Jak dobierać poziom niezawodności (performance level) w instalacjach bezpieczeństwa?

Jak dobierać poziom niezawodności (performance level) w instalacjach bezpieczeństwa?

8 cze 2018

Poziom niezawodności (PL) to wartość określająca zdolność części związanych z bezpieczeństwem systemu sterowania do wykonywania funkcji bezpieczeństwa, w odgórnie założonych warunkach. Wymagany poziom niezawodności ma na celu zmniejszenie ryzyka w każdej czynności dla wszystkich funkcji mających zapewnić bezpieczeństwo.

W związku z tym części układu sterowania muszą być równe lub większe niż wymagany stopień niezawodności. Wymagane stopnie niezawodności oraz sposób ich określania jest zawarty w normie PN-ISO13849-1, której najważniejsze elementy zostaną przybliżone poniżej.

Określanie poziomu wydajności funkcji bezpieczeństwa

Norma definiuje terminologię i metodologię stosowaną do osiągnięcia bezpieczeństwa maszyn.

Pierwszym krokiem wyznaczania poziomu wydajności jest identyfikacja zagrożeń, które mogą wystąpić w przypadku awarii funkcji odpowiadającej za zapewnienie bezpieczeństwa. Zagrożenia według normy można określić w następujący sposób:

S – Ciężkość obrażeń
•    S1 – nieznaczne (stłuczenia, obicia)
•    S2 – poważne (amputacja, śmierć)

F – Częstotliwość i / lub narażenie na niebezpieczeństwo
•    F1 – rzadko i/lub czas ekspozycji jest krótki
•    F2 – często lub ciągle i/lub czas ekspozycji jest długi

P – możliwość uniknięcia zagrożenia lub ograniczenia szkody
•    P1 – możliwe w szczególnych warunkach
•    P2 – mało prawdopodobne lub niemożliwe

Po zidentyfikowaniu tych zagrożeń, jesteśmy w stanie poprawnie zidentyfikować wymagany przez nas stopień niezawodności – stopniowany od a do e.

Poszczególne stopnie z tego przedziału należy interpretować w następujący sposób:

Performance Level (PL)

Prawdopodobieństwo wystąpienia awarii na godzinę (PFHd)

a

 

≥10-5 i <10-4

〈0.001% do 0.01%〉

b

 

≥3 × 10-6 i <10-5

〈0.0003% do 0.001%〉

c

 

≥10-6 i <3 × 10-6

〈0.0001% to 0.0003%〉

d

 

≥10-7 i <10-6

〈0.00001% do 0.0001%〉

e

 

≥10-8 i <10-7

〈0.000001% do 0.00001%〉

 

Gradacja od a do e określa prawdopodobieństwo wystąpienia awarii na godzinę (PFHd). Informację, jaki performance level (PL) mają poszczególne elementy można znaleźć w kartach katalogowych producentów urządzeń blokujących. W większości przypadków jeżeli urządzenie blokujące, jest zgodne z całą normą, nadaje się do zastosowania w każdym stopniu PL.

Aby odpowiednio określić stopień PL, należy posłużyć się schematem opracowanym na potrzeby tej normy.

Poziom niezawodności

Przykład:

Start → S2 → F1 → P1 → C

Czyli: Możliwość wystąpienia poważnych obrażeń → W krótkim czasie ekspozycji → W szczególnych warunkach → Z ryzykiem wystąpienia od 0.0001% do 0.0003%

Dzięki temu postępowaniu wiadomo, że nasz elementy powinien być dobrany z poziomem C lub większym.

Jak określić średni czas do niebezpiecznej awarii (MTTFd)?

MTTFd zakłada, że w każdym systemie wystąpi awaria, jeżeli tylko poczekamy wystarczająco długo. Dla poszczególnych wyników otrzymanych w wyniku MTTFd (otrzymany wyniki to lata), szacuje się następującą niezawodność komponentów:

Oszacowanie

MTTFd

niska

 

3 lata ≤ MTTFd < 10 lat

średnia

 

10 years ≤ MTTFd < 30 lat

wysoka

 

30 lat ≤ MTTFd < 100 lat

 

W celu oszacowania MTTFd elementu, należy posługiwać się danymi udostępnionymi przez producenta, może się jednak zdarzyć, że producent nie podaje stosownych danych w swojej dokumentacji. W takiej sytuacji można skorzystać ze standardów zawartych w innych normach dla najczęściej spotykanych elementów; prezentują się one następująco:

Rodzaj komponentu

Standardowe wartości MTTFd oraz B10d

Mechaniczne

MTTFd = 150 (lat)

Hydrauliczne

MTTFd = 150 (lat)

Pneumatyczne

B10d = 20,000,000 (cykli)

Przekaźniki i styczniki z niewielkim obciążeniem

B10d = 20,000,00 (cykli)

Przekaźniki i styczniki z maksymalnym obciążeniem

B10d = 400,00 (cykli)

Wyłączniki zbliżeniowe o niewielkim obciążeniu

B10d = 20,000,00 (cykli)

Wyłączniki zbliżeniowe o maksymalnym obciążeniu

B10d = 400,00 (cykli)

 

B10d – parametr określający średnią liczbę cykli, po której 10% elementów może spowodować niebezpieczną awarię.

Znając parametry całego układu, można policzyć finalny wynik, co ułatwi nam dobór elementów bezpieczeństwa:

Gdzie:

MTTFd – średni czas do niebezpiecznej awarii

B10d - parametr określający średnią liczbę cykli po której 10% elementów może spowodować niebezpieczną awarię.

nop – liczba cykli operacyjnych w ciągu roku

Jeżeli nie mamy podanej rocznej liczby operacji, również jesteśmy w stanie obliczyć ten parametr samodzielnie:

Gdzie:

dop – średnia dni pracy w ciągu roku

hop – średni czas pracy w godzinach na dzień

tcycle – czas pomiędzy dwoma kolejnymi cyklami

Dzięki doborowi elementów w oparciu o powyższe założenia, możemy zaoszczędzić czas potrzebny na usuwanie niespodziewanych usterek, eliminuje to też długie okresy wyłączania maszyn i systemów sterowania z czynnej pracy, co naraża nas na dodatkowe koszty.

Norma zaleca, aby obliczenia dotyczące skomplikowanych elementów wielosegmentowych były wykonywane przez wykwalifikowany personel służb utrzymania ruchu.

Polecane kategorie:

Źródła:

- Determination and Improvement of Performance Level of Safety Function of Emergency Stop for Machinery, Jiří Zahálka, Jiří Tůma, František Bradáč, Brno University Of Technology, Technická 2896/2,

- PN-EN ISO13849-1

- Functional Safety of Machinery, Stewart Robinson, TUV SUD Product Service

Jeśli uważasz, że możemy poprawić ten artykuł dzięki Tobie, prosimy o kontakt pod adresem: [email protected]. Dziękujemy - Zespół Conrad.