Nivel de performanță: cheia siguranței mașinilor

Introducere în conceptul de performence level

În lumea de astăzi, aflată într-o dezvoltare dinamică a automatizărilor industriale, performence level joacă un rol esențial în asigurarea siguranței mașinilor și echipamentelor. Performence level reprezintă gradul de capacitate al unui sistem de a atinge un anumit nivel de siguranță, minimizând riscul de defecțiuni și accidente. În contextul Directivei Mașini 2006/42/EC, standardele armonizate de tip B, precum SR EN ISO 13849-1, definesc principiile generale de proiectare care trebuie îndeplinite pentru ca mașinile să poată primi marcajul CE. Performence level este unul dintre elementele-cheie ale acestor standarde, influențând fiecare aspect al proiectării, auditului și managementului siguranței mașinilor și al liniilor de producție.

Introducere în standardul SR EN ISO 13849-1

Standardul SR EN ISO 13849-1 este un document esențial în domeniul siguranței mașinilor, care stabilește cerințele privind proiectarea, implementarea și evaluarea sistemelor de comandă legate de siguranță. Scopul său principal este să asigure că aceste sisteme îndeplinesc nivelurile corespunzătoare de fiabilitate și funcționalitate, reducând la minimum riscul de defecțiuni care ar putea conduce la pericole pentru operatori și pentru mediul de lucru. Acest standard este armonizat cu Directiva Mașini 2006/42/EC, ceea ce înseamnă că respectarea lui este esențială pentru obținerea marcajului CE pentru mașinile și echipamentele introduse pe piața europeană.

Noțiuni de bază și domeniul de aplicare al standardului

Standardul SR EN ISO 13849-1 definește performence level (PL) ca gradul de capacitate al unui sistem de a atinge un anumit nivel de siguranță, măsurat în cinci categorii, de la PL a la PL e, unde PL e reprezintă cel mai înalt nivel de siguranță. Performence level depinde de mai mulți factori, precum arhitectura sistemului, diagnosticarea și fiabilitatea componentelor.

Standardul acoperă o gamă largă de aspecte legate de proiectarea și evaluarea sistemelor de comandă legate de siguranță, inclusiv:

• Analiza riscurilor: identificarea și evaluarea pericolelor potențiale asociate funcționării mașinii.
• Specificarea cerințelor de siguranță: definirea cerințelor privind funcțiile de siguranță pe care sistemul de comandă trebuie să le îndeplinească.
• Proiectarea sistemelor de comandă: crearea și implementarea unor sisteme conforme cu performence level stabilit.
• Evaluare și verificare: efectuarea de teste și analize pentru a confirma că sistemele îndeplinesc cerințele standardului.

Analiza riscurilor și stabilirea cerințelor de siguranță

Primul pas în procesul de conformare cu standardul SR EN ISO 13849-1 este realizarea unei analize detaliate a riscurilor. Această analiză are ca scop identificarea pericolelor potențiale și evaluarea riscului asociat fiecăruia dintre acestea. Pe baza rezultatelor analizei riscurilor sunt stabilite cerințele de siguranță pentru sistemele de comandă.

Un instrument esențial în analiza riscurilor este analiza riscurilor conform SR EN ISO 12100, care oferă o metodologie pentru evaluarea sistematică a riscului. Această metodologie include identificarea pericolelor, evaluarea riscului și stabilirea măsurilor de control menite să reducă riscul la un nivel acceptabil.

Proiectarea sistemelor de comandă

Proiectarea sistemelor de comandă conforme cu SR EN ISO 13849-1 include câteva etape esențiale, printre care:

• Definirea funcțiilor de siguranță: stabilirea funcțiilor de comandă critice pentru siguranță și a cerințelor aferente acestora.
• Selectarea componentelor: alegerea componentelor adecvate, care îndeplinesc cerințele privind fiabilitatea și diagnosticarea.
• Arhitectura sistemului: proiectarea structurii sistemului de comandă, ținând cont de redundanță și diagnosticare.
• Calcule de fiabilitate: efectuarea calculelor de fiabilitate, cum ar fi Timpul Mediu până la Defectare (MTTF) și Timpul Mediu de Reparație (MTTR), pentru a determina performence level general al sistemului.

Implementare și integrare

După proiectarea sistemului de comandă, următorul pas este implementarea și integrarea acestuia în mașină. Această etapă include:

• Instalarea componentelor: montarea componentelor selectate în conformitate cu proiectul.
• Integrarea sistemelor: conectarea diferitelor părți ale sistemului de comandă, asigurând cooperarea și compatibilitatea acestora.
• Testare funcțională: efectuarea testelor funcționale pentru a verifica faptul că sistemul funcționează conform ipotezelor de proiectare.

Verificare și validare

Un element esențial al conformității cu standardul SR EN ISO 13849-1 este procesul de verificare și validare, care include:

• Verificarea proiectului: Verificarea dacă proiectul sistemului de comandă îndeplinește toate cerințele specificate.
• Teste de validare: Efectuarea testelor de validare, care includ simulări și teste practice, pentru a confirma că sistemul funcționează în conformitate cu cerințele privind performence level.
• Documentație: Întocmirea unei documentații detaliate, care include rezultatele testelor și ale analizelor, confirmând conformitatea sistemului cu standardul.

Exemplu de calcule pentru PL e și PL c

Calculele pentru nivelurile de performanță PL e și PL c sunt esențiale pentru a asigura că sistemele de comandă legate de siguranță îndeplinesc standardele de fiabilitate cerute. Mai jos sunt prezentate exemple de calcul pentru ambele niveluri de performanță.

Exemplul 1: Calcule pentru PL e

Descrierea sistemului:

• Sistem de comandă al unei mașini de producție cu funcție de oprire de urgență (E-Stop).
• Arhitectură: categoria 4, cu canal dublu și monitorizare.
• Este necesară atingerea nivelului PL e.

Pașii de calcul:

1. Stabilirea componentelor sistemului:
   • Două butoane E-Stop (canal dublu).
   • Două relee de siguranță.
   • Controler PLC cu funcții de siguranță.
2. Timpul mediu până la o defectare periculoasă (MTTF_d):
   • Fiecare buton E-Stop are MTTF_d = 100 ani.
   • Fiecare releu de siguranță are MTTF_d = 50 ani.
   • Controlerul PLC are MTTF_d = 30 ani.
3. Acoperirea diagnostică (DC):
   • Acoperirea diagnostică pentru categoria 4 este de 99% (0.99).
4. Factorul defectărilor din cauze comune (CCF):
   • Valoarea CCF pentru categoria 4 este de cel puțin 65%.
5. Calculul MTTF_d pentru întregul sistem:
   • Butoane E-Stop (canal dublu): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 ani.
   • Relee de siguranță: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 ani.
   • Controler PLC: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 ani.
6. Calculul MTTF_d al sistemului:
   • Combinația tuturor elementelor: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 ani.
7. Calculul PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PFH pentru PL e trebuie să fie sub 10^-8 pe oră.
   • Folosind valorile MTTF_d și DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Concluzie: Sistemul nu atinge PL e, deoarece PFH calculat nu se încadrează în valoarea cerută pentru PL e.

Exemplul 2: Calcule pentru PL c

Descrierea sistemului:

• Sistem de comandă al unei mașini cu funcție de monitorizare a apărătorii de siguranță.
• Arhitectură: categoria 2, cu monitorizare periodică.
• Este necesară atingerea nivelului PL c.

Pașii de calcul:

1. Stabilirea componentelor sistemului:
   • Apărătoare de siguranță cu senzor de poziție.
   • Releu de siguranță.
   • Controler PLC cu funcții de siguranță.
2. Timpul mediu până la o defectare periculoasă (MTTF_d):
   • Apărătoare de siguranță: MTTF_d = 20 ani.
   • Releu de siguranță: MTTF_d = 50 ani.
   • Controler PLC: MTTF_d = 30 ani.
3. Acoperirea diagnostică (DC):
   • Acoperirea diagnostică pentru categoria 2 este de 90% (0.90).
4. Calculul MTTF_d pentru întregul sistem:
   • Apărătoare de siguranță: MTTF_d = 20 ani.
   • Releu de siguranță: MTTF_d = 50 ani.
   • Controler PLC: MTTF_d = 30 ani.
5. Calculul MTTF_d al sistemului:
   • Combinația tuturor elementelor: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 ani.
6. Calculul PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PFH pentru PL c trebuie să fie sub 10^-6 pe oră.
   • Folosind valorile MTTF_d și DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Concluzie: Sistemul nu atinge PL c, deoarece PFH calculat nu se încadrează în valoarea cerută pentru PL c.

Comparație cu standardul SR EN IEC 62061

Standardul SR EN 62061, referitor la siguranța funcțională a sistemelor de comandă electrice, electronice și electronice programabile legate de siguranță, este adesea comparat cu SR EN ISO 13849-1. Ambele standarde urmăresc asigurarea siguranței mașinilor, însă diferă prin abordare și domeniul de aplicare.

• Domeniu de aplicare: SR EN IEC 62061 se concentrează în principal pe sistemele electrice, electronice și programabile, în timp ce SR EN ISO 13849-1 acoperă un spectru tehnologic mai larg, inclusiv soluții mecanice și hidraulice.
• Nivel de detaliere: SR EN 62061 este mai detaliată în ceea ce privește cerințele tehnice pentru sistemele electronice, în timp ce SR EN ISO 13849-1 oferă o abordare mai generală, care poate fi aplicată în diverse tehnologii.
• Evaluarea riscului: Ambele standarde impun realizarea unei analize de risc, însă SR EN IEC 62061 pune un accent mai mare pe evaluarea detaliată a riscului și pe implementarea măsurilor de control în sistemele programabile.

Rolul performence level în automatizarea industrială

Performence level este un element indispensabil în automatizarea proceselor de producție, unde precizia și fiabilitatea sunt esențiale. Implementarea unui performence level adecvat în sistemele de comandă ale mașinilor influențează direct eficiența acestora și siguranța operațională. Un exemplu de utilizare a performence level este proiectarea liniilor de producție, unde fiecare mașină trebuie să îndeplinească cerințe specifice de siguranță pentru a asigura continuitatea și funcționarea fără defecțiuni a întregului proces de producție. Automatizarea proceselor de producție necesită nu doar eficiență, ci și conformitate cu standardele de siguranță, ceea ce se obține prin definirea corespunzătoare a performence level.

Auditul de siguranță și performence level

Auditul de siguranță este un proces prin care se evaluează conformitatea mașinilor cu cerințele standardelor de siguranță, inclusiv performence level. Integratorii de automatizări industriale au un rol esențial în realizarea unor astfel de audituri, asigurând că sistemele respectă cele mai înalte standarde de siguranță. Performence level este evaluat pe baza analizei de risc conform ISO 12100 și a testelor funcționale, care verifică dacă sistemele de comandă funcționează în conformitate cu ipotezele de proiectare și cu standardele aplicabile. Auditul de siguranță poate include, de asemenea, analiza documentației tehnice, efectuarea testelor de verificare și inspecția mașinilor pentru identificarea pericolelor potențiale.

Proiectarea mașinilor în conformitate cu cerințele performence level

Proiectarea mașinilor impune luarea în considerare a diferitelor aspecte mecanice și electronice pentru a îndeplini cerințele performence level. Sistemele mecanice, precum instalațiile pneumatice și hidraulice, trebuie calculate cu atenție din punct de vedere al rezistenței, pentru a le asigura fiabilitatea și siguranța în diverse condiții de operare. La rândul lor, sistemele electronice trebuie să asigure fiabilitate și siguranță funcțională, aspect deosebit de important în cazul sistemelor de comandă. Performence level definește cerințele minime pe care sistemele de comandă trebuie să le îndeplinească pentru a reduce la minimum riscul de defectare. În cadrul proiectării, biroul de proiectare ia în considerare și cerințele standardelor armonizate, precum SR EN ISO 13849-1 și SR EN 62061, care precizează cerințele pentru ambele tipuri de sisteme, asigurând o abordare completă a siguranței mașinilor.

Certificarea CE a mașinilor și performence level

Standardul SR EN ISO 13849-1 stabilește cerințele privind certificarea CE a mașinilor, concentrându-se pe aspectele de siguranță legate de performence level. Certificarea CE este necesară pentru ca mașinile să poată fi introduse legal pe piață în Uniunea Europeană. Standardul SR EN 62061, care se referă de asemenea la siguranța funcțională, introduce cerințe suplimentare pentru sistemele electronice și programabile, ceea ce sporește complexitatea procesului de certificare. Ambele standarde sunt armonizate cu Dyrektywa Maszynowa 2006/42/EC, ceea ce înseamnă că îndeplinirea cerințelor lor echivalează cu asigurarea conformității cu reglementările europene de siguranță.

Performence level și adaptarea mașinilor la cerințele minime

Adaptarea mașinilor la cerințele minime în conformitate cu performence level necesită proceduri riguroase și audituri periodice. Exemplele practice arată cum sunt aplicate aceste proceduri în diferite industrii, asigurând siguranța și conformitatea cu reglementările. Performence level este un element-cheie în procesul de modernizare a mașinilor, în care echipamentele existente sunt adaptate la noile standarde de siguranță. Acest proces include, printre altele, analiza de risc, adaptarea sistemelor de comandă existente, precum și efectuarea de teste și verificări pentru a se asigura că mașinile îndeplinesc cerințele actuale de siguranță. Adaptarea mașinilor la cerințele minime în conformitate cu performence level este esențială pentru a le asigura funcționarea sigură și eficientă.

Importanța pentru Industria 4.0

Standardul SR EN ISO 13849-1 are o importanță esențială în contextul Industriei 4.0, caracterizată printr-un grad ridicat de automatizare și integrare a sistemelor. În cadrul Industriei 4.0, sistemele de comandă trebuie să fie nu doar fiabile, ci și flexibile și scalabile, pentru a răspunde cerințelor de producție aflate într-o continuă schimbare. Performence level definit în standardul SR EN ISO 13849-1 asigură faptul că sistemele de comandă sunt proiectate având în vedere cele mai înalte standarde de siguranță, ceea ce este indispensabil în medii de producție complexe și automatizate.

Performence Level: Rezumat

Standardul SR EN ISO 13849-1 este un document esențial pentru asigurarea siguranței mașinilor și a sistemelor de comandă. Prin respectarea acestuia, companiile pot avea certitudinea că sistemele lor de comandă sunt conforme cu cele mai recente cerințe de siguranță, reducând la minimum riscul de defecțiuni și accidente. Performence level este elementul central al acestui standard, definind cerințele privind fiabilitatea și funcționalitatea sistemelor de comandă. Respectarea standardului SR EN ISO 13849-1 este necesară pentru obținerea marcajului CE și pentru a garanta că mașinile introduse pe piața europeană sunt sigure pentru utilizatori și pentru mediul de lucru.