ISO 13849-1 — poziomy zapewnienia bezpieczeństwa (PLa-PLe) układów sterowania

Przewodnik o kategoriach zatrzymania oraz przewodnik o sterowaniu oburęcznym oba odwołują się do ISO 13849-1 w zakresie wymaganej niezawodności samego obwodu sterowania (np. „system bezpieczeństwa kategorii 3 lub 4”). Ten artykuł opisuje leżący u podstaw model obliczeniowy: jak wyznacza się poziom zapewnienia bezpieczeństwa (PL) i dlaczego sama „kategoria 3” jeszcze nie przesądza o PL.

Pięć poziomów: od PLa do PLe

ISO 13849-1 definiuje pięć poziomów zapewnienia bezpieczeństwa, od niskiej do wysokiej zdolności redukcji ryzyka: PLa, PLb, PLc, PLd, PLe. Wymagany PL dla konkretnej funkcji bezpieczeństwa wynika z oceny ryzyka (ciężkość obrażeń, częstotliwość narażenia, możliwość uniknięcia) — ten artykuł nie omawia samej oceny ryzyka, lecz sposób ustalania osiągniętego PL wybranego obwodu sterowania.

Cztery parametry określają osiągnięty PL

1. Kategoria (B, 1, 2, 3 lub 4) — struktura obwodu: jednokanałowa bez redundancji (B, 1) do dwukanałowej z wzajemnym nadzorem (3, 4).
2. MTTFd — średni czas do niebezpiecznego uszkodzenia (niski/średni/ wysoki), na kanał.
3. DCavg — pokrycie diagnostyczne: odsetek niebezpiecznych uszkodzeń wykrywanych przez sam system (brak/niski/średni/wysoki).
4. CCF — środki przeciw uszkodzeniom o wspólnej przyczynie: dla systemu dwukanałowego trzeba wykazać, że jedna przyczyna (np. skok prądu) nie może spowodować jednoczesnej awarii obu kanałów.

Kategorie B i 1 nie mają funkcji diagnostycznej — dlatego DCavg i CCF nie odgrywają roli w obliczaniu PL dla tych dwóch kategorii; liczy się tylko kategoria i MTTFd.

Kategoria → maksymalnie osiągalny PL

Wyższa kategoria jest warunkiem koniecznym, a nie gwarancją: obwód kategorii 3 z niskim MTTFd lub niewystarczającymi środkami CCF może mimo to znaleźć się poniżej PLd.

Uwaga: ten artykuł podaje ramy pojęciowe. Dokładna punktacja dla środków CCF oraz progi MTTFd dla poszczególnych kategorii są szczegółowo opracowane odpowiednio w Załączniku E ISO 13849-1 oraz w samej normie podstawowej — do rzeczywistego obliczenia PL konkretnego obwodu należy sięgnąć po normę lub zwalidowane oprogramowanie producenta.

Znaczenie praktyczne

Przy budowaniu funkcji bezpieczeństwa z pojedynczych komponentów (np. przycisku zatrzymania awaryjnego wg ISO 13850, przekaźnika bezpieczeństwa i stycznika silnikowego) nie wystarczy, aby każdy komponent był certyfikowany osobno — należy wyznaczyć PL całego łańcucha (czujnik → logika → element wykonawczy) i porównać go z PL wymaganym na podstawie oceny ryzyka.

Częste błędy

1. Utożsamianie pojęć „kategoria” i „poziom zapewnienia bezpieczeństwa” — układ kategorii 3 z niskim MTTFd lub niewystarczającymi środkami CCF nie osiąga automatycznie PLd.
2. Pomijanie środków CCF w konstrukcji dwukanałowej — dwa redundantne kanały, które mogą ulec awarii przez ten sam skok prądu lub to samo niewłaściwie dobrane zasilanie, w praktyce zapewniają mniejszą ochronę niż sugeruje nominalna kategoria.
3. Ocenianie PL wyłącznie komponentu logicznego (PLC/przekaźnika bezpieczeństwa) — faktycznie osiągnięty poziom bezpieczeństwa określa PL całego łańcucha (łącznie z czujnikiem i wyłącznikiem krańcowym/stycznikiem), a nie jednego ogniwa.

Powiązane

• Kategorie zatrzymania (NEN-EN 60204-1)
• Sterowanie oburęczne (ISO 13851)
• Konstrukcja przycisku zatrzymania awaryjnego (ISO 13850)