Úroveň vlastností: kľúč k bezpečnosti strojov

Úvod do koncepcie performence level

V dnešnom dynamicky sa rozvíjajúcom svete priemyselnej automatizácie zohráva performence level kľúčovú úlohu pri zabezpečení bezpečnosti strojov a zariadení. Performence level predstavuje mieru schopnosti systému dosiahnuť stanovenú úroveň bezpečnosti a zároveň minimalizovať riziko porúch a nehôd. V kontexte smernice o strojových zariadeniach 2006/42/EC harmonizované normy typu B, ako napríklad STN EN ISO 13849-1, definujú všeobecné zásady navrhovania, ktoré musia byť splnené, aby stroje mohli získať označenie CE. Performence level je jedným z kľúčových prvkov týchto noriem a ovplyvňuje každý aspekt navrhovania, auditu a riadenia bezpečnosti strojov a výrobných liniek.

Úvod do normy STN EN ISO 13849-1

Norma STN EN ISO 13849-1 je kľúčovým dokumentom v oblasti bezpečnosti strojov, ktorý stanovuje požiadavky na navrhovanie, implementáciu a hodnotenie riadiacich systémov súvisiacich s bezpečnosťou. Jej hlavným cieľom je zabezpečiť, aby tieto systémy spĺňali primeranú úroveň spoľahlivosti a funkčnosti a minimalizovali riziko porúch, ktoré by mohli viesť k ohrozeniu obsluhy a pracovného prostredia. Táto norma je harmonizovaná so smernicou o strojových zariadeniach 2006/42/EC, čo znamená, že jej splnenie je kľúčové na získanie označenia CE pre stroje a zariadenia uvádzané na európsky trh.

Základné pojmy a rozsah normy

Norma STN EN ISO 13849-1 definuje performence level (PL) ako mieru schopnosti systému dosiahnuť stanovenú úroveň bezpečnosti, meranú v piatich kategóriách od PL a po PL e, pričom PL e predstavuje najvyššiu úroveň bezpečnosti. Performence level závisí od viacerých faktorov, ako sú architektúra systému, diagnostika a spoľahlivosť komponentov.

Norma zahŕňa široké spektrum aspektov súvisiacich s navrhovaním a hodnotením riadiacich systémov súvisiacich s bezpečnosťou, vrátane:

• Analýza rizík: Určenie a posúdenie potenciálnych nebezpečenstiev spojených s prevádzkou stroja.
• Špecifikácia bezpečnostných požiadaviek: Definovanie požiadaviek na bezpečnostné funkcie, ktoré musí riadiaci systém spĺňať.
• Navrhovanie riadiacich systémov: Tvorba a implementácia systémov v súlade s určeným performence level.
• Posúdenie a overenie: Vykonávanie skúšok a analýz s cieľom potvrdiť, že systémy spĺňajú požiadavky normy.

Analýza rizík a určenie bezpečnostných požiadaviek

Prvým krokom v procese zhody s normou STN EN ISO 13849-1 je vykonanie podrobnej analýzy rizík. Cieľom tejto analýzy je identifikovať potenciálne nebezpečenstvá a posúdiť riziko spojené s každým z nich. Na základe výsledkov analýzy rizík sa určujú bezpečnostné požiadavky na riadiace systémy.

Kľúčovým nástrojom pri analýze rizík je analýza rizík podľa STN EN ISO 12100, ktorá poskytuje metodiku na systematické posudzovanie rizika. Táto metodika zahŕňa identifikáciu nebezpečenstiev, posúdenie rizika a určenie kontrolných opatrení, ktorých cieľom je znížiť riziko na prijateľnú úroveň.

Navrhovanie riadiacich systémov

Navrhovanie riadiacich systémov v súlade s STN EN ISO 13849-1 zahŕňa niekoľko kľúčových etáp, medzi ktoré patria:

• Definovanie bezpečnostných funkcií: Určenie, ktoré riadiace funkcie sú z hľadiska bezpečnosti kritické a aké sú ich požiadavky.
• Výber komponentov: Výber vhodných komponentov, ktoré spĺňajú požiadavky na spoľahlivosť a diagnostiku.
• Architektúra systému: Návrh štruktúry riadiaceho systému so zohľadnením redundancie a diagnostiky.
• Výpočty spoľahlivosti: Vykonávanie výpočtov spoľahlivosti, ako sú stredný čas do poruchy (MTTF) a stredný čas opravy (MTTR), s cieľom určiť celkový performence level systému.

Implementácia a integrácia

Po navrhnutí riadiaceho systému je ďalším krokom jeho implementácia a integrácia so strojom. Táto etapa zahŕňa:

• Inštaláciu komponentov: Montáž vybraných komponentov v súlade s návrhom.
• Integráciu systémov: Prepojenie jednotlivých častí riadiaceho systému tak, aby bola zabezpečená ich spolupráca a kompatibilita.
• Funkčné skúšky: Vykonanie funkčných skúšok s cieľom overiť, že systém pracuje v súlade s návrhovými predpokladmi.

Verifikácia a validácia

Kľúčovým prvkom zhody s normou STN EN ISO 13849-1 je proces verifikácie a validácie, ktorý zahŕňa:

• Overenie návrhu: Kontrola, či návrh riadiaceho systému spĺňa všetky stanovené požiadavky.
• Validačné skúšky: Vykonanie validačných skúšok vrátane simulácií a praktických testov, aby sa potvrdilo, že systém funguje v súlade s požiadavkami performence level.
• Dokumentácia: Vypracovanie podrobnej dokumentácie, ktorá obsahuje výsledky skúšok a analýz a potvrdzuje zhodu systému s normou.

Príklad výpočtov pre PL e a PL c

Výpočty úrovní vlastností PL e a PL c sú kľúčové na zabezpečenie toho, aby riadiace systémy súvisiace s bezpečnosťou spĺňali požadované štandardy spoľahlivosti. Nižšie uvádzam príklady výpočtov pre obe úrovne vlastností.

Príklad 1: Výpočty pre PL e

Opis systému:

• Riadiaci systém výrobného stroja s funkciou núdzového zastavenia (E-Stop).
• Architektúra: kategória 4, s dvoma kanálmi a monitorovaním.
• Požaduje sa dosiahnutie úrovne PL e.

Kroky výpočtu:

1. Určenie komponentov systému:
   • Dve tlačidlá E-Stop (dvojkanálové).
   • Dve bezpečnostné relé.
   • PLC s bezpečnostnými funkciami.
2. Stredný čas do nebezpečnej poruchy (MTTF_d):
   • Každé tlačidlo E-Stop má MTTF_d = 100 rokov.
   • Každé bezpečnostné relé má MTTF_d = 50 rokov.
   • PLC má MTTF_d = 30 rokov.
3. Diagnostické pokrytie (DC):
   • Diagnostické pokrytie pre kategóriu 4 je 99 % (0.99).
4. Koeficient porúch zo spoločnej príčiny (CCF):
   • Hodnota CCF pre kategóriu 4 je najmenej 65 %.
5. Výpočet MTTF_d celého systému:
   • Tlačidlá E-Stop (dvojkanálové): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 rokov.
   • Bezpečnostné relé: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 rokov.
   • PLC: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 rokov.
6. Výpočet MTTF_d systému:
   • Kombinácia všetkých prvkov: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 rokov.
7. Výpočet PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PFH pre PL e musí byť nižšie ako 10^-8 za hodinu.
   • Pri použití hodnôt MTTF_d a DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Záver: Systém nedosahuje PL e, pretože vypočítaná hodnota PFH sa nezmestí do požadovanej hodnoty pre PL e.

Príklad 2: Výpočty pre PL c

Opis systému:

• Riadiaci systém stroja s funkciou monitorovania bezpečnostného krytu.
• Architektúra: kategória 2, s periodickým monitorovaním.
• Požaduje sa dosiahnutie úrovne PL c.

Kroky výpočtu:

1. Určenie komponentov systému:
   • Bezpečnostný kryt so snímačom polohy.
   • Bezpečnostné relé.
   • PLC s bezpečnostnými funkciami.
2. Stredný čas do nebezpečnej poruchy (MTTF_d):
   • Bezpečnostný kryt: MTTF_d = 20 rokov.
   • Bezpečnostné relé: MTTF_d = 50 rokov.
   • PLC: MTTF_d = 30 rokov.
3. Diagnostické pokrytie (DC):
   • Diagnostické pokrytie pre kategóriu 2 je 90 % (0.90).
4. Výpočet MTTF_d celého systému:
   • Bezpečnostný kryt: MTTF_d = 20 rokov.
   • Bezpečnostné relé: MTTF_d = 50 rokov.
   • PLC: MTTF_d = 30 rokov.
5. Výpočet MTTF_d systému:
   • Kombinácia všetkých prvkov: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 rokov.
6. Výpočet PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PFH pre PL c musí byť nižšie ako 10^-6 za hodinu.
   • Pri použití hodnôt MTTF_d a DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Záver: Systém nedosahuje PL c, pretože vypočítaná hodnota PFH sa nezmestí do požadovanej hodnoty pre PL c.

Porovnanie s normou STN EN IEC 62061

Norma STN EN 62061, ktorá sa týka funkčnej bezpečnosti elektrických, elektronických a programovateľných elektronických riadiacich systémov súvisiacich s bezpečnosťou, sa často porovnáva s STN EN ISO 13849-1. Obe normy majú za cieľ zaistiť bezpečnosť strojov, no líšia sa prístupom aj rozsahom.

• Rozsah: STN EN IEC 62061 sa zameriava najmä na elektrické, elektronické a programovateľné systémy, zatiaľ čo STN EN ISO 13849-1 pokrýva širšie spektrum technológií vrátane mechanických a hydraulických.
• Úroveň podrobnosti: STN EN 62061 je podrobnejšia z hľadiska technických požiadaviek na elektronické systémy, zatiaľ čo STN EN ISO 13849-1 ponúka všeobecnejší prístup, ktorý možno uplatniť pri rôznych technológiách.
• Posúdenie rizika: Obe normy vyžadujú vykonanie analýzy rizík, ale STN EN IEC 62061 kladie väčší dôraz na podrobné posúdenie rizika a zavedenie kontrolných opatrení v programovateľných systémoch.

Úloha performence level v priemyselnej automatizácii

Performence level je nevyhnutnou súčasťou automatizácie výrobných procesov, kde sú presnosť a spoľahlivosť kľúčové. Zavedenie vhodného performence level do riadiacich systémov strojov má priamy vplyv na ich efektívnosť aj prevádzkovú bezpečnosť. Príkladom využitia performence level je navrhovanie a výroba strojov a výrobných liniek, kde musí každý stroj spĺňať stanovené bezpečnostné požiadavky, aby sa zabezpečila plynulosť a bezporuchovosť celého výrobného procesu. Automatizácia výrobných procesov si vyžaduje nielen vysoký výkon, ale aj súlad s bezpečnostnými normami, čo sa dosahuje vďaka správne určenému performence level.

Audit bezpečnosti a performence level

Audit bezpečnosti je proces, pri ktorom sa posudzuje zhoda strojov s požiadavkami bezpečnostných noriem vrátane performence level. Integrátori priemyselnej automatizácie zohrávajú pri vykonávaní takýchto auditov kľúčovú úlohu a zabezpečujú, aby systémy spĺňali najvyššie bezpečnostné štandardy. Performence level sa hodnotí na základe analýzy rizík a funkčných skúšok, ktoré overujú, či riadiace systémy pracujú v súlade s projektovými predpokladmi a normami. Audit bezpečnosti môže zahŕňať aj analýzu technickej dokumentácie, vykonanie overovacích skúšok a kontrolu strojov s cieľom identifikovať potenciálne nebezpečenstvá.

Navrhovanie strojov v súlade s požiadavkami performence level

Navrhovanie strojov si vyžaduje zohľadnenie rôznych mechanických a elektronických aspektov, aby boli splnené požiadavky performence level. Mechanické sústavy, ako sú pneumatické a hydraulické systémy, musia byť dôkladne vypočítané z hľadiska pevnosti, aby sa zabezpečila ich spoľahlivosť a bezpečnosť v rôznych prevádzkových podmienkach. Elektronické sústavy zasa musia zabezpečovať spoľahlivosť a funkčnú bezpečnosť, čo je obzvlášť dôležité pri riadiacich systémoch. Performence level definuje minimálne požiadavky, ktoré musia riadiace systémy spĺňať, aby sa minimalizovalo riziko poruchy. V rámci navrhovania konštrukčná kancelária zohľadňuje aj požiadavky harmonizovaných noriem, ako sú STN EN ISO 13849-1 a STN EN 62061, ktoré spresňujú požiadavky pre oba typy sústav a zabezpečujú komplexný prístup k bezpečnosti strojov.

CE certifikácia strojov a performence level

Norma STN EN ISO 13849-1 stanovuje požiadavky týkajúce sa CE certifikácie strojov so zameraním na bezpečnostné aspekty súvisiace s performence level. CE certifikácia je nevyhnutná na to, aby mohli byť stroje legálne uvedené na trh v Európskej únii. Norma STN EN 62061, ktorá sa takisto týka funkčnej bezpečnosti, zavádza dodatočné požiadavky na elektronické a programovateľné systémy, čím zvyšuje komplexnosť procesu certifikácie. Obe normy sú harmonizované so smernicou o strojových zariadeniach 2006/42/EC, čo znamená, že splnenie ich požiadaviek je rovnocenné so zabezpečením súladu s európskymi bezpečnostnými predpismi.

Performence level a prispôsobenie strojov minimálnym požiadavkám

Prispôsobenie strojov minimálnym požiadavkám v súlade s performence level si vyžaduje presné postupy a pravidelné audity. Praktické príklady ukazujú, ako sa tieto postupy uplatňujú v rôznych odvetviach, aby sa zabezpečila bezpečnosť a súlad s predpismi. Performence level je kľúčovým prvkom v procese modernizácie strojov, pri ktorom sa existujúce zariadenia prispôsobujú novým bezpečnostným štandardom. Tento proces zahŕňa okrem iného analýzu rizík, úpravu existujúcich riadiacich systémov a vykonanie skúšok a overenia, aby sa zabezpečilo, že stroje spĺňajú aktuálne bezpečnostné požiadavky. Prispôsobenie strojov minimálnym požiadavkám v súlade s performence level je kľúčové na zaistenie ich bezpečnej a efektívnej prevádzky.

Význam pre Priemysel 4.0

Norma STN EN ISO 13849-1 má zásadný význam v kontexte Priemyslu 4.0, ktorý sa vyznačuje vysokou mierou automatizácie a integrácie systémov. V rámci Priemyslu 4.0 musia byť riadiace systémy nielen spoľahlivé, ale aj flexibilné a škálovateľné, aby dokázali reagovať na dynamicky sa meniace požiadavky výroby. Performence level definovaný v norme STN EN ISO 13849-1 zabezpečuje, že riadiace systémy sú navrhované s dôrazom na najvyššie bezpečnostné štandardy, čo je nevyhnutné v zložitých a automatizovaných výrobných prostrediach.

Performence Level: Zhrnutie

Norma STN EN ISO 13849-1 je kľúčovým dokumentom pri zabezpečovaní bezpečnosti strojov a riadiacich systémov. Vďaka jej splneniu si firmy môžu byť isté, že ich riadiace systémy sú v súlade s najnovšími bezpečnostnými požiadavkami, čím sa minimalizuje riziko porúch a úrazov. Performence level je ústredným prvkom tejto normy a definuje požiadavky na spoľahlivosť a funkčnosť riadiacich systémov. Dodržiavanie normy STN EN ISO 13849-1 je nevyhnutné na získanie označenia CE a na zabezpečenie toho, aby stroje uvádzané na európsky trh boli bezpečné pre používateľov aj pracovné prostredie.