Nível de desempenho: a chave para a segurança das máquinas

Introdução ao conceito de performence level

No mundo atual, em rápida evolução da automação industrial, o performence level desempenha um papel fundamental na garantia da segurança de máquinas e equipamentos. O performence level corresponde ao grau de capacidade de um sistema para atingir um determinado nível de segurança, minimizando o risco de falhas e acidentes. No contexto da Diretiva Máquinas 2006/42/CE, as normas harmonizadas do tipo B, como a NP EN ISO 13849-1, definem os princípios gerais de conceção que têm de ser cumpridos para que as máquinas possam obter a marcação CE. O performence level é um dos elementos-chave destas normas, influenciando todos os aspetos da conceção, da auditoria de segurança de máquinas e linhas de produção e da gestão da segurança de máquinas e linhas de produção.

Introdução à Norma NP EN ISO 13849-1

A norma NP EN ISO 13849-1 é um documento fundamental no domínio da segurança de máquinas, que estabelece os requisitos para a conceção, implementação e avaliação de sistemas de comando relacionados com a segurança. O seu principal objetivo é garantir que estes sistemas cumprem níveis adequados de fiabilidade e funcionalidade, minimizando o risco de falhas que possam dar origem a perigos para os operadores e para o ambiente de trabalho. Esta norma está harmonizada com a Diretiva Máquinas 2006/42/CE, o que significa que o seu cumprimento é essencial para a obtenção da marcação CE de máquinas e equipamentos colocados no mercado europeu.

Conceitos Básicos e Âmbito da Norma

A norma NP EN ISO 13849-1 define o performence level (PL) como o grau de capacidade de um sistema para atingir um determinado nível de segurança, medido em cinco categorias, de PL a a PL e, sendo o PL e o nível de segurança mais elevado. O performence level depende de vários fatores, como a arquitetura do sistema, o diagnóstico e a fiabilidade dos componentes.

A norma abrange um vasto conjunto de aspetos relacionados com a conceção e a avaliação de sistemas de comando relacionados com a segurança, incluindo:

• Análise de risco: Identificação e avaliação dos perigos potenciais associados ao funcionamento da máquina.
• Especificação dos requisitos de segurança: Definição dos requisitos aplicáveis às funções de segurança que o sistema de comando deve cumprir.
• Conceção de sistemas de comando: Criação e implementação de sistemas em conformidade com o performence level especificado.
• Avaliação e verificação: Realização de ensaios e análises para confirmar que os sistemas cumprem os requisitos da norma.

Análise de Risco e Definição dos Requisitos de Segurança

O primeiro passo no processo de conformidade com a norma NP EN ISO 13849-1 é a realização de uma análise de risco detalhada. Esta análise tem como objetivo identificar os perigos potenciais e avaliar o risco associado a cada um deles. Com base nos resultados da análise de risco, são definidos os requisitos de segurança para os sistemas de comando.

Uma ferramenta essencial na análise de risco é a Análise de Risco de acordo com a NP EN ISO 12100, que fornece uma metodologia para a avaliação sistemática do risco. Esta metodologia inclui a identificação de perigos, a avaliação do risco e a definição de medidas de controlo destinadas a reduzir o risco para um nível aceitável.

Conceção de Sistemas de Comando

A conceção de sistemas de comando em conformidade com a NP EN ISO 13849-1 inclui várias etapas fundamentais, nomeadamente:

• Definição das funções de segurança: Determinação das funções de comando críticas para a segurança e dos respetivos requisitos.
• Seleção de componentes: Escolha dos componentes adequados que cumpram os requisitos de fiabilidade e diagnóstico.
• Arquitetura do sistema: Conceção da estrutura do sistema de comando, tendo em conta a redundância e o diagnóstico.
• Cálculos de fiabilidade: Realização de cálculos de fiabilidade, como o Tempo Médio até à Falha (MTTF) e o Tempo Médio de Reparação (MTTR), para determinar o performence level global do sistema.

Implementação e Integração

Após a conceção do sistema de comando, a etapa seguinte é a sua implementação e integração na máquina. Esta fase inclui:

• Instalação dos componentes: Montagem dos componentes selecionados de acordo com o projeto.
• Integração dos sistemas: Ligação das diferentes partes do sistema de comando, assegurando a sua cooperação e compatibilidade.
• Ensaios funcionais: Realização de ensaios funcionais para confirmar que o sistema funciona de acordo com os pressupostos do projeto.

Verificação e Validação

Um elemento essencial da conformidade com a norma NP EN ISO 13849-1 é o processo de verificação e validação, que inclui:

• Verificação do projeto: Confirmar se o projeto do sistema de controlo cumpre todos os requisitos especificados.
• Testes de validação: Realização de testes de validação, incluindo simulações e ensaios práticos, para garantir que o sistema funciona de acordo com os requisitos do performance level.
• Documentação: Elaboração de documentação detalhada com os resultados dos testes e das análises, confirmando a conformidade do sistema com a norma.

Exemplo de Cálculos para PL e e PL c

Os cálculos para os níveis de desempenho PL e e PL c são fundamentais para garantir que os sistemas de controlo relacionados com a segurança cumprem os padrões de fiabilidade exigidos. Seguem-se exemplos de cálculos para ambos os níveis de desempenho.

Exemplo 1: Cálculos para PL e

Descrição do sistema:

• Sistema de controlo de uma máquina de produção com função de paragem de emergência (E-Stop).
• Arquitetura: categoria 4, com dois canais e monitorização.
• É necessário atingir o nível PL e.

Etapas dos cálculos:

1. Determinação dos componentes do sistema:
   • Dois botões E-Stop (dois canais).
   • Dois relés de segurança.
   • Controlador PLC com funções de segurança.
2. Tempo médio até falha perigosa (MTTF_d):
   • Cada botão E-Stop tem MTTF_d = 100 anos.
   • Cada relé de segurança tem MTTF_d = 50 anos.
   • O controlador PLC tem MTTF_d = 30 anos.
3. Cobertura de diagnóstico (DC):
   • A cobertura de diagnóstico para a categoria 4 é de 99% (0.99).
4. Fator de falhas por causa comum (CCF):
   • O valor de CCF para a categoria 4 é de, pelo menos, 65%.
5. Cálculo do MTTF_d de todo o sistema:
   • Botões E-Stop (dois canais): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 anos.
   • Relés de segurança: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 anos.
   • Controlador PLC: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 anos.
6. Cálculo do MTTF_d do sistema:
   • Combinação de todos os elementos: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 anos.
7. Cálculo do PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • O PFH para PL e deve ser inferior a 10^-8 por hora.
   • Utilizando os valores de MTTF_d e DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Conclusão: O sistema não atinge PL e, porque o PFH calculado não se enquadra no valor exigido para PL e.

Exemplo 2: Cálculos para PL c

Descrição do sistema:

• Sistema de controlo de máquina com função de monitorização do resguardo de segurança.
• Arquitetura: categoria 2, com monitorização periódica.
• É necessário atingir o nível PL c.

Etapas dos cálculos:

1. Determinação dos componentes do sistema:
   • Resguardo de segurança com sensor de posição.
   • Relé de segurança.
   • Controlador PLC com funções de segurança.
2. Tempo médio até falha perigosa (MTTF_d):
   • Resguardo de segurança: MTTF_d = 20 anos.
   • Relé de segurança: MTTF_d = 50 anos.
   • Controlador PLC: MTTF_d = 30 anos.
3. Cobertura de diagnóstico (DC):
   • A cobertura de diagnóstico para a categoria 2 é de 90% (0.90).
4. Cálculo do MTTF_d de todo o sistema:
   • Resguardo de segurança: MTTF_d = 20 anos.
   • Relé de segurança: MTTF_d = 50 anos.
   • Controlador PLC: MTTF_d = 30 anos.
5. Cálculo do MTTF_d do sistema:
   • Combinação de todos os elementos: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 anos.
6. Cálculo do PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • O PFH para PL c deve ser inferior a 10^-6 por hora.
   • Utilizando os valores de MTTF_d e DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Conclusão: O sistema não atinge PL c, porque o PFH calculado não se enquadra no valor exigido para PL c.

Comparação com a Norma NP EN IEC 62061

A norma NP EN 62061, relativa à segurança funcional dos sistemas de controlo elétricos, eletrónicos e eletrónicos programáveis relacionados com a segurança, é frequentemente comparada com a NP EN ISO 13849-1. Ambas as normas têm como objetivo garantir a segurança das máquinas, mas diferem na abordagem e no âmbito.

• Âmbito: a NP EN IEC 62061 centra-se principalmente em sistemas elétricos, eletrónicos e programáveis, enquanto a NP EN ISO 13849-1 abrange um leque tecnológico mais amplo, incluindo sistemas mecânicos e hidráulicos.
• Nível de detalhe: a NP EN 62061 é mais pormenorizada no que diz respeito aos requisitos técnicos para sistemas eletrónicos, ao passo que a NP EN ISO 13849-1 adota uma abordagem mais geral, aplicável a diferentes tecnologias.
• Avaliação de risco: ambas as normas exigem a realização de uma análise de risco, mas a NP EN IEC 62061 dá maior ênfase à avaliação detalhada do risco e à implementação de medidas de controlo em sistemas programáveis.

O papel do performence level na automação industrial

O performence level é um elemento indispensável na automação industrial, onde a precisão e a fiabilidade são fundamentais. A implementação do performence level adequado nos sistemas de comando de máquinas tem impacto direto na sua eficiência e na segurança operacional. Um exemplo da aplicação do performence level é o projeto de linhas de produção, em que cada máquina tem de cumprir requisitos de segurança específicos para garantir a continuidade e o funcionamento sem falhas de todo o processo produtivo. A automação dos processos de produção exige não só eficiência, mas também conformidade com as normas de segurança, o que é alcançado através de um performence level corretamente definido.

Auditoria de segurança e performence level

Auditoria de segurança é um processo que avalia a conformidade das máquinas com os requisitos das normas de segurança, incluindo o performence level. Os integradores de automação industrial desempenham um papel fundamental na realização destas auditorias, garantindo que os sistemas cumprem os mais elevados padrões de segurança. O performence level é avaliado com base na análise de risco e em testes funcionais, que verificam se os sistemas de comando funcionam de acordo com os pressupostos de projeto e com as normas aplicáveis. A auditoria de segurança pode também incluir a análise da documentação técnica, a realização de testes de verificação e a inspeção das máquinas, com o objetivo de identificar potenciais perigos.

Projeto de máquinas em conformidade com os requisitos de performence level

O projeto de máquinas exige a consideração de vários aspetos mecânicos e eletrónicos para cumprir os requisitos de performence level. Os sistemas mecânicos, como os sistemas pneumáticos e hidráulicos, devem ser cuidadosamente dimensionados em termos de resistência, de modo a garantir a sua fiabilidade e segurança em diferentes condições de funcionamento. Por sua vez, os sistemas eletrónicos devem assegurar fiabilidade e segurança funcional, o que é particularmente importante no caso dos sistemas de comando. O performence level define os requisitos mínimos que os sistemas de comando devem cumprir para minimizar o risco de falha. No âmbito do projeto, o gabinete de projeto tem também em conta os requisitos das normas harmonizadas, como a NP EN ISO 13849-1 e a NP EN 62061, que especificam os requisitos para ambos os tipos de sistemas, assegurando uma abordagem abrangente à segurança das máquinas.

Certificação CE de máquinas e performence level

A norma NP EN ISO 13849-1 define os requisitos relativos à certificação CE de máquinas, centrando-se nos aspetos de segurança associados ao performence level. A certificação CE é indispensável para que as máquinas possam ser legalmente colocadas no mercado da União Europeia. A norma NP EN 62061, que também diz respeito à segurança funcional, introduz requisitos adicionais para sistemas eletrónicos e programáveis, o que aumenta a complexidade do processo de certificação. Ambas as normas estão harmonizadas com a Diretiva Máquinas 2006/42/CE, o que significa que o cumprimento dos seus requisitos equivale a assegurar a conformidade com a regulamentação europeia em matéria de segurança.

Performence level e a adequação das máquinas aos requisitos mínimos

A adequação das máquinas aos requisitos mínimos em conformidade com o performence level exige procedimentos rigorosos e auditorias regulares. Exemplos práticos mostram como estes procedimentos são aplicados em diferentes setores, assegurando segurança e conformidade regulamentar. O performence level é um elemento essencial no processo de modernização de máquinas, em que os equipamentos existentes são adaptados a novos padrões de segurança. Este processo inclui, entre outros aspetos, a análise de risco, a adaptação dos sistemas de comando existentes e a realização de testes e verificações, para garantir que as máquinas cumprem os requisitos de segurança em vigor. A adequação das máquinas aos requisitos mínimos, em conformidade com o performence level, é fundamental para garantir um funcionamento seguro e eficiente.

Importância para a Indústria 4.0

A norma NP EN ISO 13849-1 é de importância fundamental no contexto da Indústria 4.0, caracterizada por um elevado grau de automatização e integração de sistemas. No âmbito da Indústria 4.0, os sistemas de comando devem ser não só fiáveis, mas também flexíveis e escaláveis, para responder às exigências de produção em constante mudança. O performence level definido na norma NP EN ISO 13849-1 garante que os sistemas de comando são concebidos de acordo com os mais elevados padrões de segurança, o que é indispensável em ambientes de produção complexos e automatizados.

Performence Level: Resumo

A norma NP EN ISO 13849-1 é um documento fundamental para garantir a segurança das máquinas e dos sistemas de comando. O seu cumprimento permite às empresas ter a certeza de que os seus sistemas de comando estão em conformidade com os mais recentes requisitos de segurança, minimizando o risco de falhas e acidentes. O performence level é o elemento central desta norma, definindo os requisitos relativos à fiabilidade e à funcionalidade dos sistemas de comando. O cumprimento da norma NP EN ISO 13849-1 é indispensável para a obtenção da marcação CE e para garantir que as máquinas colocadas no mercado europeu são seguras para os utilizadores e para o ambiente de trabalho.