061 daugiausia orientuota į elektrines, elektronines ir programuojamas sistemas, o LST EN ISO 13849-1 apima platesnį technologijų spektrą, įskaitant mechanines ir hidraulines sistemas.
• Detalumo lygis: LST EN 62061 išsamiau apibrėžia techninius reikalavimus elektroninėms sistemoms, o LST EN ISO 13849-1 pateikia bendresnį požiūrį, kurį galima taikyti įvairioms technologijoms.
• Rizikos vertinimas: Abi normos reikalauja atlikti rizikos analizę, tačiau LST EN IEC 62061 labiau akcentuoja išsamų rizikos vertinimą ir kontrolės priemonių diegimą programuojamose sistemose.

Performence level vaidmuo pramonės automatikoje

Performence level yra neatsiejama gamybos procesų automatizavimo dalis, kurioje tikslumas ir patikimumas yra esminiai. Tinkamo performence level įgyvendinimas mašinų valdymo sistemose tiesiogiai veikia jų efektyvumą ir eksploatacinę saugą. Vienas iš performence level taikymo pavyzdžių – gamybos linijų projektavimas, kai kiekviena mašina turi atitikti nustatytus saugos reikalavimus, kad būtų užtikrintas viso gamybos proceso sklandumas ir darbas be gedimų. Gamybos procesų automatizavimas reikalauja ne tik našumo, bet ir atitikties saugos normoms, o tai pasiekiama tinkamai nustatant performence level.

Saugos auditas ir performence level

Saugos auditas – tai procesas, kurio metu vertinama, ar mašinos atitinka saugos standartų reikalavimus, įskaitant performence level. Pramonės automatikos integratoriai atlieka svarbų vaidmenį vykdant tokius auditus, užtikrindami, kad sistemos atitiktų aukščiausius saugos standartus. Performence level vertinamas remiantis rizikos analize ir funkciniais bandymais, kuriais tikrinama, ar valdymo sistemos veikia pagal projektines prielaidas ir standartų reikalavimus. Saugos auditas taip pat gali apimti techninės dokumentacijos analizę, patikrinamuosius bandymus ir mašinų apžiūrą, siekiant nustatyti galimus pavojus.

Mašinų projektavimas pagal performence level reikalavimus

Mašinų projektavimas reikalauja įvertinti įvairius mechaninius ir elektroninius aspektus, kad būtų įvykdyti performence level reikalavimai. Mechaninės sistemos, tokios kaip pneumatinės ir hidraulinės sistemos, turi būti kruopščiai apskaičiuotos pagal stiprumo reikalavimus, kad būtų užtikrintas jų patikimumas ir sauga įvairiomis eksploatavimo sąlygomis. Elektroninės sistemos savo ruožtu turi užtikrinti patikimumą ir funkcinę saugą, o tai ypač svarbu valdymo sistemų atveju. Performence level apibrėžia minimalius reikalavimus, kuriuos turi atitikti valdymo sistemos, kad būtų sumažinta gedimų rizika. Projektavimo procese konstravimo biuras taip pat atsižvelgia į darniųjų standartų, tokių kaip LST EN ISO 13849-1 ir LST EN 62061, reikalavimus, kurie tiksliai apibrėžia abiejų tipų sistemoms taikomus reikalavimus ir užtikrina visapusišką požiūrį į mašinų saugą.

Mašinų CE sertifikavimas ir performence level

Standartas LST EN ISO 13849-1 nustato reikalavimus, susijusius su mašinų CE sertifikavimu, daugiausia dėmesio skiriant saugos aspektams, susijusiems su performence level. CE sertifikavimas yra būtinas, kad mašinos galėtų būti teisėtai pateikiamos į rinką Europos Sąjungoje. Standartas LST EN 62061, kuris taip pat susijęs su funkcine sauga, nustato papildomus reikalavimus elektroninėms ir programuojamoms sistemoms, todėl sertifikavimo procesas tampa sudėtingesnis. Abu standartai yra suderinti su Mašinų direktyva 2006/42/EC, o tai reiškia, kad jų reikalavimų laikymasis prilygsta atitikčiai Europos saugos teisės aktams.

Performence level ir mašinų pritaikymas prie minimalių reikalavimų

Mašinų pritaikymas prie minimalių reikalavimų pagal performence level reikalauja tikslių procedūrų ir reguliarių auditų. Praktiniai pavyzdžiai rodo, kaip šios procedūros taikomos įvairiose pramonės šakose, užtikrinant saugą ir atitiktį teisės aktų reikalavimams. Performence level yra esminė mašinų modernizavimo proceso dalis, kai esami įrenginiai pritaikomi prie naujų saugos standartų. Šis procesas apima, be kita ko, rizikos analizę, esamų valdymo sistemų pritaikymą, taip pat bandymų ir patikros atlikimą, kad būtų užtikrinta, jog mašinos atitinka galiojančius saugos reikalavimus. Mašinų pritaikymas prie minimalių reikalavimų pagal performence level yra labai svarbus siekiant užtikrinti jų saugų ir efektyvų veikimą.

Reikšmė Pramonei 4.0

Standartas LST EN ISO 13849-1 yra itin svarbus Pramonės 4.0 kontekste, kuriam būdingas aukštas automatizavimo ir sistemų integracijos lygis. Pramonėje 4.0 valdymo sistemos turi būti ne tik patikimos, bet ir lanksčios bei lengvai plečiamos, kad atitiktų dinamiškai kintančius gamybos reikalavimus. Standarte LST EN ISO 13849-1 apibrėžtas performence level užtikrina, kad valdymo sistemos būtų projektuojamos laikantis aukščiausių saugos standartų, o tai yra būtina sudėtingoje ir automatizuotoje gamybos aplinkoje.

Performence Level: Santrauka

Standartas LST EN ISO 13849-1 yra pagrindinis dokumentas, padedantis užtikrinti mašinų ir valdymo sistemų saugą. Jo reikalavimų laikymasis leidžia įmonėms būti tikroms, kad jų valdymo sistemos atitinka naujausius saugos reikalavimus ir mažina gedimų bei nelaimingų atsitikimų riziką. Performence level yra esminė šio standarto dalis, apibrėžianti valdymo sistemų patikimumo ir funkcionalumo reikalavimus. LST EN ISO 13849-1 laikymasis yra būtinas norint gauti CE ženklą ir užtikrinti, kad į Europos rinką tiekiamos mašinos būtų saugios naudotojams ir darbo aplinkai.