Bezpieczeństwo funkcjonalne - cz. III normy do plc i układow sterowania maszynami

Bezpieczeństwo funkcjonalne - cz. III normy do plc i układow sterowania maszynami
Fot. Adobe Stock. Data dodania: 20 września 2022

Techniki bezpieczeństwa funkcjonalnego lub zbliżone są stosowane m.in. w przemyśle procesowym, przemyśle budowy maszyn, w budowie urządzeń sterujących, energetyce jądrowej, kolejnictwie czy medycynie.

W niniejszym artykule skupiamy się na normach sektorowych dla sterowników programowalnych PLC oraz układów sterowania maszyn.

NORMA BEZPIECZEŃSTWA DLA STEROWNIKÓW PLC

PN-EN 61131-6: 2013-07, Sterowniki programowalne - Część 6: Bezpieczeństwo funkcjonalne (wersja angielska).

Niniejsza część normy IEC 61131 określa wymagania dotyczące sterowników programowalnych (PLC) i ich peryferii, jak zdefiniowano w części 1, które są przeznaczone do używania jako podsystemy logiczne elektrycznych/ elektronicznych/programowalnych (E/E/PE) systemów związanych z bezpieczeństwem. Sterownik programowalny (i powiązane z nim peryferia) spełniający wymagania niniejszej części jest odpowiedni do zastosowania w systemie związanym z bezpieczeństwem E/E/PE i jest identyfikowany jako bezpieczny sterownik programowalny (FS-PLC). Sterownik FS-PLC jest w ogólności podsystemem sprzętowym i/lub programowym. Sterownik FS-PLC może również zawierać szczególne elementy programowe, np. predefiniowane bloki funkcyjne.

System bezpieczeństwa E/E/PE w ogólności składa się z czujników, urządzeń wykonawczych, oprogramowania i podsystemu logicznego. Niniejsza część jest implementacją specyficznych dla produktu wymagań normy IEC 61508 i do stosowanie do niniejszej normy spełnia wszystkie wymagania normy IEC 61508 w odniesieniu do FS-PLC. Podczas gdy norma IEC 61508 jest normą systemową, niniejsza norma zapewnia spełnienie szczególnych wymagań produktowych do aplikacji, zgodnie z ideą normy IEC 61508, odniesionych do FS-PLC.

Niniejsza część normy IEC 61131 odnosi się tylko do bezpieczeństwa funkcjonalnego i wymagań nienaruszalności bezpieczeństwa FS-PLC, kiedy używane są jako elementy systemów E/E/PE związanych z bezpieczeństwem. Definicja wymagań bezpieczeństwa funkcjonalnego całościowego systemu E/E/PE i wymagań bezpieczeństwa funkcjonalnego ostatecznej aplikacji systemu związanego z bezpieczeństwem są poza zakresem niniejszej normy, ale stanowią jej podstawy. Po informacje charakterystyczne, dotyczące konkretnych aplikacji, czytelnik jest odsyłany do norm takich jak IEC 61511, IEC 62061 i normy ISO 13849.

Niniejsza część nie obejmuje ogólnych wymagań bezpieczeństwa FS-PC, takich jak wymagania związane z szokiem elektrycznym i zagrożeniami pożarowymi określonymi w IEC 61131-2.

Niniejsza norma stosuje się do FS- -PLC z poziomem nienaruszalności bezpieczeństwa (SIL) nie większym niż SIL 3. Celem niniejszej normy jest:
  • ustanowienie i opisanie elementów cyklu życia bezpieczeństwa FS-PLC, w zgodzie z ogólnym cyklem życia bezpieczeństwa określonym w IEC 61508-1, -2 i -3,

  • ustanowienie i opisanie wymagań dotyczących FS-PLC, które odnoszą się do bezpieczeństwa funkcjonalnego i wymagań nienaruszalności bezpieczeństwa systemu E/E/PE związanego z bezpieczeństwem,

  • ustanowienie metody oceny FS-PLC w niniejszej normie odnośnie następujących parametrów/kryteriów:
    • żądanego Poziomu Nienaruszalności Bezpieczeństwa (SIL), do którego FS-PLC jest zdolny,

    • wartości (PFD) prawdopodobieństwa uszkodzenia na przywołanie,

    • średniej wartości częstości uszkodzeń niebezpiecznych na godzinę (PFH),

    • wartości składowej uszkodzeń bezpiecznych (SFF),

    • wartości tolerancji defektu sprzętu (HFT),

    • wartości pokrycia diagnostycznego (DC),

    • weryfikacji, że określone przez producenta FS-PLC procesy cyklu życia bezpieczeństwa są zapewnione w zdefiniowanym stanie bezpiecznym,

    • działania i techniki dla zapobiegania i kontroli awarii systemowych,

    • zachowania bezpieczeństwa funkcjonalnego w stanie uszkodzonym w każdym rodzaju awarii określonej w niniejszej części,

  • ustanowienie definicji i określenie głównych charakterystyk w odniesieniu do wyboru i zastosowania FS-PLC i ich powiązanych peryferii. Niniejsza norma jest adresowania


w pierwszej kolejności do producentów FS-PLC. Zawiera także kluczowe dane dla użytkowników FS-PLC w postaci wymagań odnośnie dokumentacji użytkownika.

Okres stabilności - 2018 r.

BEZPIECZEŃSTWO UKŁADÓW STEROWANIA MASZYNAMI

W obszarze bezpieczeństwa maszyn funkcję podstawową pełni:

PN-EN ISO 12100:2012P, Bezpieczeństwo maszyn - Ogólne zasady projektowania - Ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka.

W normie zdefiniowano podstawowe terminy, a ponadto określono metodykę oraz zasady oceny i zmniejszania ryzyka, aby ułatwić projektantom zapewnienie bezpieczeństwa na etapie projektowania maszyn. Uwzględniając stan wiedzy i doświadczenie w projektowaniu i użytkowaniu maszyn oraz biorąc pod uwagę

bezurazowe zdarzenia wypadkowe i wypadki przy pracy, jak również ryzyko związane z maszynami, dostarcza podstaw do eliminacji zagrożeń, oceny i zmniejszenia ryzyka w odpowiednich fazach cyklu życia maszyny. Podano również odpowiednie terminy i ich definicje.

Norma ta ma znacznie szerszy zasięg tematyczny niż układy sterowania maszynami, jednak wyznacza ogólne ramy postępowania przy projektowaniu maszyn i ich części, w tym przy projektowaniu układów sterowania maszynami. W szczególności wprowadza pojęcie projektowania „bezpiecznego samego w sobie”, dotyczącego dowolnego procesu projektowania. Jest w niej zawarte ogólne podejście do oceny zagrożeń i wynikającej z niego wymaganej redukcji ryzyka w przypadku maszyn. Normy specjalistyczne wdrażają, w pewnym sensie, wskazane w tej normie zasady

do obszaru układów sterowania maszynami.

Z kolei w samym obszarze bezpieczeństwa układów sterowania maszynami istnieją dwa rodzaje norm przedstawiających dwa różne podejścia do zagadnienia. Wynika to z wieloletniej tradycji normalizacji maszyn jako obiektów mechanicznych i zderzenia się z nowszym podejściem wprowadzonym przez specjalistów od elektroniki programowalnej. W wyniku kilkuletniej pracy ekspertów z obu dziedzin te dwa podejścia uległy pewnemu zbliżeniu.

W obszarze układów sterowania maszynami normą sektorową bezpieczeństwa funkcjonalnego stowarzyszoną z pakietem PN-EN 61508 jest:

PN-EN 62061:2008/A1:2013-06E, Bezpieczeństwo maszyn - Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych, elektronicznych i elektronicznych programowalnych systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem.

W normie określono wymagania i sformułowano zalecenia dotyczące projektowania, kompletowania, walidacji i modyfikowania związanych z bezpieczeństwem elektrycznych, elektronicznych i programowalnych elektronicznych systemów sterowania (SRECS) maszynami. Norma ma zastosowanie do systemów sterowania, zarówno pojedynczych jak i ich kombinacji, użytych do wykonywania związanych z bezpieczeństwem funkcji sterujących maszynami, włączając w to grupy maszyn pracujące wspólnie w sposób skoordynowany, które nie są trzymane w ręku podczas pracy.

Wymagania normy są sformułowane na podstawie podejścia probabilistycznego, charakteryzującego pakiet norm IEC 61508 i obejmują sprzęt i oprogramowanie. Jako miarę zdolności funkcji bezpieczeństwa do realizacji zadania

przyjęto, zgodnie z filozofią IEC 61508, poziom nienaruszalności bezpieczeństwa (SIL) zdefiniowany w IEC 61508-1 w kategoriach liczby uszkodzeń niebezpiecznych na godzinę, z tym że liczbę poziomów ograniczono do trzech
  • poziom SIL 4 uznano za nieosiągalny przez układy sterowania maszynami. Szczególną uwagę - oddzielny załącznik - zwrócono na unikanie uszkodzeń spowodowanych wspólną przyczyną. W normie zamieszczono także metodę określania SIL wymaganego ze względu na zagrożenia występujące w maszynie

  • jest to inna metoda niż zamieszczone w pakietach norm IEC 61508 i IEC 61511.
Wymagania zawarte w normie odnoszą się tylko do bezpieczeństwa funkcjonalnego i są związane z redukcją ryzyka urazu lub utraty zdrowia osób w bezpośrednim sąsiedztwie maszyny oraz bezpośrednio zaangażowanych w użytkowanie maszyny i są ograniczone do ryzyka powstającego ze strony samej maszyny lub grupy maszyn pracujących wspólnie w sposób skoordynowany. Nie obejmują natomiast wymagań dotyczących działania nieelektrycznych elementów sterowania maszyny (hydraulicznych, pneumatycznych, mechanicznych).

Norma nie obejmuje zagrożeń elektrycznych związanych z użytkowaniem maszyny - te są przedmiotem poprzednio omówionej PN-EN 60204-1.

Poprawką A1:2013E zmieniono niektóre definicje przez powołanie jako dokumentu odniesienia normy IEC 61508-4. Zaktualizowano przywołania dokumentów odniesienia ISO 13849-1 i ISO 12100.

Zmieniono wymagania dotyczące specyfikacji funkcji sterowania związanych z bezpieczeństwem SRCF oraz wymagania dotyczące konstrukcji i realizacji SRCF. Usunięto załącznik informacyjny zawierający dane o intensywności uszkodzeń elementów elektrycznych i elektronicznych ze względu na jego nieadekwatność do aktualnego stanu techniki oraz załącznik z wymaganiami EMC z powodu kolidowania z innymi normami z tego zakresu.

Termin stabilności - 2016 r.

W biuletynie IEC „Just published” z 15 czerwca 2015 r. podano informację o opublikowaniu nowego wydania skonsolidowanego, obejmującego: IEC 62061:2005 + AMD1:2012 + AMD2:2015 (CSV Consolidated version). Posługiwanie się tym wydaniem nie wymaga stosowania i powoływania poprawek.

UWAGA - różnice w datach wydań przytoczonych w wydaniach polskim i angielskim wynikają z procedury przekształcania norm IEC na normy europejskie.

Termin stabilności nowego wydania nie został podany.

Z tradycji budowy układów sterowania maszynami wywodzą się kolejne dwie normy.

PN-EN ISO 13849-1:2008E, Bezpieczeństwo maszyn - Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem - Część 1: Ogólne zasady projektowania.

Ta część ISO 13849 jest pomyślana jako zbiór wytycznych wspomagających osoby zajmujące się projektowaniem RELACJE MIĘDZY SIL I PL

Oba systemy wyrażania właściwości funkcji bezpieczeństwa w ostateczności stosują ocenę probabilistyczną, toteż istnieje relacja między nimi:
PL = a jest poniżej SIL 1,
PL = b odpowiada SIL 1,
PL = c odpowiada dolnej połowie zakresu SIL 2,
PL = d odpowiada górnej połowie zakresu SIL 2,
PL = e odpowiada SIL 3.

i oceną związanych z bezpieczeństwem elementów systemów sterowania maszynami, tzn. tych elementów systemów sterowania maszynami, które są przypisane do wykonywania funkcji bezpieczeństwa i które mogą składać się ze sprzętu i oprogramowania oraz być oddzielone od systemu sterowania maszyną lub stanowić jego integralną część. Dodatkowo do zapewnienia funkcji bezpieczeństwa mogą być przewidziane środki sterownicze - np. urządzenie sterowania dwuręcznego jako środek uruchamiania maszyny.

Jako miarę zdolności elementów systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem, do realizacji ich zadania przyjęto pięciostopniowy (od a do e) układ poziomów zapewnienia bezpieczeństwa (PL). Poziomy zapewnienia bezpieczeństwa są zdefiniowane, podobnie jak w IEC 62061, w kategoriach prawdopodobieństwa powstania uszkodzenia niebezpiecznego na godzinę.

Prawdopodobieństwo uszkodzenia niebezpiecznego funkcji bezpieczeństwa jest wynikiem wielu czynników, m.in. struktury sprzętu i oprogramowania, pokrycia diagnostycznego (tj. zakresu mechanizmów wykrywania uszkodzeń), średniego czasu między uszkodzeniami, uszkodzeń o wspólnej przyczynie, procesu projektowania, warunków środowiskowych i procedur użytkowania. W celu pomocy projektantom i ułatwienia oceny wykorzystano wprowadzony przed wielu laty proces kategoryzacji i pojęcie kategorii, których jest pięć (B, 1, 2, 3, 4). Przedstawiono proces przechodzenia od kategorii do poziomów zapewnienia bezpieczeństwa.

W omawianej normie zamieszczono również zestawienie tabelaryczne rekomendacji do stosowania tej normy i IEC 62061. Ogólnie biorąc, do układów elektromechanicznych i elektronicznych, w tym programowalnych, oraz ich kombinacji zaleca się stosowanie IEC 62061. Stosowanie ISO 13849-1 jest obłożone ograniczeniami - tylko do dopuszczalnych architektur. Podobnie stosowanie IEC 62061 do systemów zawierających elementy nieelektryczne wymaga przywołania ISO 13849-1.

PN-EN ISO 13849-2:2013-04E, Bezpieczeństwo maszyn - Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem - Część 2: Walidacja.

W tej części ISO 13849 przedstawiono procesy walidacji funkcji bezpieczeństwa, kategorii i poziomów zapewnienia bezpieczeństwa elementów związanych z bezpieczeństwem systemów sterowania maszynami. Walidacja może być przeprowadzona metodą analizy, poprzez badania lub też kombinacją tych obu metod. Wyszczególniono również okoliczności szczególne, w których należy wykonać badanie.

Większość procedur i warunków zawartych w tej części ISO 13849 jest oparta na założeniu, że do oszacowania poziomu zapewnienia bezpieczeństwa (PL) użyto uproszczonych procedur opisanych w ISO 13849-1. Norma nie zawiera więc wytycznych dotyczących sytuacji, gdy do oszacowania PL zastosowano inne procedury, np. modelowanie Markova. W tych przypadkach niektóre zalecenia zawarte w normie będą nieaktualne i będą konieczne dodatkowe wymagania. Nie podano również wymagań do pełnej walidacji programowalnych systemów elektronicznych i dlatego może być wymagane zastosowanie innych norm.

Niektóre z wymagań zawartych w normie mają charakter ogólny, podczas gdy inne odnoszą się do konkretnych typów zastosowanych technologii.
×

DALSZA CZĘŚĆ ARTYKUŁU JEST DOSTĘPNA DLA SUBSKRYBENTÓW STREFY PREMIUM PORTALU WNP.PL

lub poznaj nasze plany abonamentowe i wybierz odpowiedni dla siebie. Nie masz konta? Kliknij i załóż konto!

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu

Podaj poprawny adres e-mail
W związku z bezpłatną subskrypcją zgadzam się na otrzymywanie na podany adres email informacji handlowych.
Informujemy, że dane przekazane w związku z zamówieniem newslettera będą przetwarzane zgodnie z Polityką Prywatności PTWP Online Sp. z o.o.

Usługa zostanie uruchomiania po kliknięciu w link aktywacyjny przesłany na podany adres email.

W każdej chwili możesz zrezygnować z otrzymywania newslettera i innych informacji.
Musisz zaznaczyć wymaganą zgodę

KOMENTARZE (0)

Do artykułu: Bezpieczeństwo funkcjonalne - cz. III normy do plc i układow sterowania maszynami

NEWSLETTER

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu.

Polityka prywatności portali Grupy PTWP

Logowanie

Dla subskrybentów naszych usług (Strefa Premium, newslettery) oraz uczestników konferencji ogranizowanych przez Grupę PTWP

Nie pamiętasz hasła?

Nie masz jeszcze konta? Kliknij i zarejestruj się teraz!