ISO 13849

ISO 13849 to norma bezpieczeństwa , która ma zastosowanie do części systemów sterowania maszyn , które są przypisane do zapewniania funkcji bezpieczeństwa (zwanych częściami systemu sterowania związanymi z bezpieczeństwem). Norma jest jedną z grupy branżowych norm bezpieczeństwa funkcjonalnego, które zostały stworzone w celu dostosowania ogólnych podejść do niezawodności systemu, np. IEC 61508 , MIL-HDBK-217, MIL-HDBK-338, do potrzeb określonego sektora. Norma ISO 13849 została uproszczona do stosowania w sektorze maszynowym.

Norma składa się z dwóch części:

  • ISO 13849-1, część 1: Ogólne zasady projektowania, zawiera wymagania bezpieczeństwa i wytyczne dotyczące zasad projektowania i integracji części systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem (sprzęt lub oprogramowanie).
  • ISO 13849-2, Część 2: Walidacja , określa procedury, których należy przestrzegać przy walidacji poprzez analizę lub testy, funkcje bezpieczeństwa systemu, osiągniętą kategorię i osiągnięty poziom wydajności.

Norma ISO 13849 jest przeznaczona do stosowania w maszynach o wysokich lub ciągłych wskaźnikach zapotrzebowania. Zgodnie z normą IEC 61508 , WYSOKI wskaźnik zapotrzebowania występuje raz lub więcej na rok działania, a CIĄGŁY wskaźnik zapotrzebowania jest znacznie, znacznie częstszy niż WYSOKI. W przypadku systemów o NISKIM wskaźniku zapotrzebowania, tj. rzadziej niż raz w roku, patrz IEC 61508 lub odpowiednia norma sektorowa, taka jak IEC 61511 .

Norma została opracowana i utrzymywana przez ISO/TC 199, Bezpieczeństwo maszyn , Grupa robocza 8 — Bezpieczne systemy sterowania . Zakres ISO 13849 obejmuje systemy sterowania wykorzystujące technologie mechaniczne, elektryczne, elektroniczne i płynowe (hydrauliczne i pneumatyczne).

Według nieformalnej ankiety przeprowadzonej wśród interesariuszy w 2013 r. ponad 89% konstruktorów maszyn i ponad 90% producentów komponentów i usługodawców stosuje normę ISO 13849 jako podstawową normę bezpieczeństwa funkcjonalnego swoich produktów.

Historia

EN 954-1

ISO 13849-1 ma swoje korzenie w połowie lat 90., kiedy Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN) opublikował w 1996 r. normę EN 954-1 Bezpieczeństwo maszyn — Części systemów sterowania związane z bezpieczeństwem — Część 1: Ogólne zasady projektowania. W 1999 r. , EN 954-1 została przeniesiona do ISO w celu dalszego rozwoju w ramach Porozumienia Wiedeńskiego.

EN 954-1 wprowadziła pięć pierwotnych kategorii strukturalnych, B, 1-4.

EN 954-2

prEN 954-2:1999, Bezpieczeństwo maszyn — Części systemów sterowania związane z bezpieczeństwem — Część 2: Walidacja , jest dokumentem prekursorskim, który ostatecznie stał się normą ISO 13849-2 w 2003 r. Dokument ten nigdy nie został opublikowany jako gotowa norma. „pr” w „prEN” wskazuje, że dokument był europejską normą wstępną.

ISO 13849-1, wydanie 1

W 1999 r. ISO opublikowało pierwsze wydanie normy ISO 13849-1, Bezpieczeństwo maszyn — Części systemów sterowania związane z bezpieczeństwem — Część 1: Ogólne zasady projektowania . Pierwsza edycja była technicznie identyczna z EN 954-1. W ciągu roku po opublikowaniu ISO/TC 199 przedstawiła propozycję nowego elementu pracy dotyczącą rewizji normy. Celem było dodanie wymagań probabalistycznych do istniejącego standardu.

ISO 13849-2, wydanie 1

opublikowano normę ISO 13849-2, Bezpieczeństwo maszyn — Części systemów sterowania związane z bezpieczeństwem — Część 2: Walidacja . Norma ta zawierała wszystkie szczegóły związane z walidacją bezpieczeństwa funkcjonalnego projektu. Ponadto załączniki AD zawierały kluczowe informacje na temat podstawowych i sprawdzonych zasad bezpieczeństwa, sprawdzonych komponentów oraz typowych usterek elementów mechanicznych, hydraulicznych, pneumatycznych i elektrycznych.

ISO 13849-1, wydanie 2

Drugie wydanie ISO 13849-1 zostało opublikowane w 2006 roku. W tym wydaniu po raz pierwszy wprowadzono MTTF d , DC avg i CCF . Zmiany obejmowały zalecenia opracowane w ramach unijnego projektu STSARCES. I

ISO 13849-2, wydanie drugie

W 2012 roku opublikowano normę ISO 13849-2, Bezpieczeństwo maszyn — Części systemów sterowania związane z bezpieczeństwem — Część 2: Walidacja. To wydanie zostało potwierdzone w 2017 roku i pozostaje aktualne.

ISO 13849-1, wydanie 3

Trzecia edycja ISO 13849-1 została opublikowana w 2015 roku. Wersja zawiera dodatkowe wyjaśnienia techniczne i wyjaśnienie metod analitycznych. To wydanie zostało potwierdzone w 2020 roku, kiedy rozpoczęto nową rewizję. Oczekuje się, że czwarta edycja zostanie opublikowana w 2022 roku.

Ocena ryzyka

Techniki oceny ryzyka

Zgodnie z normą ISO 13849-1 projekt systemu bezpieczeństwa opiera się na ocenie ryzyka przeprowadzonej przez producenta maszyny. Ocena ryzyka identyfikuje funkcje bezpieczeństwa wymagane do ograniczenia ryzyka oraz poziom wydajności, który te funkcje muszą spełniać, aby odpowiednio ograniczyć zidentyfikowane ryzyko, całkowicie lub w połączeniu z innymi zabezpieczeniami, np. stałymi lub ruchomymi osłonami lub innymi środkami.

Drzewo decyzyjne z Załącznika A, rysunek A.1, stanowi przykład, w jaki sposób można określić PL r . Metoda z Załącznika A nie jest narzędziem do oceny ryzyka, ponieważ dane wyjściowe z narzędzia dotyczą poziomu wydajności, a nie ryzyka. Ryciny A.1 nie można wykorzystać do oceny ryzyka. Przykłady macierzy ryzyka i drzewa decyzyjnego ryzyka podano w ISO/TR 14121-2. Ocena ryzyka jest zwykle przeprowadzana w co najmniej dwóch cyklach, pierwszy w celu określenia ryzyka wewnętrznego, a drugi w celu określenia zmniejszenia ryzyka osiągniętego dzięki środkom kontrolnym wdrożonym w projekcie.

Przypisanie funkcji bezpieczeństwa

Funkcja bezpieczeństwa to funkcja systemu sterowania, której awaria spowoduje natychmiastowy wzrost ryzyka. ISO 13849-1 zawiera opisy wielu typowych funkcji bezpieczeństwa, w tym:

  • przystanek ze względów bezpieczeństwa
  • uruchomić/ponownie uruchomić
  • reset ręczny
  • kontrola lokalna
  • wyciszenie
  • czas odpowiedzi
  • parametry związane z bezpieczeństwem
  • fluktuacje, utraty i przywracanie źródeł zasilania

Każdej funkcji bezpieczeństwa zidentyfikowanej w ocenie ryzyka przypisuje się wymagany poziom zapewnienia bezpieczeństwa (PL r ) w oparciu o wewnętrzne ryzyko określone w ocenie ryzyka. Ryzyko wewnętrzne to ryzyko stwarzane przez maszynę, jeśli nie zastosowano żadnych środków kontroli ryzyka lub jeśli środki kontroli ryzyka zawiodły lub zostały pokonane przez użytkownika.

Poziomy wydajności

Poziom wydajności to pasmo wskaźników awaryjności, reprezentowane jako a, b, c, d, e. Te współczynniki awarii są określane ilościowo jako prawdopodobieństwo niebezpiecznej awarii na godzinę, PFH d . Wartości liczbowe dla PFH d podano w załączniku K. Zakres PL dla każdego pasma ma tolerancję 5%. PFH d objęte normą ISO 13849-1 waha się od najwyższego wskaźnika awaryjności w PL a <1 × 10-4 do najniższego wskaźnika awaryjności w PL e przy ≥ 1 × 10-8 .

Poziom wydajności funkcji bezpieczeństwa jest określony przez charakterystykę architektury sterownika (sklasyfikowaną zgodnie z wyznaczonymi kategoriami architektury, kategoria B, 1, 2, 3, 4), MTTF D komponentów w kanałach funkcjonalnych systemu, średni zasięg diagnostyczny (DC avg zaimplementowany w systemie oraz zastosowanie środków przeciwko awariom wspólnej przyczyny (CCF). Architektury kategorii B, 1 i 2 są jednokanałowe i dlatego nie oferują tolerancji na awarie.

Wyznaczone architektury

Wyznaczone architektury obejmują trzy struktury jednokanałowe i dwie redundantne. Struktury te stanowią podstawę obliczeń stosowanych do określenia wartości PFH d podanych w załączniku K.

Schematy blokowe

Każda wyznaczona architektura ma powiązany schemat blokowy . Analizując projekty SRP/CS, należy opracować schemat blokowy, aby pomóc analitykowi w obliczeniu MTTF D kanału (kanałów) funkcjonalnego.

Kategoria B

Kategoria B reprezentuje kategorię podstawową. Ta kategoria jest jednokanałowa i może zawierać komponenty z MTTF D = Low lub Medium. Komponenty muszą być odpowiednie do zastosowania w aplikacji i określone odpowiednio do warunków użytkowania, tj. napięcia, prądu, częstotliwości, częstotliwości przełączania, temperatury otoczenia, klasy zanieczyszczenia, wstrząsów, wibracji itp. Ponieważ kategoria B jest jednokanałowa, prąd stały średnia = BRAK. CCF nie ma zastosowania w tej kategorii.

Maksymalny PL = b.

Kategoria 1

Kategoria 1 osiąga zwiększoną niezawodność w porównaniu z kategorią B dzięki zastosowaniu komponentów MTTF D = High. Komponenty te są uważane za „dobrze wypróbowane komponenty” i są wymienione w normie ISO 13849-2, załączniki od A do D. Ponadto komponenty zostały przetestowane przez producenta i zatwierdzone zgodnie z odpowiednią normą bezpieczeństwa komponentów, np. IEC 60947-5 -5, są również uważane za dobrze wypróbowane. Ponieważ kategoria 1 to pojedynczy kanał, średnia DC = BRAK. CCF nie ma zastosowania w tej kategorii.

Maksimum PL = c.

Kategoria 2

Kategoria 2 to architektura jednokanałowa, która osiąga zwiększoną niezawodność poprzez oparcie się na kategorii B, użycie komponentów z MTTF D = Low to High oraz dodanie możliwości diagnostycznych poprzez użycie sprzętu testowego. Średnia DC dla kategorii 2 może być od niskiej do średniej, tj. 60% ≤ DC < 99%. Częstotliwość diagnostyczna zależy od wskaźnika zapotrzebowania na funkcję bezpieczeństwa i PL r , który musi zostać osiągnięty. Wymagany jest minimalny wynik CCF wynoszący 65, patrz Załącznik F.

Maksimum PL = d.

Kategoria 3

Kategoria 3 to pierwsza architektura ze strukturą redundantną. Opierając się na kategorii B i wykorzystując komponenty z MTTF D = Low to High, ta architektura wprowadza monitorowanie krzyżowe między dwoma aktywnymi kanałami, a także cykliczne monitorowanie urządzeń wyjściowych. Kategoria 3 wymaga średniego DC od niskiego do średniego, tj. 60% ≤ DC < 99%. Wymagany jest minimalny wynik CCF wynoszący 65, patrz Załącznik F.

W kategorii 3 żadna awaria pojedynczego elementu nie może spowodować utraty funkcji bezpieczeństwa.

Maksymalne PL = e.

Kategoria 4

Kategoria 4 jest również redundantną architekturą opartą na kategorii B. Wykorzystując komponenty ograniczone do MTTF D = High, architektura ta obejmuje monitorowanie krzyżowe między dwoma aktywnymi kanałami, a także cykliczne monitorowanie urządzeń wyjściowych. Kategoria 4 wymaga DC avg HIGH, tj. ≥ 99%. Wymagany jest minimalny wynik CCF wynoszący 65, patrz Załącznik F.

W kategorii 4 żadna awaria pojedynczego elementu nie może spowodować utraty funkcji bezpieczeństwa.

PL = e.

Podstawowe różnice między kategorią 3 i 4 polegają na tym, że kategoria 4 wymaga:

  • MTTF D w kanałach funkcjonalnych
  • DC średnia ≥ 99%
  • Nagromadzenie usterek pomiędzy cyklami diagnostycznymi nie może spowodować utraty funkcji bezpieczeństwa
  • Wszystkie usterki występujące pomiędzy cyklami diagnostycznymi muszą zostać wykryte podczas uruchamiania diagnostyki

Walidacja

Części systemów sterowania związane z bezpieczeństwem (SRP/CS) wymagają walidacji. ISO 13849-2 zawiera wszystkie szczegóły wymagane do walidacji przy użyciu technik analitycznych (w tym FMEA , FMECA , FMEDA , IFA SISTEMA lub dowolne inne dostępne narzędzia analityczne), testy funkcjonalne i dokumentację w zapisie walidacyjnym.

Akronimy

Akronimy
Akronim Ekspansja Notatki
PL Poziom wydajności Przewidywane przedziały awaryjności dla SRP/CS
PL r wymagany poziom wydajności Poziom wydajności wymagany na podstawie oceny ryzyka w celu zapewnienia niezbędnej redukcji ryzyka.
MTTF D lub MTTF d Średni czas do niebezpiecznej awarii Podane w latach
PFH d Prawdopodobieństwo niebezpiecznej awarii na godzinę Ułamkowe prawdopodobieństwo na godzinę pracy.
DC śr średnie pokrycie diagnostyczne Podane w procentach.
CCF Awaria z powodu wspólnej przyczyny Awarie więcej niż jednego komponentu o wspólnej przyczynie.
SRP/CS Części systemów sterowania związane z bezpieczeństwem Części systemu sterowania maszyną, które zapewniają funkcję bezpieczeństwa.
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ISO_13849&oldid=1137427797 ”