Jak dobierać poziom niezawodności (performance level) w instalacjach bezpieczeństwa?
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.
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 produkty:
- Kolumna sygnalizacyjna Werma Signaltechnik 695.300.55
- Wyłącznik automatyczny TRU COMPONENTS
- Wyłącznik awaryjny w obudowie BACO LBX130009
- Przełącznik krańcowy BernsteinAG TI2-U1Z HW
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: conrad@conrad.pl. Dziękujemy - Zespół Conrad.