Veiktspējas līmenis: mašīnu drošības atslēga

Ievads performence level koncepcijā

Mūsdienu strauji augošajā rūpnieciskās automatizācijas pasaulē performence level ir būtiska nozīme mašīnu un iekārtu drošības nodrošināšanā. Performence level ir sistēmas spēja sasniegt noteiktu drošības līmeni, samazinot atteiču un negadījumu risku. Mašīnu direktīvas 2006/42/EC kontekstā B tipa harmonizētie standarti, piemēram, LVS EN ISO 13849-1, nosaka vispārīgos projektēšanas principus, kas jāizpilda, lai mašīnas varētu saņemt CE marķējumu. Performence level ir viens no šo standartu galvenajiem elementiem, kas ietekmē visus mašīnu un ražošanas līniju drošības projektēšanas, audita un pārvaldības aspektus.

Ievads standartā LVS EN ISO 13849-1

Standarts LVS EN ISO 13849-1 ir viens no galvenajiem dokumentiem mašīnu drošības jomā, kas nosaka prasības ar drošību saistītu vadības sistēmu projektēšanai, ieviešanai un novērtēšanai. Tā galvenais mērķis ir nodrošināt, lai šīs sistēmas atbilstu attiecīgajiem uzticamības un funkcionalitātes līmeņiem, samazinot atteiču risku, kas varētu radīt apdraudējumu operatoriem un darba videi. Šis standarts ir harmonizēts ar Mašīnu direktīvu 2006/42/EC, kas nozīmē, ka tā prasību izpilde ir būtiska, lai iegūtu CE marķējumu mašīnām un iekārtām, kuras tiek laistas Eiropas tirgū.

Pamatjēdzieni un standarta darbības joma

Standarts LVS EN ISO 13849-1 definē performence level (PL) kā sistēmas spēju sasniegt noteiktu drošības līmeni, ko mēra piecās kategorijās no PL a līdz PL e, kur PL e ir augstākais drošības līmenis. Performence level ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, piemēram, sistēmas arhitektūras, diagnostikas un komponentu uzticamības.

Standarts aptver plašu ar drošību saistītu vadības sistēmu projektēšanas un novērtēšanas aspektu loku, tostarp:

• Riska analīze: ar mašīnas darbību saistīto iespējamo apdraudējumu noteikšana un novērtēšana.
• Drošības prasību specifikācija: to drošības funkciju prasību noteikšana, kurām vadības sistēmai jāatbilst.
• Vadības sistēmu projektēšana: tādu sistēmu izstrāde un ieviešana, kas atbilst noteiktajam performence level.
• Novērtēšana un verifikācija: testu un analīžu veikšana, lai apstiprinātu, ka sistēmas atbilst standarta prasībām.

Riska analīze un drošības prasību noteikšana

Pirmais solis atbilstības nodrošināšanā standartam LVS EN ISO 13849-1 ir detalizētas riska analīzes veikšana. Šīs analīzes mērķis ir identificēt iespējamos apdraudējumus un novērtēt ar katru no tiem saistīto risku. Pamatojoties uz riska analīzes rezultātiem, tiek noteiktas drošības prasības vadības sistēmām.

Būtisks riska analīzes instruments ir riska analīze saskaņā ar LVS EN ISO 12100, kas nodrošina metodiku sistemātiskai riska novērtēšanai. Šī metodika ietver apdraudējumu identificēšanu, riska novērtēšanu un kontroles pasākumu noteikšanu, kuru mērķis ir samazināt risku līdz pieņemamam līmenim.

Vadības sistēmu projektēšana

LVS EN ISO 13849-1 prasībām atbilstošu vadības sistēmu projektēšana ietver vairākus galvenos posmus, tostarp:

• Drošības funkciju definēšana: noteikšana, kuras vadības funkcijas ir kritiski svarīgas drošībai un kādas ir to prasības.
• Komponentu izvēle: atbilstošu komponentu izvēle, kas atbilst uzticamības un diagnostikas prasībām.
• Sistēmas arhitektūra: vadības sistēmas struktūras projektēšana, ņemot vērā redundanci un diagnostiku.
• Uzticamības aprēķini: uzticamības aprēķinu veikšana, piemēram, vidējais laiks līdz atteicei (MTTF) un vidējais remonta laiks (MTTR), lai noteiktu sistēmas kopējo performence level.

Ieviešana un integrācija

Pēc vadības sistēmas izstrādes nākamais solis ir tās ieviešana un integrācija ar mašīnu. Šis posms ietver:

• Komponentu uzstādīšanu: izvēlēto komponentu montāžu saskaņā ar projektu.
• Sistēmu integrāciju: dažādu vadības sistēmas daļu savienošanu, nodrošinot to savstarpēju sadarbību un savietojamību.
• Funkcionālo testēšanu: funkcionālo testu veikšanu, lai pārliecinātos, ka sistēma darbojas atbilstoši projektēšanas pieņēmumiem.

Verifikācija un validācija

Būtisks atbilstības elements standartam LVS EN ISO 13849-1 ir verifikācijas un validācijas process, kas ietver:

• Projekta verifikācija: pārbaude, vai vadības sistēmas projekts atbilst visām noteiktajām prasībām.
• Validācijas testi: validācijas testu veikšana, tostarp simulācijas un praktiskie testi, lai pārliecinātos, ka sistēma darbojas atbilstoši performence level prasībām.
• Dokumentācija: detalizētas dokumentācijas sagatavošana, kurā ietverti testu un analīžu rezultāti, apliecinot sistēmas atbilstību standartam.

Aprēķinu piemērs PL e un PL c

Veiktspējas līmeņu PL e un PL c aprēķini ir būtiski, lai nodrošinātu, ka ar drošību saistītās vadības sistēmas atbilst prasītajiem uzticamības standartiem. Tālāk sniegti abu veiktspējas līmeņu aprēķinu piemēri.

1. piemērs: aprēķini PL e

Sistēmas apraksts:

• Ražošanas iekārtas vadības sistēma ar avārijas apturēšanas funkciju (E-Stop).
• Arhitektūra: 4. kategorija, ar divkanālu izpildījumu un uzraudzību.
• Jāsasniedz līmenis PL e.

Aprēķinu soļi:

1. Sistēmas komponentu noteikšana:
   • Divas E-Stop pogas (divkanālu izpildījums).
   • Divi drošības releji.
   • PLC kontrolleris ar drošības funkcijām.
2. Vidējais laiks līdz bīstamai atteicei (MTTF_d):
   • Katrai E-Stop pogai MTTF_d = 100 gadi.
   • Katram drošības relejam MTTF_d = 50 gadi.
   • PLC kontrollerim MTTF_d = 30 gadi.
3. Diagnostiskais pārklājums (DC):
   • 4. kategorijai diagnostiskais pārklājums ir 99% (0.99).
4. Kopēja cēloņa atteiču koeficients (CCF):
   • CCF vērtība 4. kategorijai ir vismaz 65%.
5. Visa sistēmas MTTF_d aprēķins:
   • E-Stop pogas (divkanālu izpildījums): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 gadi.
   • Drošības releji: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 gadi.
   • PLC kontrolleris: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 gadi.
6. Sistēmas MTTF_d aprēķins:
   • Visu elementu kombinācija: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 gadi.
7. PFH aprēķins (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PFH vērtībai PL e jābūt zem 10^-8 stundā.
   • Izmantojot MTTF_d un DC vērtības: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Secinājums: Sistēma nesasniedz PL e, jo aprēķinātā PFH vērtība neiekļaujas PL e prasītajā diapazonā.

2. piemērs: aprēķini PL c

Sistēmas apraksts:

• Iekārtas vadības sistēma ar drošības aizsarga uzraudzības funkciju.
• Arhitektūra: 2. kategorija, ar periodisku uzraudzību.
• Jāsasniedz līmenis PL c.

Aprēķinu soļi:

1. Sistēmas komponentu noteikšana:
   • Drošības aizsargs ar pozīcijas sensoru.
   • Drošības relejs.
   • PLC kontrolleris ar drošības funkcijām.
2. Vidējais laiks līdz bīstamai atteicei (MTTF_d):
   • Drošības aizsargs: MTTF_d = 20 gadi.
   • Drošības relejs: MTTF_d = 50 gadi.
   • PLC kontrolleris: MTTF_d = 30 gadi.
3. Diagnostiskais pārklājums (DC):
   • 2. kategorijai diagnostiskais pārklājums ir 90% (0.90).
4. Visa sistēmas MTTF_d aprēķins:
   • Drošības aizsargs: MTTF_d = 20 gadi.
   • Drošības relejs: MTTF_d = 50 gadi.
   • PLC kontrolleris: MTTF_d = 30 gadi.
5. Sistēmas MTTF_d aprēķins:
   • Visu elementu kombinācija: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 gadi.
6. PFH aprēķins (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PFH vērtībai PL c jābūt zem 10^-6 stundā.
   • Izmantojot MTTF_d un DC vērtības: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Secinājums: Sistēma nesasniedz PL c, jo aprēķinātā PFH vērtība neiekļaujas PL c prasītajā diapazonā.

Salīdzinājums ar standartu LVS EN IEC 62061

Standartu LVS EN 62061, kas attiecas uz ar drošību saistītu elektrisko, elektronisko un programmējamo vadības sistēmu funkcionālo drošību, bieži salīdzina ar LVS EN ISO 13849-1. Abu standartu mērķis ir nodrošināt mašīnu drošību, taču tie atšķiras pēc pieejas un tvēruma.

• Darbības joma: LVS EN IEC 62061 galvenokārt attiecas uz elektriskajām, elektroniskajām un programmējamām sistēmām, savukārt LVS EN ISO 13849-1 aptver plašāku tehnoloģiju loku, tostarp mehāniskās un hidrauliskās sistēmas.
• Detalizācijas līmenis: LVS EN 62061 ir detalizētāka attiecībā uz tehniskajām prasībām elektroniskajām sistēmām, savukārt LVS EN ISO 13849-1 piedāvā vispārīgāku pieeju, ko var piemērot dažādām tehnoloģijām.
• Riska novērtējums: Abos standartos ir prasīta riska analīze, taču LVS EN IEC 62061 lielāks uzsvars likts uz detalizētu riska novērtējumu un kontroles pasākumu ieviešanu programmējamās sistēmās.

Performence level loma rūpnieciskajā automatizācijā

Performence level ir neatņemama ražošanas procesu automatizācijas sastāvdaļa, kur precizitātei un uzticamībai ir izšķiroša nozīme. Atbilstoša performence level ieviešana mašīnu vadības sistēmās tieši ietekmē to efektivitāti un ekspluatācijas drošību. Viens no performence level pielietojuma piemēriem ir ražošanas līniju projektēšana, kur katrai iekārtai jāatbilst noteiktām drošības prasībām, lai nodrošinātu visa ražošanas procesa nepārtrauktību un darbību bez atteicēm. Ražošanas procesu automatizācija prasa ne tikai augstu veiktspēju, bet arī atbilstību drošības standartiem, ko iespējams sasniegt ar atbilstoši noteiktu performence level.

Drošības audits un performence level

Drošības audits ir process, kurā tiek novērtēta mašīnu atbilstība drošības standartu prasībām, tostarp performence level. Rūpnieciskās automatizācijas integratoriem ir būtiska loma šādu auditu veikšanā, nodrošinot, ka sistēmas atbilst augstākajiem drošības standartiem. Performence level tiek novērtēts, pamatojoties uz riska analīzi un funkcionālajiem testiem, kuros pārbauda, vai vadības sistēmas darbojas atbilstoši projektēšanas pieņēmumiem un standartiem. Drošības audits var ietvert arī tehniskās dokumentācijas analīzi, pārbaudes testu veikšanu un mašīnu inspekciju, lai identificētu potenciālos apdraudējumus.

Mašīnu projektēšana atbilstoši performence level prasībām

Mašīnu projektēšanā jāņem vērā dažādi mehāniskie un elektroniskie aspekti, lai izpildītu performence level prasības. Mehāniskās sistēmas, piemēram, pneimatiskās un hidrauliskās sistēmas, ir rūpīgi jāaprēķina no izturības viedokļa, lai nodrošinātu to uzticamību un drošību dažādos ekspluatācijas apstākļos. Savukārt elektroniskajām sistēmām jānodrošina uzticamība un funkcionālā drošība, kas ir īpaši svarīgi vadības sistēmu gadījumā. Performence level nosaka minimālās prasības, kurām jāatbilst vadības sistēmām, lai samazinātu atteices risku. Projektēšanas ietvaros konstruktoru birojs ņem vērā arī harmonizēto standartu prasības, piemēram, LVS EN ISO 13849-1 un LVS EN 62061, kas precizē prasības abiem sistēmu tipiem, nodrošinot visaptverošu pieeju mašīnu drošībai.

Mašīnu CE sertifikācija un performence level

Standarts LVS EN ISO 13849-1 nosaka prasības attiecībā uz mašīnu CE sertifikāciju, koncentrējoties uz drošības aspektiem, kas saistīti ar performence level. CE sertifikācija ir nepieciešama, lai mašīnas varētu likumīgi laist tirgū Eiropas Savienībā. Standarts LVS EN 62061, kas arī attiecas uz funkcionālo drošību, ievieš papildu prasības elektroniskajām un programmējamām sistēmām, tādējādi palielinot sertifikācijas procesa sarežģītību. Abi standarti ir harmonizēti ar Mašīnu direktīvu 2006/42/EC, kas nozīmē, ka to prasību izpilde ir līdzvērtīga atbilstības nodrošināšanai Eiropas drošības noteikumiem.

Performence level un mašīnu pielāgošana minimālajām prasībām

Mašīnu pielāgošana minimālajām prasībām atbilstoši performence level prasa precīzas procedūras un regulārus auditus. Praktiski piemēri parāda, kā šīs procedūras tiek piemērotas dažādās nozarēs, nodrošinot drošību un atbilstību noteikumiem. Performence level ir būtisks elements mašīnu modernizācijas procesā, kurā esošās iekārtas tiek pielāgotas jaunajiem drošības standartiem. Šis process cita starpā ietver riska analīzi, esošo vadības sistēmu pielāgošanu, kā arī testu un verifikācijas veikšanu, lai nodrošinātu, ka mašīnas atbilst aktuālajām drošības prasībām. Mašīnu pielāgošana minimālajām prasībām saskaņā ar performence level ir būtiska, lai nodrošinātu to drošu un efektīvu darbību.

Nozīme Rūpniecībai 4.0

Standartam LVS EN ISO 13849-1 ir būtiska nozīme Rūpniecības 4.0 kontekstā, ko raksturo augsts automatizācijas un sistēmu integrācijas līmenis. Rūpniecības 4.0 ietvaros vadības sistēmām jābūt ne tikai uzticamām, bet arī elastīgām un mērogojamām, lai tās spētu pielāgoties dinamiski mainīgajām ražošanas prasībām. Performence level, kas definēts standartā LVS EN ISO 13849-1, nodrošina, ka vadības sistēmas tiek projektētas atbilstoši augstākajiem drošības standartiem, kas ir nepieciešams sarežģītās un automatizētās ražošanas vidēs.

Performence Level: kopsavilkums

Standarts LVS EN ISO 13849-1 ir galvenais dokuments mašīnu un vadības sistēmu drošības nodrošināšanā. Izpildot tā prasības, uzņēmumi var būt pārliecināti, ka to vadības sistēmas atbilst jaunākajām drošības prasībām, samazinot atteiču un negadījumu risku. Performence level ir šī standarta centrālais elements, kas nosaka prasības vadības sistēmu uzticamībai un funkcionalitātei. Standarta LVS EN ISO 13849-1 ievērošana ir nepieciešama CE marķējuma iegūšanai un tam, lai nodrošinātu, ka Eiropas tirgū laistās mašīnas ir drošas lietotājiem un darba videi.