Prestandanivå: nyckeln till maskinsäkerhet

Introduktion till begreppet performence level

I dagens snabbt växande värld av industriell automation spelar performence level en avgörande roll för att säkerställa säkerheten hos maskiner och utrustning. Performence level anger systemets förmåga att uppnå en definierad säkerhetsnivå och därigenom minimera risken för fel och olyckor. I samband med maskindirektivet 2006/42/EC definierar harmoniserade standarder av typ B, såsom SS-EN ISO 13849-1, de allmänna konstruktionsprinciper som måste uppfyllas för att maskiner ska kunna få CE-märkning. Performence level är en av de centrala delarna i dessa standarder och påverkar varje aspekt av konstruktion, granskning och säkerhetsstyrning för maskiner och produktionslinjer.

Introduktion till standarden SS-EN ISO 13849-1

Standarden SS-EN ISO 13849-1 är ett centralt dokument inom maskinsäkerhet som anger krav för konstruktion, implementering och bedömning av säkerhetsrelaterade styrsystem. Dess huvudsakliga syfte är att säkerställa att dessa system uppfyller lämpliga nivåer av tillförlitlighet och funktionalitet, så att risken för fel som kan leda till faror för operatörer och arbetsmiljö minimeras. Standarden är harmoniserad med maskindirektivet 2006/42/EC, vilket innebär att uppfyllelse av den är avgörande för att få CE-märkning för maskiner och utrustning som släpps ut på den europeiska marknaden.

Grundläggande begrepp och standardens omfattning

Standarden SS-EN ISO 13849-1 definierar performence level (PL) som graden av ett systems förmåga att uppnå en bestämd säkerhetsnivå, mätt i fem kategorier från PL a till PL e, där PL e är den högsta säkerhetsnivån. Performence level beror på flera faktorer, såsom systemarkitektur, diagnostik och komponenternas tillförlitlighet.

Standarden omfattar ett brett spektrum av aspekter kopplade till konstruktion och bedömning av säkerhetsrelaterade styrsystem, bland annat:

• Riskanalys: Identifiering och bedömning av potentiella faror som är förknippade med maskinens drift.
• Specifikation av säkerhetskrav: Fastställande av krav för de säkerhetsfunktioner som styrsystemet måste uppfylla.
• Konstruktion av styrsystem: Utformning och implementering av system som uppfyller den angivna performence level.
• Bedömning och verifiering: Genomförande av tester och analyser för att bekräfta att systemen uppfyller standardens krav.

Riskanalys och fastställande av säkerhetskrav

Det första steget i processen för att uppfylla SS-EN ISO 13849-1 är att genomföra en detaljerad riskanalys. Syftet med analysen är att identifiera potentiella faror och bedöma den risk som är kopplad till var och en av dem. Utifrån resultaten av riskanalysen fastställs säkerhetskraven för styrsystemen.

Ett centralt verktyg i riskanalysen är riskanalys enligt SS-EN ISO 12100, som tillhandahåller en metodik för systematisk riskbedömning. Denna metodik omfattar identifiering av faror, riskbedömning samt fastställande av kontrollåtgärder som syftar till att reducera risken till en acceptabel nivå.

Konstruktion av styrsystem

Konstruktion av styrsystem enligt SS-EN ISO 13849-1 omfattar flera viktiga steg, däribland:

• Definition av säkerhetsfunktioner: Fastställande av vilka styrfunktioner som är kritiska för säkerheten och vilka krav som gäller för dem.
• Val av komponenter: Val av lämpliga komponenter som uppfyller kraven på tillförlitlighet och diagnostik.
• Systemarkitektur: Utformning av styrsystemets struktur med hänsyn till redundans och diagnostik.
• Tillförlitlighetsberäkningar: Utförande av tillförlitlighetsberäkningar, såsom medeltid till fel (MTTF) och medeltid till reparation (MTTR), för att fastställa systemets övergripande performence level.

Implementering och integration

När styrsystemet har konstruerats är nästa steg att implementera och integrera det med maskinen. Detta steg omfattar:

• Installation av komponenter: Montering av de valda komponenterna enligt konstruktionen.
• Systemintegration: Sammankoppling av styrsystemets olika delar så att samverkan och kompatibilitet säkerställs.
• Funktionstestning: Genomförande av funktionstester för att säkerställa att systemet fungerar enligt konstruktionsförutsättningarna.

Verifiering och validering

En central del av att uppfylla SS-EN ISO 13849-1 är processen för verifiering och validering, som omfattar:

• Verifiering av konstruktionen: Kontroll av att styrsystemets konstruktion uppfyller alla fastställda krav.
• Valideringsprovning: Genomförande av valideringsprovning, inklusive simuleringar och praktiska tester, för att säkerställa att systemet fungerar enligt kraven för performence level.
• Dokumentation: Upprättande av detaljerad dokumentation som innehåller testresultat och analyser och bekräftar att systemet överensstämmer med standarden.

Beräkningsexempel för PL e och PL c

Beräkningar för prestandanivåerna PL e och PL c är avgörande för att säkerställa att säkerhetsrelaterade styrsystem uppfyller de krav som ställs på tillförlitlighet. Nedan följer exempel på beräkningar för båda prestandanivåerna.

Exempel 1: Beräkningar för PL e

Systembeskrivning:

• Styrsystem för en produktionsmaskin med nödstoppfunktion (E-Stop).
• Arkitektur: kategori 4, med dubbel kanal och övervakning.
• Det krävs att nivån PL e uppnås.

Beräkningssteg:

1. Fastställande av systemets komponenter:
   • Två E-Stop-knappar (dubbel kanal).
   • Två säkerhetsreläer.
   • PLC-styrning med säkerhetsfunktioner.
2. Genomsnittlig tid till farligt fel (MTTF_d):
   • Varje E-Stop-knapp har MTTF_d = 100 år.
   • Varje säkerhetsrelä har MTTF_d = 50 år.
   • PLC-styrningen har MTTF_d = 30 år.
3. Diagnostisk täckning (DC):
   • Den diagnostiska täckningen för kategori 4 är 99% (0.99).
4. Faktor för fel med gemensam orsak (CCF):
   • CCF-värdet för kategori 4 är minst 65%.
5. Beräkning av MTTF_d för hela systemet:
   • E-Stop-knappar (dubbel kanal): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 år.
   • Säkerhetsreläer: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 år.
   • PLC-styrning: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 år.
6. Beräkning av systemets MTTF_d:
   • Kombination av alla komponenter: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9,68 år.
7. Beräkning av PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PFH för PL e måste vara under 10^-8 per timme.
   • Med användning av värdena för MTTF_d och DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Slutsats: Systemet uppnår inte PL e, eftersom det beräknade PFH-värdet inte ligger inom det krav som gäller för PL e.

Exempel 2: Beräkningar för PL c

Systembeskrivning:

• Styrsystem för en maskin med funktion för övervakning av skyddsanordning.
• Arkitektur: kategori 2, med periodisk övervakning.
• Det krävs att nivån PL c uppnås.

Beräkningssteg:

1. Fastställande av systemets komponenter:
   • Skyddsanordning med positionssensor.
   • Säkerhetsrelä.
   • PLC-styrning med säkerhetsfunktioner.
2. Genomsnittlig tid till farligt fel (MTTF_d):
   • Skyddsanordning: MTTF_d = 20 år.
   • Säkerhetsrelä: MTTF_d = 50 år.
   • PLC-styrning: MTTF_d = 30 år.
3. Diagnostisk täckning (DC):
   • Den diagnostiska täckningen för kategori 2 är 90% (0.90).
4. Beräkning av MTTF_d för hela systemet:
   • Skyddsanordning: MTTF_d = 20 år.
   • Säkerhetsrelä: MTTF_d = 50 år.
   • PLC-styrning: MTTF_d = 30 år.
5. Beräkning av systemets MTTF_d:
   • Kombination av alla komponenter: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10,64 år.
6. Beräkning av PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • PFH för PL c måste vara under 10^-6 per timme.
   • Med användning av värdena för MTTF_d och DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Slutsats: Systemet uppnår inte PL c, eftersom det beräknade PFH-värdet inte ligger inom det krav som gäller för PL c.

Jämförelse med standarden SS-EN IEC 62061

Standarden SS-EN 62061, som avser funktionell säkerhet för elektriska, elektroniska och programmerbara säkerhetsrelaterade styrsystem, jämförs ofta med SS-EN ISO 13849-1. Båda standarderna syftar till att säkerställa maskinsäkerhet, men de skiljer sig åt i fråga om angreppssätt och omfattning.

• Omfattning: SS-EN IEC 62061 fokuserar främst på elektriska, elektroniska och programmerbara system, medan SS-EN ISO 13849-1 omfattar ett bredare teknikområde, inklusive mekaniska och hydrauliska system.
• Detaljeringsgrad: SS-EN 62061 är mer detaljerad när det gäller tekniska krav för elektroniska system, medan SS-EN ISO 13849-1 erbjuder ett mer generellt angreppssätt som kan tillämpas inom olika tekniker.
• Riskbedömning: Båda standarderna kräver att en riskanalys genomförs, men SS-EN IEC 62061 lägger större vikt vid en detaljerad riskbedömning och införande av kontrollåtgärder i programmerbara system.

Rollen för performence level inom industriell automation

Performence level är en oumbärlig del av automatiseringen av produktionsprocesser, där precision och tillförlitlighet är avgörande. Implementeringen av rätt performence level i maskiners styrsystem påverkar direkt både effektiviteten och driftsäkerheten. Ett exempel på användning av performence level är vid konstruktion av produktionslinjer, där varje maskin måste uppfylla specificerade säkerhetskrav för att säkerställa att hela produktionsprocessen fungerar smidigt och utan störningar. Automatisering av produktionsprocesser kräver inte bara hög prestanda utan också överensstämmelse med säkerhetsstandarder, vilket uppnås genom en korrekt fastställd performence level.

Säkerhetsrevision och performence level

Säkerhetsrevision är en process där man bedömer om maskiner uppfyller kraven i säkerhetsstandarder, inklusive performence level. Integratörer inom industriell automation har en nyckelroll i att genomföra sådana revisioner och säkerställa att systemen uppfyller de högsta säkerhetskraven. Performence level bedöms utifrån riskanalys enligt SS-EN ISO 12100 samt funktionstester som verifierar att styrsystemen fungerar enligt konstruktionsantagandena och gällande standarder. En säkerhetsrevision kan också omfatta granskning av teknisk dokumentation, verifierande provningar samt inspektion av maskiner för att identifiera potentiella faror.

Maskinkonstruktion enligt kraven för performence level

Maskinkonstruktion kräver att både mekaniska och elektroniska aspekter beaktas för att uppfylla kraven för performence level. Mekaniska system, såsom pneumatiska och hydrauliska system, måste dimensioneras noggrant med avseende på hållfasthet för att säkerställa tillförlitlighet och säkerhet under olika driftförhållanden. Elektroniska system måste i sin tur ge hög tillförlitlighet och funktionell säkerhet, vilket är särskilt viktigt för styrsystem. Performence level anger de minimikrav som styrsystem måste uppfylla för att minimera risken för fel. Inom konstruktionen beaktar konstruktionskontoret även kraven i harmoniserade standarder, såsom SS-EN ISO 13849-1 och SS-EN 62061, som specificerar kraven för båda typerna av system och säkerställer ett heltäckande angreppssätt för maskinsäkerhet.

CE-certifiering av maskiner och performence level

Standarden SS-EN ISO 13849-1 anger kraven för CE-certifiering av maskiner med fokus på säkerhetsaspekter kopplade till performence level. CE-certifiering är nödvändig för att maskiner lagligen ska kunna släppas ut på marknaden inom Europeiska unionen. Standarden SS-EN 62061, som också avser funktionell säkerhet, inför ytterligare krav för elektroniska och programmerbara system, vilket gör certifieringsprocessen mer komplex. Båda standarderna är harmoniserade med Maskindirektivet 2006/42/EC, vilket innebär att uppfyllelse av deras krav är liktydigt med att säkerställa överensstämmelse med europeiska säkerhetsbestämmelser.

Performence level och anpassning av maskiner till minimikraven

Anpassning av maskiner till minimikraven i enlighet med performence level kräver noggranna rutiner och regelbundna revisioner. Praktiska exempel visar hur dessa rutiner tillämpas i olika branscher för att säkerställa säkerhet och regelefterlevnad. Performence level är en central del i modernisering av maskiner, där befintlig utrustning anpassas till nya säkerhetsstandarder. Processen omfattar bland annat riskanalys, anpassning av befintliga styrsystem samt provning och verifiering för att säkerställa att maskinerna uppfyller aktuella säkerhetskrav. Anpassning av maskiner till minimikraven enligt performence level är avgörande för att säkerställa säker och effektiv drift.

Betydelse för Industri 4.0

Standarden SS-EN ISO 13849-1 har stor betydelse i samband med Industri 4.0, som kännetecknas av en hög grad av automatisering och systemintegration. Inom Industri 4.0 måste styrsystem inte bara vara tillförlitliga, utan också flexibla och skalbara för att möta produktionens snabbt föränderliga krav. Performence level enligt SS-EN ISO 13849-1 säkerställer att styrsystem konstrueras med de högsta säkerhetskraven i åtanke, vilket är nödvändigt i komplexa och automatiserade produktionsmiljöer.

Performence Level: Sammanfattning

Standarden SS-EN ISO 13849-1 är ett centralt dokument för att säkerställa säkerheten hos maskiner och styrsystem. Genom att uppfylla den kan företag vara säkra på att deras styrsystem överensstämmer med de senaste säkerhetskraven, vilket minimerar risken för fel och olyckor. Performence level är en central del av denna standard och definierar kraven på styrsystemens tillförlitlighet och funktionalitet. Efterlevnad av SS-EN ISO 13849-1 är nödvändig för att få CE-märkning och för att säkerställa att maskiner som släpps ut på den europeiska marknaden är säkra för användare och arbetsmiljön.