Poziom zapewnienia bezpieczeństwa (Performance Level, PL) jest parametrem obliczanym, a nie deklarowanym. Zbyt często spotykamy dokumentację, w której wpisano „kategoria 3, PL d” bez jakiegokolwiek rachunku – a po weryfikacji okazuje się, że architektura układu pozwala osiągnąć najwyżej PL c. Poniżej pokazujemy, jak wygląda poprawna droga od oceny ryzyka do zweryfikowanego poziomu PL, zgodnie z PN-EN ISO 13849-1 oraz dyrektywą maszynową.
Krok 1: wyznaczenie wymaganego poziomu PLr
Wymagany poziom (PLr) określa się z grafu ryzyka na podstawie trzech parametrów: ciężkości obrażeń (S), częstości i czasu narażenia (F) oraz możliwości uniknięcia zagrożenia (A). Ocena wykonywana jest osobno dla każdej funkcji bezpieczeństwa – stanowisko zrobotyzowane może mieć jednocześnie funkcję o PLr d (zatrzymanie po otwarciu osłony) i PLr c (nadzór ciśnienia w układzie zaciskowym).
| S – ciężkość | F – częstość | A – uniknięcie | PLr |
|---|---|---|---|
| S1 – lekkie, odwracalne | F1 – rzadko | A1 – możliwe | a |
| S1 – lekkie, odwracalne | F2 – często / długo | A1 / A2 | b |
| S2 – ciężkie, nieodwracalne | F1 – rzadko | A1 – możliwe | c |
| S2 – ciężkie, nieodwracalne | F1 – rzadko | A2 – ledwie możliwe | d |
| S2 – ciężkie, nieodwracalne | F2 – często / długo | A1 – możliwe | d |
| S2 – ciężkie, nieodwracalne | F2 – często / długo | A2 – ledwie możliwe | e |
Krok 2: architektura kanału i kategoria
Kategoria opisuje strukturę układu i jego odporność na uszkodzenia. Sama kategoria nie wystarcza – konieczna jest jeszcze ocena pokrycia diagnostycznego (DC), odporności na uszkodzenia wielokrotne (CCF) oraz średniego czasu do niebezpiecznej awarii (MTTFD) każdego elementu łańcucha: czujnik – logika – element wykonawczy.
| Kategoria | Struktura | Zachowanie po uszkodzeniu | Osiągalny PL |
|---|---|---|---|
| B | jednokanałowa | utrata funkcji bezpieczeństwa | a – b |
| 1 | jednokanałowa, elementy o sprawdzonej niezawodności | utrata funkcji, ale awaria mało prawdopodobna | b – c |
| 2 | jednokanałowa z testowaniem cyklicznym | funkcja utracona między testami | a – d |
| 3 | dwukanałowa, pojedyncze uszkodzenie wykrywane | funkcja zachowana przy uszkodzeniu pojedynczym | b – e |
| 4 | dwukanałowa z pełną diagnostyką | funkcja zachowana także przy kumulacji uszkodzeń | e |
Typowe błędy obniżające faktyczny PL
- Dwukanałowy czujnik osłony podłączony do przekaźnika bezpieczeństwa, ale sterujący jednym stykiem wykonawczym – element wykonawczy staje się wąskim gardłem całego łańcucha.
- Brak wykrywania zwarcia między kanałami – bez diagnostyki krzyżowej kategoria 3 degraduje się do kategorii 1.
- Oba kanały prowadzone tą samą wiązką, bez separacji – niespełnione kryterium CCF (wymagane minimum 65 punktów).
- Zawór pneumatyczny odcinający bez informacji zwrotnej o pozycji – brak pokrycia diagnostycznego po stronie wykonawczej.
- Wyłączanie napędu falownikiem zamiast funkcją STO – funkcja bezpieczeństwa realizowana przez element nieocenzowany pod kątem bezpieczeństwa.
Krok 3: obliczenie PFH i weryfikacja
Poziom PL jest ostatecznie wyznaczany przez prawdopodobieństwo niebezpiecznego uszkodzenia na godzinę (PFHD). Dla całej funkcji bezpieczeństwa sumuje się wartości PFH wszystkich podsystemów – czujnika, logiki i elementu wykonawczego. Oznacza to, że łańcuch złożony z trzech podsystemów o PL d może w sumie nie spełnić wymagania PL d.
| PL | PFHD [1/h] | Interpretacja praktyczna |
|---|---|---|
| a | od 10-5 do <10-4 | Funkcje pomocnicze, ryzyko minimalne |
| b | od 3×10-6 do <10-5 | Osłony stałe z nadzorem prostym |
| c | od 10-6 do <3×10-6 | Osłony ruchome, stanowiska o niskim narażeniu |
| d | od 10-7 do <10-6 | Standard dla stanowisk zrobotyzowanych i pras |
| e | od 10-8 do <10-7 | Kurtyny świetlne przy zagrożeniu bardzo wysokim |
Do obliczeń stosujemy narzędzie SISTEMA wraz z bibliotekami producentów komponentów (dane B10D, MTTFD, PFH). Wynikiem jest raport stanowiący część dokumentacji technicznej maszyny – wymaganej przy ocenie zgodności i deklaracji CE. Przy komponentach elektromechanicznych pamiętamy o przeliczeniu B10D na MTTFD z uwzględnieniem realnej liczby cykli na rok (nop), bo ta sama stycznik-przekaźnikowa architektura da inny PL przy 100 i przy 10 000 cykli na dobę.
Odległości bezpieczeństwa i czas zatrzymania
Dla kurtyn świetlnych i skanerów obowiązuje PN-EN ISO 13855. Minimalna odległość montażu wynika z czasu zatrzymania całego układu oraz zdolności rozdzielczej urządzenia. Dla dostępu prostopadłego dłonią (rozdzielczość do 40 mm) przyjmuje się prędkość zbliżania 2000 mm/s, a do wyniku dodaje się składnik korekcyjny zależny od rozdzielczości. Czas zatrzymania mierzymy, a nie szacujemy – zwykle jest o 20–50 ms dłuższy niż suma danych katalogowych, z powodu czasu reakcji sterownika bezpieczeństwa i bezwładności mechanicznej.
W stanowiskach zrobotyzowanych z współpracą człowiek–robot (PN-EN ISO/TS 15066) do rachunku dochodzi jeszcze ograniczenie siły i ciśnienia kontaktowego, weryfikowane pomiarowo. To jeden z powodów, dla których funkcje bezpieczeństwa projektujemy równolegle z mechaniką, a nie po jej zamknięciu – opisujemy to w zakresie usług wykonania stanowisk zrobotyzowanych oraz eliminacji błędów na etapie projektowania.
Wnioski dla praktyki projektowej
Poprawna analiza bezpieczeństwa porządkuje projekt: określa liczbę kanałów, wymagane komponenty i sposób prowadzenia okablowania, zanim powstanie schemat elektryczny. Wykonana po fakcie niemal zawsze prowadzi do przeróbek szafy i przestojów w rozruchu. Jeżeli modernizujesz istniejącą maszynę, ocena ryzyka i weryfikacja PL są obowiązkowym elementem – zakres takich prac opisujemy w usłudze serwisu i modyfikacji istniejących maszyn, a warstwę sterowania w automatyce i uruchomieniach.
Powiązane artykuły z Poradnika Technicznego
- Chwytaki i efektory końcowe robotów – obliczenia siły, podciśnienia i obciążenia kołnierza
- Retrofit maszyny – audyt, kryteria decyzji i obowiązki po istotnej modyfikacji
- Programowanie sterowników PLC – dobór platformy i struktura programu wg IEC 61131-3
Pełna lista opracowań: Poradnik Techniczny MDP Engineering. Masz pytanie dotyczące własnego projektu? Skontaktuj się z nami.
