BHP i bezpieczeństwo maszyn

Kategorie bezpieczeństwa i bezpieczeństwo funkcjonalne maszyn

Kategorie B-4 opisują, jak układ sterowania zachowuje się przy usterce, a poziom PL mówi, jak wysoko można mu ufać. Wyjaśniamy oba pojęcia i ich związek z SIL.

Redakcja Ekocentr3 min czytania

Szafa sterownicza z przekaźnikiem bezpieczeństwa i przewodami przy barierze świetlnej maszyny

Kategorie bezpieczeństwa maszyn to klasyfikacja architektury układu sterowania związanego z bezpieczeństwem według normy EN ISO 13849-1. Opisują, jak układ jest zbudowany i jak zachowa się po wystąpieniu usterki. Pięć kategorii, B, 1, 2, 3 i 4, łączy się z poziomami zapewnienia bezpieczeństwa PL od a do e. Wymagany poziom wynika z oceny ryzyka, a osiągnięty z konstrukcji układu i niezawodności jego elementów. Ten zestaw pojęć bywa nazywany bezpieczeństwem funkcjonalnym maszyn.

Funkcja bezpieczeństwa i układ sterowania

Bezpieczeństwo funkcjonalne dotyczy tych funkcji, które chronią człowieka: zatrzymania awaryjnego, blokady osłony, odcięcia zasilania po wejściu do strefy, ograniczenia prędkości. Każda taka funkcja ma swój łańcuch: czujnik (na przykład wyłącznik drzwi lub kurtyna świetlna), logikę (przekaźnik bezpieczeństwa lub sterownik) i element wykonawczy (stycznik, zawór). Norma ocenia cały łańcuch, a nie pojedynczy element. Przycisk z deklarowanym wysokim poziomem nic nie da, gdy reszta toru jest zbudowana prosto.

Pięć kategorii bezpieczeństwa

Kategoria Zasada budowy Zachowanie przy usterce
B podstawowe wymagania, odpowiednie komponenty usterka może spowodować utratę funkcji
1 sprawdzone komponenty i sprawdzone zasady bezpieczeństwa usterka może spowodować utratę funkcji, ale jest mniej prawdopodobna
2 funkcja jest okresowo testowana przez układ kontrolny usterka może wystąpić między testami, test ją wykrywa
3 dwa kanały, pojedyncza usterka nie kasuje funkcji pojedynczą usterkę wykrywa się w praktycznie możliwym zakresie
4 dwa kanały i wysoka diagnostyka pojedyncza usterka jest wykrywana, a nagromadzenie usterek nie kasuje funkcji

Wyższa kategoria oznacza większą odporność na usterki, ale sama nie daje poziomu PL. Do niego trzeba dołożyć niezawodność elementów i jakość diagnostyki.

Poziomy PL a-e i od czego zależą

Poziom zapewnienia bezpieczeństwa PL ma pięć stopni, od a (najniższy) do e (najwyższy). Wiąże się z prawdopodobieństwem niebezpiecznej awarii na godzinę. Na uzyskany poziom wpływają cztery wielkości.

  • kategoria, czyli struktura układu,
  • MTTFd, czyli średni czas do niebezpiecznej awarii elementu,
  • pokrycie diagnostyczne DC, czyli jaka część usterek jest wykrywana,
  • odporność na uszkodzenia wspólnych przyczyn, na przykład przepięcie lub zalanie.

Wymagany poziom PLr wybiera się na podstawie wykresu ryzyka, w którym ocenia się ciężkość urazu, częstotliwość narażenia i możliwość uniknięcia zagrożenia. Im cięższy uraz i trudniejsza ucieczka, tym wyższy wymagany poziom. Cały proces zaczyna się więc od oceny ryzyka maszyny, a dopiero potem wybiera się kategorię i elementy.

Przykład doboru

Zatrzymanie awaryjne prasy, przy której możliwy jest ciężki, nieodwracalny uraz dłoni, zwykle wymaga wysokiego PLr, na przykład d lub e. Osłona zamykana rzadko, za którą jest niewielkie zagrożenie, może wystarczyć z niższym poziomem. Konkretną wartość zawsze ustala analiza dla danej funkcji, a nie tabela z gotowymi odpowiedziami.

Walidacja i dokumentacja funkcji bezpieczeństwa

Samo obliczenie poziomu PL nie kończy pracy. Dla każdej funkcji bezpieczeństwa opisuje się jej wymagania: co ją wyzwala, jaki ma być stan bezpieczny, jaki czas reakcji jest dopuszczalny i jak funkcja ma się zachować po przywróceniu zasilania. Następnie sprawdza się w praktyce, że maszyna je spełnia, na przykład przez próbę wyzwolenia zatrzymania awaryjnego, test blokady osłony i pomiar czasu zatrzymania. Wyniki trafiają do dokumentacji technicznej. Przy zmianach w układzie, na przykład wymianie przekaźnika na element innego typu, obliczenia trzeba powtórzyć.

SIL: druga skala tego samego problemu

Obok PL stosuje się poziom nienaruszalności bezpieczeństwa SIL, znany z normy IEC 61508 i z normy EN IEC 62061 przeznaczonej dla maszyn. W maszynach wykorzystuje się SIL od 1 do 3. Obie skale mają zbliżone zakresy prawdopodobieństwa awarii, więc PL e odpowiada w przybliżeniu SIL 3, PL d odpowiada SIL 2, a PL c oraz b mieszczą się w SIL 1. Wybór metody zależy od technologii układu: przy rozwiązaniach elektromechanicznych, hydraulicznych i pneumatycznych częściej stosuje się EN ISO 13849-1, a przy złożonych układach elektronicznych programowalnych EN IEC 62061.

Aktualne wydanie normy i jej miejsce w przepisach

Wydanie EN ISO 13849-1 z 2023 r. zastąpiło wydanie z 2015 r., zawiera między innymi zmienione ujęcie kategorii 2 i uszczegółowioną walidację. Przed wyborem konkretnego wydania do dokumentacji sprawdź w wykazie norm zharmonizowanych, które odniesienie jest aktualnie opublikowane w Dzienniku Urzędowym UE, bo od tego zależy domniemanie zgodności. Wstępne materiały informacyjne o bezpieczeństwie maszyn publikuje także Centralny Instytut Ochrony Pracy na stronie ciop.pl.

Poziomy bezpieczeństwa wynikają z wymagań dyrektywy. Przy robotach przemysłowych dochodzą jeszcze normy szczegółowe, o czym pisze artykuł o bezpieczeństwie robotów przemysłowych. Sposób, w jaki wyniki trafiają do dokumentów producenta, pokazuje wpis o ocenie zgodności maszyny i znaku CE.

Czytaj dalej