Sistemi i omano per la siurezza elle mahine Norma EN ISO 13849-1 Gianfrano Ceresini www.elektro.it Aprile 2010
Valutazione el rishio All interno ella proeura per la maratura CE i una mahina, il ostruttore eve effettuare un analisi per rilevare i perioli a ui possono essere sottoposti tutti gli utilizzatori ella mahina, sia oloro he vi hanno a he fare ome aetti al funzionamento, sia ome pulizia o manutenzione La siurezza ella progettazione i una mahina e/o il periolo he essa può rappresentare per l operatore, può essere eterminata, in onformità alla norma EN ISO 12100, on una proeura in quattro tappe: Determinazione ei limiti ella mahina Ientifiazione el potenziale periolo Stima e valutazione el rishio Riuzione el rishio A sua volta il quarto punto, il proesso i riuzione el rishio per il periolo iniviuato, si può suiviere in tre passi: la realizzazione i un progetto intrinseamente siuro l attuazione i misure i siurezza tramite ispositivi i protezione l aozione i informazione, aestramento e ettagliate istruzioni i lavoro Per quanto riguara il seono passo, nel aso he i ispositivi i protezione selti siano gestiti a un sistema i ontrollo i siurezza, esso ovrà essere ostruito in onformità alla norma ISO EN 13849-1 o alla EN 62061 (o eventualmente anora la EN 954-1). Il progetto el sistema i ontrollo i siurezza eve tener onto sia ell uso previsto he ell uso sorretto ragionevolmente preveibile. 2
Evoluzione legislativa e normativa reente 3
Evoluzione legislativa e normativa reente Il 29 iembre 2009 la ommissione UE ha prorogato la presunzione i onformità ella norma EN 954-1, he inizialmente avrebbe ovuto eaere lo stesso giorno, i altri ue anni fino al 31 iembre 2011. Fino a questa ata, quini, i progettisti e i ostruttori i mahine potranno utilizzare parallelamente le norme EN 954-1 e EN ISO 13849-1 o EN 62061 al fine i ottenere la presunzione i onformità seono la Direttiva Mahine. E eviente però he progettano e ostrueno mahine utilizzano la norma EN 954-1 ome stanar i riferimento ai fini ella onformità, oorrerà suessivamente al 2011 over ertifiare i sistemi i ontrollo per la siurezza elle mahine in base ai nuovi stanar sulla siurezza funzionale, ome le norme EN ISO 13849-1 e EN 62061. Questo potrebbe anhe eterminare un aggiornamento ella ihiarazione i onformità elle mahine he hanno utilizzato la EN 954-1 ome norma i riferimento. Di onseguenza, poihé il passaggio normativo èormai inevitabile, non ha più senso riferirsi alla EN 954-1 per la progettazione ella parte ei sistemi i omano legata alla siurezza. 4
Riuzione el rishio on la vehia normativa EN 954-1 La norma EN 954-1 lassifia i possibili iruiti i omano e ontrollo i siurezza elle mahine in inque ifferenti ategorie (B, 1, 2, 3 e 4), le quali vengono realizzate on un livello i affiabilità e siurezza resente. A esempio, un iruito i omano realizzato in ategoria 3 fornise maggiori garanzie rispetto a un iruito i omano realizzato in ategoria 1. 5
Riuzione el rishio on la vehia normativa EN 954-1 Il tipo i filosofia he si segue, va nella irezione quini i eterminare la ategoria ionea (B,1,2,3,4) el iruito i omano per una erta mahina, in base al rishio valutato e è una filosofia i arattere puramente eterministio nella quale la resistenza ai guasti el sistema i siurezza è valutata solo in funzione ella moalità i ollegamento (ossia ell arhitettura B, 1,.) el iruito i omano. La resistenza ai guasti elle ategorie B e 1 trae origine alla affiabilità ei omponenti (si era i evitare il guasto). La resistenza ai guasti elle ategorie 2, 3 e 4 trae origine invee alla struttura el sistema (si era i ontrollare il guasto). In partiolare si ontrolla il guasto tramite il monitoraggio ilio per la ategoria 2, la rionanza per la ategoria 3, sia la rionanza he il monitoraggio per la ategoria 4. Tuttavia il omportamento ai guasti non può essere il solo metoo per stabilire il grao i siurezza i un sistema. Oorre onsierare altri fattori, ome a esempio l affiabilità ei omponenti, he possono svolgere un ruolo importante, forse eterminante nel stabilire il grao i siurezza i un sistema. 6
Nuova normativa PL e SIL Entrambe le ue nuove norme EN ISO 13849-1 e EN IEC 62061 possono essere utilizzate per realizzare sistemi i ontrollo ella siurezza elle mahine in onformità alla irettiva mahine. Presentano nuove lassifiazioni ei sistemi: la EN ISO 13849-1 utilizza i PL (Performane Level) mentre la EN 62061 utilizza i SIL (Safety Integrity Level) 7
Nuova normativa ampo i appliazione i EN 13849-1 e EN 62061 Le lassifiazioni PL e SIL possono essere onsierate elle varianti ello stesso tema e è possibile segliere i utilizzare la norma più aatta alla propria appliazione. In generale, se si ha l abituine all utilizzo elle ategorie ella norma EN 954-1 e si utilizzano funzioni i siurezza onvenzionali, la norma EN ISO 13849-1 (PL) è probabilmente la selta più aatta per transitare in moo più soft ai nuovi onetti statistii. Se invee, viene speifiamente rihiesto l utilizzo elle lassifiazioni SIL o se l appliazione utilizza un arhitettura omplessa o omplesse funzionalità elettronihe i siurezza, la norma EN 62061 è più aatta. La norma EN ISO 13849-1 opre tutte le tenologie, in partiolare opre i ispositivi elettromeanii, iraulii, elettronii non omplessi e aluni ispositivi elettronii programmabili on strutture preefinite, mentre la norma EN 62061 riguara solo i sistemi elettrii, elettronii e elettronii programmabili legati alla siurezza. 8
Nuova normativa ampo i appliazione i EN 13849-1 e EN 62061 Tenologia he realizza la/e funzione/i i ontrollo relativa/e alla siurezza ISO 13849-1 IEC 62061 A B C D E F Non elettria, es. iraulia Elettromeania, es. relé, o elettronia non omplessa Elettronia omplessa, es. programmabile A in ombinazione on B C in ombinazione on B C in ombinazione on A, o C in ombinazione on A e B X Limitata a arhitetture esignate (veere Nota 1) e fino a PL = e Limitata a arhitetture esignate (veere Nota 1) e fino a PL = Limitata a arhitetture esignate (veere Nota 1) e fino a PL = e Limitata a arhitetture esignate (veere Nota 1) e fino a PL = X (veere Nota 2) Non ontemplata Tutte le arhitetture e fino a SIL 3 Tutte le arhitetture e fino a SIL 3 X (veere Nota 3) Tutte le arhitetture e fino a SIL 3 X (veere Nota 3) X inia he questa voe è trattata nella norma iniata nell intestazione i olonna NOTA 1: Le arhitetture esignate sono efinite nell Allegato B ella EN ISO 13849-1 per fornire un approio semplifiato alla quantifiazione ei livelli i prestazione NOTA 2: Per l elettronia omplessa: Utilizzare arhitetture esignate in onformità alla EN ISO 13849-1 fino a PL = o qualsiasi arhitettura onforme alla IEC 62061 NOTA 3: Per la tenologia non elettria, utilizzare ome sottosistemi parti onformi alla EN ISO 13849-1 9
Nuova normativa ampo i appliazione i EN 13849-1 e EN 62061 Mentre per i iruiti elettrii, elettronii e elettronii programmabili legati alla siurezza l appliazione ella norma EN 62061 onsente i raggiungere qualsiasi livello i omplessità egli stessi, per la norma EN 13849-1 i iruiti elettronii e elettronii programmabili omplessi legati alla siurezza possono essere gestiti alla norma solo fino a un PL he al massimo è, segno he per le parti elettronihe o elettronihe programmabili omplesse la norma EN 62061, per stessa ammissione ei normatori, è ertamente più pertinente he non la norma EN 13849-1 Anzi per i asi nei quali l elettronia è omplessa e/o on arhitettura omplessa he non riae in una i quelle valie per l appliazione ella Norma EN ISO 13849-1, l unia norma appliabile iventa la EN 62061. 10
Norma EN ISO 13849-1 Rispetto alla EN 954-1, la EN 13849-1 prene in onsierazione in moo sistematio altri fattori, ome a esempio l affiabilità, la iagnostia e la resistenza ai guasti ei omponenti, he possono svolgere un ruolo eterminante nel stabilire il grao i siurezza i un sistema. Il metoo he si usa per valutare la prestazione i siurezza i un sistema omplesso è quello i alolare la probabilità he possa apitare un guasto perioloso in un eterminato perioo i tempo teneno onto ell affiabilità ei suoi omponenti. il ampo i appliazione ella EN ISO 13849-1 è relativo agli SPR/CS (Safety Relate Parts of Control System) ossia le parti ei sistemi i omano elle mahine a ui sono assegnate elle funzioni i siurezza SRCF (Safety Relate Control Funtion), inipenentemente alla tenologia utilizzata (elettria, iraulia, pneumatia, meania). Queste parti SPR/CS possono essere ostituite a iruiti ablati o logii e possono essere parti integranti o separate el sistema i omano. Le funzioni i siurezza SRCF sono a esempio l arresto attivato a un ispositivo i protezione elettrosensibile su una pressa, il bloo i un riparo nel momento in ui un operazione periolosa èstata avviata, la prevenzione ontro l intrappolamento i persone, il omano a azione mantenuta, et. 11
Norma EN ISO 13849-1 Più il sistema è siuro più è improbabile he apiti un guasto perioloso. E questo il onetto he sta alla base ella EN ISO 13849-1 on la quale viene introotto un parametro oggettivo i valutazione, il PL (Performane Level) e le relative granezze a esso assoiato e a ui ipene, ossia arhitettura i omano (ategoria i siurezza), tempo meio al guasto perioloso MTTF, opertura iagnostia (DC) e guasti per ause omuni (CCF). 12
Norma EN ISO 13849-1 - PL Il Performane Level (Livello i Prestazione) PL è la apaità, a parte i una funzione i siurezza, i riusire a riurre il rishio previsto. E un parametro he viene espresso in probabilità meia i un guasto perioloso nell intervallo i un ora. Sono previsti 5 livelli, a PLa fino a PLe al resere el rishio, e ognuno i essi ientifia un ambito numerio i probabilità meia i guasto perioloso per ora. A esempio PL inia he la probabilità meia i guasti periolosi per ora è ompresa tra 1 x 10-6 e 1 x 10-7 ovvero all inira 1 guasto meiamente ogni 100-1000 anni Performane Level (PL) a b e Probabilità meia i un guasto perioloso per ora [1/h] (PFH avg ) 10-5 PFH avg < 10-4 3 x 10-6 PFH avg < 10-5 10-6 PFH avg < 3 x 10-6 10-7 PFH avg < 10-6 10-8 PFH avg < 10-7 13
Norma EN ISO 13849-1 - PLr Il PLr è il livello i prestazione he il iruito realizzato eve raggiungere per essere onsierato onforme alle neessità i riuzione el rishio Ne onsegue he per attestare he un iruito i siurezza realizzato è ioneo al aso speifio oorre verifiare he il PL ottenuto sia almeno pari al PLr. In sostanza il PLr ostituise il livello minimo a raggiungere. 14
Categorie (arhitetture esignate) La norma EN 13849-1 onsiera 5 arhitetture preefinite ei iruiti i ontrollo relativi alla siurezza he rappresentano le 5 ategorie B, 1, 2, 3 e 4. La norma può essere usata solo se per il progetto el sistema i ontrollo i si avvale i una elle inque arhitetture esignate. La ategoria èla lassifiazione elle parti i un sistema i omano legate alla siurezza (SRP/CS) in relazione alla loro resistenza alle avarie e al loro onseguente omportamento in onizioni i guasto. 15
Categoria B La ategoria B è la ategoria i base. Il verifiarsi i un avaria può portare alla perita ella funzione i siurezza. Il PL massimo onseguibile on la ategoria B è il PL = b 16
Categoria 1 Nella ategoria 1, he possiee la stessa arhitettura ella ategoria B, una migliore resistenza alle avarie è onseguita prevalentemente meiante la selezione e l appliazione ei omponenti. Il PL massimo onseguibile on la ategoria 1 è il PL = 17
Categoria 2 Nella ategoria 2 si ottiene una migliore prestazione meiante il ontrollo perioio ell espletamento ella funzione i siurezza speifiata (è presente una funzione autoiagnostia). Il PL massimo onseguibile on la ategoria 2 è il PL = 18
Categoria 3 La SRP/CS i ategoria 3 eve essere progettata in moo he una singola avaria in una i queste parti non porti a una perita ella funzione i siurezza Il PL massimo onseguibile on la ategoria 3 è il PL = 19
Categoria 4 Le SRP/CS i ategoria 4 evono essere progettate in moo he una singola avaria in una i queste parti legate alla siurezza non porti a una perita ella funzione i siurezza e la singola avaria sia rilevata urante o prima ella suessiva rihiesta elle funzioni i siurezza, per esempio subito, all aensione o alla fine el ilo operativo ella mahina Il PL massimo onseguibile on la ategoria 3 è il PL = e 20
MTTF Tempo meio prima he si verifihi un guasto perioloso L MTTF (Mean Time To Failure) è l intervallo i tempo meio prima el verifiarsi i un guasto perioloso. Fornise una stima ella qualità e ella affiabilità ei omponenti utilizzati. L affiabilità vera i un sistema non è mai nota esattamente, però la statistia e il alolo elle probabilità i offrono lo strumento per stimarla. Per la valutazione elle misure i protezione si istinguono tre livelli, basso, meio e alto per l MTTF, misurato in anni, i ogni anale singolo Denotazione i MTTF i ogni anale Basso Meio Alto Intervallo i MTTF i ogni anale 3 anni MTTF < 10 anni 10 anni MTTF < 30 anni 30 anni MTTF < 100 anni 21
MTTF -Iniviuazione el valore L MTTF i ogni singolo omponente (fineorsa, sensore, ontattore, et.), ovrebbe essere iniato al ostruttore; In mananza ei ati el ostruttore si possono assumere i tempi stanar he sono iniati nelle appenii C e D ella EN 13849-1; Infine ome ultima alternativa, in assenza ei ati preeenti si assume il valore i 10 anni. L MTTF viene quini alolato prima su ogni singolo omponente, poi su ogni singolo anale e infine un MTTF omplessivo per tutti i anali (se l arhitettura el sistema i omano ne prevee più i uno, ossia per i sistemi rionanti) 22
MTTF -Calolo per i singoli omponenti L appenie C ella norma EN 13849-1 inia iversi metoi per alolare o valutare i valori i MTTF per i singoli omponenti: Metoo 1: un metoo basato sul rispetto elle buone pratihe tenihe e appliabile per tutti i tipi i omponenti, iraulii, pneumatii, meanii e elettrii; Metoo 2: un metoo appliabile ai omponenti iraulii; Metoo 3: un metoo per alolare l MTTF i omponenti pneumatii, meanii e elettromeanii utilizzano il parametro B10 (numero meio i ili fino al guasto perioloso el 10% ei omponenti); Metoo 4: ati sui valori i MTTF per i omponenti elettronii. Per tutti i omponenti elettromeanii, (es. relé e ontattori) il tasso i guasto aumenta on il numero i ili lavorati, pertanto la loro affiabilità non viene riferita al tempo per ui hanno lavorato bensì al numero i ili effettuati. Il parametro utilizzato èil valore B10 espresso in numeri i manovre opo il quale si verifiano guasti nel 10% ei omponenti esaminati 23
MTTF -Metoo 1 i alolo generale - EN 13849-1 appenie C Prinipi i siurezza i base e ben provati seono la EN ISO 13849-2 Altre norme pertinenti Valori tipii: MTTF (anni) B10 (ili) Componenti meanii Prospetti A.1 e A.2 - MTTF = 150 Componenti iraulii Prospetti C.1 e C.2 EN 982 MTTF = 150 Componenti pneumatii Prospetti B.1 e B.2 EN 983 B10 = 20 000 000 Relé e ontattori on ario riotto Prospetti D.1 e D.2 EN 50205 IEC 61810 IEC 60947 B10 = 20 000 000 Relé e ontattori on ario massimo Prospetti D.1 e D.2 EN 50205 IEC 61810 IEC 60947 B10 = 400 000 24
MTTF -Metoo 2 i alolo per omponenti iraulii Il valore i MTTF per un singolo omponente iraulio, per esempio una valvola, può essere stimato pari a 150 anni a patto he siano rispettate entrambe le seguenti onizioni: a) I omponenti iraulii sono fabbriati seono prinipi i siurezza i base e ben provati in onformità alla EN ISO 13849-2 (prospetti C.1 e C.2); b) Il ostruttore el omponente iraulio speifia l appliazione appropriata e le onizioni operative per l utilizzatore. Il ostruttore ella SRP/CS eve fornire informazioni ira la neessità i appliare prinipi i siurezza i base e ben provati seono la ISO 13849-2, prospetti C.1 e C.2, per l implementazione e il funzionamento el omponente iraulio. Se non sono soisfatte queste ue onizioni, il valore MTTF el singolo omponente iraulio è neessario he sia iniato al ostruttore. 25
MTTF -Metoo 3 alolo pneumatii, meanii, elettromeanii Formula alolo MTTF per un singolo elemento meanio, pneumatio, elettromeanio B10 T10 MTTF = = 0,1 n 0,1 op n op = op h op t 3600s / h yle Numero meio i operazioni in un anno B n 10 T10 = op Tempo meio i funzionamento el omponente fino al guasto perioloso el 10% ei omponenti h op [h/g] = ore i funzionamento al giorno op [g/anno] = giorni i funzionamento all anno t yle [s] = tempo el ilo, ossia il tempo meio tra l inizio i ue ili suessivi (a esempio la ommutazione i una valvola) 26
MTTF -Metoo 3 - esempio i alolo 1 Per una valvola pneumatia, un ostruttore etermina un valore meio i 60 milioni i ili ome B10. La valvola è utilizzata per ue turni al giorno per 220 giorni i funzionamento all anno. Il tempo meio tra l inizio i ue ommutazioni suessive ella valvola è stimato in 5 s. 220 16 3600s / h 6 n op = = 2,53 10 ili / anno 5 6 60 10 T10 = = 23, 7anni 6 2,53 10 B T10 23,7 MTTF = 10 = = 237anni 0,1 n 0,1 0,1 = op Ciò etermina un MTTF el omponente alto in base alla tabella. Poihé il tempo i funzionamento el omponente è limitato a T10, queste ipotesi sono valie solo per un tempo i funzionamento ella valvola limitato a 23,7 anni. Poihé il tempo i vita el omponente èsuperiore al tempo i vita el sistema i siurezza (20 anni) non eve quini essere prevista aluna sostituzione. 27
MTTF -Metoo 3 - esempio i alolo 2 Per un relé i siurezza, un ostruttore etermina un valore meio i 6 milioni i ili ome B10. Il relé èutilizzato per ue turni al giorno per 220 giorni i funzionamento all anno. Il tempo meio tra l inizio i ue ommutazioni suessive el relé èstimato in 15 s. 220 16 3600s / h 6 n op = = 0,84 10 ili / anno 15 6 6 10 T10 = = 7, 1anni 6 0,84 10 B T10 71 MTTF = 10 = = 71anni 0,1 n 0,1 0,1 = op Il tempo i vita el omponente (tempo per il quale è garantito il livello i MTTF) è i poo superiore a sette anni e è inferiore al tempo i vita el sistema i siurezza (20 anni). Il relé anrebbe sostituito opo il settimo anno i funzionamento. 28
MTTF -Metoo 4 i alolo per omponenti elettronii Transistor (utilizzati ome interruttori) Esempio MTTF per omponenti anni MTTF per omponenti anni Osservazione Tipio Caso peggiore Bipolare TO18, TO92, SOT23 34 247 68 493 6 849 50% i guasti periolosi Bipolare, bassa potenza TO5, TO39 5 708 11 416 1 142 50% i guasti periolosi Bipolare, i potenza TO3, TO220, D-Pak 1 941 3 881 388 50% i guasti periolosi FET Giunzione MOS 22 831 45 662 4 566 50% i guasti periolosi MOS, i potenza TO3, TO220, D-Pak 1 142 2 283 228 50% i guasti periolosi Aluni omponenti, ome a esempio i transistor utilizzati ome interruttori, possono presentare guasti ome ortoiruiti o interruzioni. Solo una i queste ue moalità può essere periolosa; pertanto la olonna elle "osservazioni" assume solo un 50% i guasti periolosi, il he signifia he l MTTF ei omponenti è pari a ue volte il valore MTTF iniato. In aso i ubbio, un MTTF ei omponenti nel aso peggiore è iniato nella olonna MTTF "aso peggiore", on un margine i siurezza i 10. 29
MTTF - Calolo omplessivo i un anale (o i più anali ientii) Formula alolo MTTF per un anale ompleto 1 = N MTTF i= 1 1 MTTFi MTTF i = MTTF i ogni omponente he ontribuise alla funzione i siurezza Esempio i alolo Ho un sistema i omano per lo spegnimento i un motore elettrio all apertura i un riparo mobile. Ognuno ei ue anali el sistema i omano (progettato in ategoria 3) è formato alla sequenza: input = interruttore i interbloo logi = pl output = ontattore he hanno rispettivamente MTTF pari a 1420 anni, 72,2 anni e 142 anni. L MTTF ell intero anale risulta: 1 MTTF 1 = 1420 1 1 + + 72,2 142 Ciò etermina un MTTF el anale alto in base alla tabella. = 0,0216 MTTF = 46,3anni 30
MTTF - Calolo omplessivo i iversi anali non ientii Formula alolo MTTF per anali ifferenti MTTF = MTTF + MTTF MTTF 1 e MTTF 2 = valori i ue anali (rionanti) iversi 2 3 C1 C 2 1 1 MTTF C1 1 + MTTF C 2 Esempio i alolo Un anale ha un MTTFC1 = 3 anni, l altro anale ha un MTTFC2 = 100 anni, risulta quini MTTF = 66 anni per ogni anale. Ciò signifia he un sistema rionante on un MTTF i 100 anni in un anale e un MTTF i 3 anni nell altro anale è uguale a un sistema in ui ogni anale ha un MTTF i 66 anni. 2 1 MTTF = 3 + 100 = 66anni 3 1 1 + 3 100 Ciò etermina un MTTF simmetrizzato i iasuno ei ue anali alto in base alla tabella. 31
DC Copertura iagnostia Il grao i opertura iagnostia (DC) misura l'effiaia ella iagnostia, he può essere rappresentata al rapporto tra la perentuale i guasti periolosi rilevati e la perentuale ei guasti totali In altre parole questo parametro inia quanto il sistema sia effiiente nel rilevare per tempo un proprio eventuale malfunzionamento. Come MTTF è un parametro he può essere riferito a una singola parte o a un singolo omponente. Il valore ella DC si esprime in quattro livelli e viene misurata in perentuale Denotazione ella opertura iagnostia nessuna bassa meia alta Intervallo ella opertura iagnostia (DC) DC < 60% 60% DC < 90% 60% DC < 99% DC 99% 32
DC Copertura iagnostia i una SRP/CS Nel aso i parti el sistema i ontrollo on iversi DC, è possibile alolare la DC meia ell intera SRP/CS (neessaria per la stima el PL) utilizzano una formula. Si alola quini la DC per l intero sistema e non per il singolo anale ome sueeva per l MTTF. Formula alolo DC meia i un intera SRP/CS DC1 DC2 DCn + +... + DC MTTF MTTF MTTFn avg = 1 2 1 1 1 + +... + MTTF1 MTTF 2 MTTFn ove nella somma si eve : onsierare solo i omponenti per i quali non si esluono guasti onsierare DC = 0 per quelle parti he non sono monitorate e he quini ontribuisono nella formula solo al enominatore Si può veere he se una parte ha valori i DC e i MTTF bassi ha molto peso e porta a un valore i DCavg basso (e vieversa). 33
CCF Guasti per ause omuni Il parametro CCF stima i guasti per ause omuni efiniti ome guasti ifferenti, riassunti a un singolo evento, ove tali guasti non sono onseguenza uno ell altro. Rappresentano il grao i inipenenza i funzionamento ei anali i un sistema rionante In sostanza un CCF è un guasto he proura un funzionamento ritio ontemporaneamente su entrambi i anali in un arhitettura a oppio anale E per questo he i CCF vanno valutati solo se si usano sistemi rionanti (Categorie 2, 3 e 4) Per efinirne il valore, la norma EN 13849-1 utilizza una tabella nella quale vengono iniate 6 misure ontro questi tipi i guasti L osservanza i ognuno i questi provveimenti etermina un punteggio. Sommano i vari punteggi, si arriva a un totale; se questo totale risulta maggiore i 65 si può ire he il sistema i siurezza preselto è aettabile 34
Performane Level PL i una SRP/CS La norma EN ISO 13849-1 esrive un proeimento semplifiato per stimare il PL i una SRP/CS sulla base elle 5 arhitetture esignate (quelle elle ategorie B, 1, 2, 3 e 4). Categoria B 1 2 2 3 3 4 DCavg nessuno nessuno bassa meio basso meio alto MTTF i ogni anale Basso a Non operto a b b Non operto Meio b Non operto b Non operto Alto Non operto e 35
Performane Level PL i una SRP/CS Mentre un sistema in una erta ategoria seono la vehia norma EN 954-1 oveva omunque avere una struttura speifia, nella nuova norma EN ISO 13849-1 per ottenere livelli i prestazione intermei sono possibili molte strae. A esempio per ottenere un sistema on PL pari a sono possibili (ammesso he CCF > 65) tutte le seguenti soluzioni (vei tutte le iniate nella tabella preeente): Sistema in ategoria 3 on omponenti poo affiabili (MTTF = basso) e DCavg meia. Sistema in ategoria 3 on omponenti affiabili (MTTF = meio) e DCavg bassa. Sistema in ategoria 2 on omponenti affiabili (MTTF = meio) e DCavg meia. Sistema in ategoria 2 on omponenti molto affiabili (MTTF = alto) e DCavg bassa. Sistema in ategoria 1 on omponenti molto affiabili (MTTF = alto). Per una più preisa selezione numeria el PL in funzione el preiso valore el MTTF i ogni anale, la norma EN ISO 13849-1 fornise una tabella ettagliata nell allegato K. 36
Performane Level PL globale i una ombinazione i SRP/CS Per ogni SRP/CS viene eterminato un PL he può essere o alolato al ostruttore ella mahina oppure iniato al prouttore el omponente. PL bassi a Numero i PL bassi > 3 PL ell intero sistema Nessuno, non ammesso Le SRP/CS ombinate potrebbero onsistere i iverse parti ollegate in moo lineare (allineamento in serie) o rionante (allineamento in parallelo). b 3 > 2 2 a a b Per evitare una nuova stima omplessa el livello i prestazione (PL) onseguito meiante le SRP/CS ombinate in ui i singoli PL i tutte le parti sono già alolati, per ogni anale (ollegamento serie) si può eseguire una stima omplessiva el PL globale sempliemente ontano il numero ei PL più bassi. e > 2 2 > 3 3 > 3 3 b e 37
PL globale i una ombinazione i SRP/CS - esempio In questo aso il PL più basso = ; il numero i PL più bassi èpari a 1 e quini alla tabella preeente si riava he il PL omplessivo è = 38
Progettazione 1 - Definizione ei requisiti elle funzioni i siurezza In questa fase vengono stabilite le aratteristihe per ogni funzione i siurezza. Per ogni funzione i siurezza il progettista eie il ontributo alla riuzione el rishio he essa eve fornire. Questo ontributo non opre il rishio omplessivo ella mahina, (a esempio il rishio globale i una pressa o i un sistema i ambio pallet automatio), ma solo quella parte ella riuzione el rishio he eriva alla appliazione i quella partiolare funzione i siurezza. Questo primo passo ella progettazione è siuramente il più eliato, iffioltoso e importante poihé le selta su ome realizzare la funzione i siurezza omporta una reazione a atena (positiva o negativa in base alle selte effettuate) su tutte le altre fasi ella progettazione. 39
Progettazione 2 - Determinazione el Performane Level rihiesto Esempio on possibilità i lesione grave, frequenza permanente al periolo on possibilità i ontenere il anno 40
Progettazione 3 - Progetto e realizzazione tenia elle SRP/CS Una volta selezionato il PLr neessario per la nostra funzione i siurezza oorre progettare il sistema i ontrollo he lo soisfa. Oorre quini segliere le varie parti tenihe (barriere, fotoellule, tappeti sensibili, mouli i siurezza, ontattori, et.) he si intenono utilizzare per la realizzazione ell intero sistema. 41
Progettazione 4 - Determinazione el Performane Level globale Per eterminare il Performane Level ottenuto, la funzione i siurezza viene analizzata nelle sue parti: sensore (rilevatore ell informazione), logia (elaborazione) e attuatore (apparehio i manovra). Il PL viene alolato attraverso l analisi ei parametri visti: arhitettura (va selta un arhitettura ompatibile on il PL rihiesto), MTTF, DCavg e eventualmente CCF. 42
Progettazione 5 - Verifia In questa fase si verifia he il Performane Level ottenuto sia uguale o superiore al PLr stabilito alla valutazione el rishio al passo 2. Se la verifia è positiva il progetto prosegue alla fase suessiva, mentre se è negativa bisogna riprogettare il iruito (riparteno al punto 3) ambiano arhitettura o ambiano i omponenti on altri aventi migliori aratteristihe, a esempio migliori MTTF. 43
Progettazione 6 - Valiazione e manutenzione L ultimo passo el proesso i progettazione ei sistemi i omano per la parte relativa alla siurezza èquello ella valiazione el risultato raggiunto al sistema (seono EN 13849-2) e se anhe questo verifia risulterà positiva il rishio in questione potrà efinirsi suffiientemente limitato. La valiazione onsiste nel imostrare he la ombinazione i SRP/CS he implementa ogni funzione i siurezza soisfa tutti i requisiti ella EN ISO 13849-1. Se la valiazione è ok, il proesso i progettazione è terminato, altrimenti si riparte i nuovo al punto 3 migliorano alune aratteristihe el sistema. La valiazione (trattata in ettaglio nella norma EN ISO 13849-2) eve imostrare in partiolare he le aratteristihe i siurezza speifiate per una eterminata SRP/CS, sono state realizzate effettivamente ome stabilito nel ragionamento i progettazione, e inoltre eve imostrare he iasuna elle parti legate alla siurezza soisfa i requisiti ella ategoria speifiata La valiazione ovrebbe essere onotta a persone ifferenti a quelle he hanno realizzato la progettazione e a loro inipenenti. 44
Esempio i progettazione - artonatrie Si eve realizzare un sistema i ario/sario i una mahina artonatrie alla quale si vuole asservire un robot A in ingresso per il ario el materiale e un robot B in usita per lo sario el materiale onfezionato L obiettivo èontrollare la zona i ario/sario in moo he sia in fase i prouzione he i manutenzione e/o pulizia le persone he si avviinano non subisano anno 45
Esempio i progettazione Cilo i lavoro ella mahina L operatore porta on un arrello i pezzi in lavorazione viino al robot A e attiva il ilo automatio i lavorazione. Il robot B prene i pezzi lavorati e li posizione in un altro arrello. A fine ilo l operatore preleva i pezzi lavorati al arrello viino al robot B. La mahina èompletamente protetta e ingresso e usita on tunnel in onformità alla Norma EN 953 Siurezza el mahinario - Ripari - Requisiti generali per la progettazione e la ostruzione i ripari fissi e mobili per ui le persone non riesono a aeere alle parti periolose interne alla mahina, ma problemi potrebbero sorgere se il nastro trasportatore in ingresso èin movimento quano le persone sono nelle sue viinanze Terminato la lavorazione la mahina si arresta automatiamente in attesa i un nuovo ariamento e un nuovo start. 46
Esempio i progettazione Analisi el rishio ella mahina Il nastro ella mahina èperioloso in quanto se non arrestato quano una persona ènelle viinanze on il braio el robot he la stringe verso il nastro potrebbe ausargli lesioni se il movimento el nastro non viene arrestato. Si ientifiano ue zone periolose: -Zona prossima al robot A e zona nastro ingresso mahina hiamata zona DZ1 in ui esistono i rishi i urto e shiaiamento on possibili onseguenze mortali -Zona prossima al robot B e zona nastro usita mahina hiamata zona DZ2 in ui esistono i rishi i urto e shiaiamento on possibili onseguenze mortali 47
Esempio i progettazione Riuzione el rishio ella mahina I rishi assoiati ai perioli iniviuati non sono aettabili e quini sono a riurre meiante ispositivi i protezione gestiti a sistemi i siurezza Il posizionamento ei ispositivi i protezione viene stabilito, in base alla norma EN 999, in funzione ella veloità i avviinamento el orpo umano, oltre he el tempo i arresto egli organi periolosi e el tempo i risposta el segnale i rilevamento e ella atena elettria/elettronia he attiva l arresto egli organi periolosi. L estensione ella zona si supponga i almeno 2 m alle zone periolose protette attraverso l utilizzo i tappeti sensibili a protezione ella zona limitrofa a iasun robot e la parte i nastro a essi servita 48
Esempio i progettazione Funzioni i siurezza (SRCF) iniviuate Vengono iniviuate ue funzioni i siurezza uguali SRF1: Se una persona si avviina alla zona DZ1 el robot A o al nastro ella mahina, il robot A e il nastro si evono arrestare SRF2: Se una persona si avviina alla zona DZ2 el robot B o al nastro ella mahina, il robot B e il nastro si evono arrestare Per realizzare le funzioni i siurezza a ontrollo elle zone periolose DZ1 e DZ2 si seglie un sistema ostituito a ue gruppi i tappeti sensibili (uno per la zona A e l altro per la zona B) ompleti ella propria elettronia i ontrollo he fornise ome segnali i siurezza ue ontatti elettromeanii he sono inviati all ingresso i un onfiguratore (o un PLC) per appliazioni i siurezza il quale a sua volta proue segnali i usita he: Arrestano il Robot A iseitano ue ontattori he tolgono la potenza al robot A Arrestano il Robot B iseitano ue ontattori he tolgono la potenza al robot B Arrestano il variatore i veloità he movimenta il motore el nastro ageno su un suo ingresso i siurezza (Power removal) per il quale èertifiata la funzione i siurezza in ategoria 3 e PL =. 49
Esempio i progettazione Determinazione el PL rihiesto Non essenoi norme i tipo C per questo tipo i mahina, oorre eterminare il PL attraverso l albero ei rishi La gravità el anno può essere un anno irreversibile (amputazione) S2 La frequenza i aesso alle zone è elevata F2 La probabilità i evitare il periolo esiste a ausa ei movimenti lenti i robot e nastro P1 50
Esempio i progettazione Configurazioni possibili per il PLr Categoria B 1 2 2 3 3 4 DCavg nessuno nessuno bassa meio basso meio alto MTTF i ogni anale Basso a Non operto a b b Non operto Meio b Non operto b Non operto Alto Non operto e 51
Esempio i progettazione Funzioni i siurezza somposte in parti 52
Esempio i progettazione Funzioni i siurezza somposte in parti Esseno le ue funzioni i siurezza uguali, viene analizzata solo SRF1 Tappeto e relativa elettronia i ontrollo = at. 3 e PL Moulo o PLC i siurezza = at. 4 e PL e Funzione i arresto siuro el variatore i veloità el nastro = at. 3 e PL Coppia i ontattori he arrestano il robot A = at. 4 e PL? 53
Esempio i progettazione Funzioni i siurezza somposte in parti 54
Esempio i progettazione Valutazione el PL i SRP/CS3 La oppia i ontattori èollegata in onfigurazione i ategoria 4, in ui il monitoraggio viene effettuato al moulo i siurezza he li gestise 55
Esempio i progettazione Valutazione el PL i SRP/CS3 Il valore i MTTF Dal ostruttore el ontattore si ha B10 = 2.600.000 manovre op giorni i funzionamento all anno = 220 h op ore i funzionamento al giorno = 16 t yle tempo meio tra l inizio i ue ili suessivi = 3600 s (l aesso alla zona DZ1 avviene una volta l ora) Il numero i operazioni ompiute ai ontattori è: 220 16 3600s / h n op = = 3520ili / anno 3600 L MTTF risulta quini alto: MTTF = B 2.600.000 10 = 7386anni 0,1 n 0,1 3520 = op 56
Esempio i progettazione Valutazione el PL i SRP/CS3 Il valore i DC è alto: In base alla tabella E1 ella EN 13849-1 quano la logia i ontrollo (he gestise la iagnostia ei ontattori) ha ome misura la sorveglianza iretta (per esempio sorveglianza ella posizione elettria elle valvole i omano, sorveglianza ei ispositivi elettromeanii meiante elementi i ontatto ollegati meaniamente), la opertura iagnostia èel 99 % ossia alta Categoria DCavg MTTF i ogni anale Basso Meio Alto B nessuno a b Non operto 1 nessuno Non operto Non operto 2 bassa a b 2 meio b 3 basso b 3 meio 4 alto Non operto Non operto e Quini il PL è pari a e 57
Esempio i progettazione Valutazione el CCF i ogni SRP/CS Deve essere verifiato he CCF sia maggiore o uguale a 65 punti. La tabella el CCF ompilata seono quanto è ipotizzato he sia soisfatto nell esempio speifio a tutte le SRP/CS he in questo aso soisfano tutte gli stessi CCF (ma in altri asi potrebbero essere iverse a SRP/CS a SRP/CS) i ie he è superato il punteggio i 65 Numero 1 2 3 3.1 3.2 4 5 6 6.1 6.2 Utilizzo i omponenti ben provati Misure ontro i guasti a ause omuni (CCF) Separazione fisia tra i perorsi ei segnali Separazione/Segregazione Diversifiazione Si utilizzano tenologie/progettazione o prinipi fisii iversi, per esempio: Progettazione/appliazione/esperienza Protezione ontro eesso i tensione, potenza, orrente, e. Valutazione/analisi Si tiene onto ei risultati ell analisi elle moalità e egli effetti ei guasti per evitare guasti a ausa omune nella progettazione? Competenza/formazione Formazione i progettisti/responsabili ella manutenzione alla omprensione i ause e onseguenze ei guasti a ausa omune Ambiente Prevenzione ella ontaminazione e ompatibilità elettromagnetia (EMC) ontro i CCF in onformità alle norme appropriate. Altri influssi Consierazione ei requisiti sull immunità a tutti gli influssi ambientali pertinenti ome temperatura, urti, vibrazioni, umiità (per esempio ome speifiato nelle norme pertinenti). TOTALE Punteg gio per il iruit o i ontrol lo SI NO SI SI NO NO SI SI 70 Punteggio massimo 15 20 15 5 5 5 25 10 58 Max 100
Esempio i progettazione Valutazione el PL omplessivo I PL elle iverse parti he ompongono la SRF1 i ontrollo aesso alla zona el robot A è la seguente 59
Esempio i progettazione Valutazione el PL omplessivo Poihè il PL ottenuto èuguale al PL rihiesto il iruito realizzato è ioneo per la riuzione el rishio ella funzione i siurezza per ui è stato ostruito Se osì non fosse stato, il iruito i siurezza va riprogettato ambiano arhitettura oppure ambiano i omponenti PL bassi a b Numero i PL bassi > 3 3 > 2 2 > 2 2 > 3 PL ell intero sistema Nessuno, non ammesso a a b b 3 > 3 e 3 e 60
Esempio i progettazione - tornio Si eve valutare la siurezza ella zona i ariamento pezzo in lavorazione su un manrino i un tornio il quale ha il manrino omanato a riuttore meanio fisso a bassa veloità e he nella zona i lavorazione vi sia un ugello per la lubrifiazione el pezzo in lavorazione he spruzza il lubrifiante per mezzo i una pompa L obiettivo èontrollare la zona i ario/sario in moo he sia in fase i prouzione he i manutenzione e/o pulizia le persone he si avviinano non subisano anno 61
Esempio i progettazione Cilo i lavoro ella mahina L operatore apre lo sportello ella zona i pulizia e posiziona il materiale a lavorare L operatore hiue lo sportello e attiva premeno un pulsante il ilo automatio i lavoro Il tornio è ompletamente protetto nella zona ello sportello e il periolo si presenta solo all apertura i tale sportello Terminato il ilo impostato il manrino e la pompa si arrestano automatiamente in attesa i un nuovo omano i avvio e l operatore apre lo sportello prelevano il pezzo lavorato 62
Esempio i progettazione Analisi el rishio ella mahina Si ientifia ome zona periolosa la parte interna allo sportello ella zona lavorazione el tornio enominata zona DZ1 Alla zona periolosa DZ1 sono assoiati possibili anni originati al manrino in movimento (ma a bassa veloità) e i shizzi i fluii on onseguenza i urto e possibile irritazione al volto e trono on onseguente potenziale anno reversibile 63
Esempio i progettazione Riuzione el rishio ella mahina I rishi assoiati ai perioli iniviuati non sono aettabili e quini sono a riurre meiante ispositivi i protezione gestiti a sistemi i siurezza Al fine el ontrollo ella zona periolosa si seglie i interbloare meiante un iruito i siurezza l apertura ello sportello in moo he all apertura ello stesso la pompa el fluio i pulizia si arresti e osì pure faia il manrino in rotazione 64
Esempio i progettazione Funzioni i siurezza (SRCF) iniviuate Viene iniviuata la seguente funzione i siurezza: SRF1: all apertura ello sportello la pompa el fluio e il manrino entro la zona DZ1 si evono arrestare e non evono avviarsi quano lo sportello è aperto 65
Esempio i progettazione Determinazione el PL rihiesto Non essenoi norme i tipo C per questo tipo i mahina, oorre eterminare il PL attraverso l albero ei rishi La gravità el anno può essere un anno reversibile (irritazione o ontusione) S1 La frequenza i aesso alle zone èelevata poihé avviene una volta a turno per lavorazione o pulizia F2 La probabilità i evitare il periolo è impossibile perhé il lubrifiante shizza veloemente P2 66
Esempio i progettazione Configurazioni possibili per il PLr Categoria B 1 2 2 3 3 4 DCavg nessuno nessuno bassa meio basso meio alto MTTF i ogni anale Basso a Non operto a b b Non operto Meio b Non operto b Non operto Alto Non operto e 67
Esempio i progettazione Selta ella onfigurazione Tra le possibili onfigurazioni selgo una Categoria 1 per ui il iruito realizzato ovrà rientrare nei seguenti parametri per essere ioneo a svolgere la funzione i siurezza ui è hiamato: Categoria 1, DC = nessuno, MTTF= alto Non oorre verifiare il parametro CCF esseno aottata la ategoria 1 68
Esempio i progettazione Selta el iruito Si seglie i realizzare un iruito seono lo shema i figura ove ai ati ei ostruttori elle rispettive parti risulta he l MTTF ello Swith SW1A (ontatto NC a apertura positiva) èmeio (20 anni) mentre l MTTF el K1A è alto (50 anni 69
Esempio i progettazione Funzione i siurezza 1 = N MTTF i= 1 1 MTTFi 1 MTTF = 1 MTTF SW 1A + 1 MTTF K1A = 1 20 + 1 50 = 0,07 MTTF = 14,3anni Risulta quini he l MMTF ell intero iruito realizzato è MEDIO 70
Esempio i progettazione Valutazione el PL omplessivo Aveno un iruito in ategoria 1, on nessuna opertura iagnostia e un MTTF meio per l unio anale a isposizione, risulta he questo non soisfa il PL rihiesto e pertanto eve essere riprogettato ambiano arhitettura oppure ambiano omponenti per altri on migliori MTTF Categoria B 1 2 2 3 3 4 DCavg nessuno nessuno bassa meio basso meio alto MTTF i ogni anale Basso a Non operto a b b Non operto Meio b Non operto b Non operto Alto Non operto e 71
Esempio i progettazione - pressa Si ha una pressa per usinetti in ui il movimento el ilinro eve essere fermato quano il ampo protetto a una barriera fotoelettria viene interrotto 72
Esempio i progettazione Determinazione el PL rihiesto La gravità ella lesione può essere irreversibile (S2), la frequenza i esposizione al rishio è ontinua (F2) e esiste la possibilità a parte ell operatore i limitare il anno (P1). Ne risulta un PLr = 73
Esempio i progettazione Configurazioni possibili per il PLr Categoria B 1 2 2 3 3 4 DCavg nessuno nessuno bassa meio basso meio alto MTTF i ogni anale Basso a Non operto a b b Non operto Meio b Non operto b Non operto Alto Non operto e 74
Esempio i progettazione Selta ella onfigurazione Viene eiso i provare a attuare il iruito i stop i siurezza on una struttura seono uno shema a blohi formato a 3 SRP/CS in serie: barriera ottia in ategoria 4 logia i ontrollo in ategoria 4 attuatore el ilinro in ategoria 1 seono il seguente moello 75
Esempio i progettazione Valutazione el PL omplessivo Poihé si sa he il PL massimo onseguibile on la ategoria 1 (SRP/CS ell attuatore) èil PL =, risulta he il PL omplessivo non può essere pari almeno a ome rihiesto. Si eie quini i utilizzare un attuatore rionante in ategoria 4. 76
Esempio i progettazione Valutazione el PL omplessivo PL bassi Numero i PL bassi PL ell intero sistema Dall effettuazione i nuovi aloli risulta he il PL i tutte e 3 la SRP/CS è pari a e. Dalla tabella possiamo riavare he il PL globale è anh esso = e. Poihé il PL rihiesto era, il proesso i progettazione è anato a buon fine (opo aver verifiato he CCF > 65) a b > 3 3 > 2 2 > 2 2 Nessuno, non ammesso a a b b > 3 3 e > 3 3 e 77
Software per la siurezza funzionale A ausa ella omplessità i alolo previsto alle ue norme, è possibile l utilizzo i software per veloizzare il proeimento i alolo SISTEMA SW ell Istituto per la salute e la siurezza sul lavoro teeso: il software è gratuito, ma per il momento solo in lingua inglese, teesa e franese e permette l analisi solo on la norma EN 13849-1 http://www.guv.e/ifa/en/pra/softwa/sistema/inex.jsp Pasal SW ella itta Pilz: il software èa pagamento, ma èin anhe lingua italiana e permette l analisi sia on la norma EN 13849-1 he on la norma EN 62061 http://www.pilz.it/prouts/software/tools/f/pasal/inex.it.jsp 78