ISO 13849 Нива на производителност: Практическо ръководство за поддръжка

Ключови изводи

• „Ниво на изпълнение (PL a до e)“ оценява цяла функция за безопасност, цялата верига от сензор през логика до изпълнителен елемент. То никога не се отнася за единичен компонент в листа с технически данни.
• „Изискваното ниво на изпълнение PLr“ произлиза от риск-граф с три прости въпроса: колко сериозно е нараняването, колко често някой е изложен и може ли той да се отмести навреме.
• Постигането на PL зависи от четири неща заедно: определена архитектура (категория B до 4), надеждни компоненти (MTTFd), диагностика, която открива опасни повреди (DC), и защита срещу повреди от обща причина (CCF).
• Поддръжката може да унищожи PL без никой да забележи: несъвпадащ резервен детайл, премостена функция по време на отстраняване на неизправности или компонент, експлоатиран над неговото „mission time“, обикновено 20 години.
• Записите за всяка функция (идентификатор на функцията, PLr, компоненти, дати на тестове, констатации) са единственото доказателство, че функцията все още съществува.

Какво е функция за безопасност

ISO 13849 не оценява части. Стандартът оценява функции за безопасност: пълни вериги, в които нещо открива, нещо решава и нещо действа. „Отваряне на защитата води до спиране на опасно движение“ е една такава функция: междублокиращ превключвател открива, реле за безопасност взема решението, контакторите отпадат. Аварийният стоп е друга; управление с две ръце на преса, трета. Една машина обикновено има десетина или повече такива функции.

Нивото на изпълнение, PL a (най-ниско) до PL e (най-високо), изразява колко надеждно цялата тази верига работи при поискване, и нивото е ограничено от най-слабото звено. Компонент, продаван като „PL e“, е само способен да служи във функция с PL e; самото ниво принадлежи на функцията.

За самите защитни ограждения вижте нашето ръководство за защитни ограждения на машини, а за междублокиращите устройства монтирани на тях, в статията ни за междублокиращи устройства за защитни ограждения. Тази статия е за рейтинга на надеждността, в който тези устройства функционират.

PLr: колко надеждност изисква рискът

Преди да се избере хардуер, оценката на риска отговаря на три въпроса за всяка опасност, преминавайки по риск-граф до изискваното ниво на изпълнение, PLr:

• S, сериозност: S1, леко нараняване, което обикновено заздравява; S2, сериозно необратимо нараняване или смърт.
• F, честота или продължителност на излагане: F1, рядко или за кратко; F2, често или за дълги периоди.
• P, възможност за избягване: P1, избягване е възможно при специфични условия (бавни движения, добра видимост, място да отстъпиш); P2, едва възможно.

Най-лошата комбинация S2 F2 P2 води до PLr e. S2 F2 P1 и S2 F1 P2 водят до PLr d. Клонът S1 завършва между a и c.

При купена машина тази работа е производителска, и PLr за всяка функция трябва да е в документацията. Разпределението на отговорностите е както описваме в материала за Регламента за машините на ЕС 2023/1230: строителят проектира и валидира функциите, потребителят ги поддържа ефективни. Именно в тази втора половина попада поддръжката.

Какво всъщност осигурява PL

Четири съставки заедно формират постигнатото PL. С прости думи:

• Категория B: едноканална конструкция, изградена от стандартни компоненти, използвани в рамките на спецификацията; една грешка може да загуби функцията за безопасност.
• Категория 1: все още едноканален, но изграден от добре изпробвани компоненти и принципи, така че вероятността от повреда е по-малка; една грешка все още може да загуби функцията.
• Категория 2: едноканален плюс тестов канал, който проверява функцията на подходящи интервали, така че някои повреди да бъдат открити.
• Категория 3: два канала, така че една единична повреда не губи функцията за безопасност, и повечето единични повреди се откриват.
• Категория 4: два канала с достатъчно силна диагностика, така че дори натрупване на недетектирани повреди да не загуби функцията.

Около архитектурата стоят още три числа. MTTFd, средно време до опасна повреда на всеки канал, класове ниско, средно и високо. DC, диагностично покритие, дялът от опасните повреди, които мониторингът може действително да види. И CCF, защита срещу повреди от обща причина, оценена спрямо контролен списък в стандарта (разделяне, разнообразие, предимензииране), защото два канала, които умират заедно от една и съща причина, са еквивалентни на един канал.

Същата категория с по-слаба надеждност на компонентите или по-слаба диагностика води до по-ниско PL: това е матрица, а не меню, и затова смяната на части променя отговора.

PL и SIL: груба съпоставка

В областта на машинната безопасност се използва PL; в процесната безопасност, SIL. Като груба съпоставка, PL c съответства приблизително на SIL 1, PL d на SIL 2 и PL e на SIL 3. Това е само за ориентир: решаващите са съответните стандарти и никой не бива да прекръства система от единия режим на другия по табелка. Ако във вашото съоръжение работят и процесни единици под IEC 61511, това е различен режим с отделна тестова дисциплина, разгледан в нашата статия за системи за безопасност в процеси (SIS).

Какво трябва да знае поддръжката

Постигнатото PL е свойство на точния хардуер, инсталиран днес. Четири правила го запазват:

• Правилото за еднаква подмяна. Архитектурата се задава чрез номерата на частите. Подмените като замяна на реле за безопасност с общо предназначение, контактор с огледални контакти с такъв без огледални контакти, или кодирано междублокиращо устройство с по-евтин некодиран резервен, обикновено ще направят машината да спира все едно нищо не се е променило за оператора. Но категорията тихо се променя и PL изчезва, без индикатор. Подмяната означава идентична част или еквивалент, потвърден от производителя, и записана срещу функцията.
• Никога не премоствайте или не принуждавайте функция за безопасност при отстраняване на неизправности. Мост (jumper) на междублокиране или принуден изход превръща функция PL d в липса на функция. Диагностицирайте с непокътната функция или по контролиран, подписан и времево ограничен протокол.
• Време на мисия (mission time). Изчисленията по ISO 13849 приемат ограничен експлоатационен живот, обикновено 20 години: в края му компонентите за безопасност се сменят дори и да работят, защото статистическите данни, стоящи зад PL, вече не важат. Електромеханични части при високо натоварване могат да изчерпят живота си много по-рано; решава данните на производителя.
• Тествайте според указания график и записвайте за всяка функция. Ръководството и валидацията на машината определят интервала за функционален тест. Всяка записка трябва да съдържа идентификатор на функцията, PLr, компонентите в веригата, датата на теста, резултата и констатациите. Тези записи трябва да са в същия план за превантивна поддръжка като останалите активи, а не в тетрадка, която излиза с пенсионери сред техниката.

В Fabrico тестът на всяка функция се изпълнява като повтаряща се задача в PM с контролен списък, резултатите се съхраняват срещу актива, провалената проверка може да задейства корективна задача, а хронологията за всяка функция е готова за одитор, който попита какво и кога е тествано. За да видите това върху вашия собствен списък с машини, запишете кратко демо.

Пример с реални числа

Един пакетировач има въртяща се врата с панта над зоната за зареждане. Риск-графът: смачкване от тласкача е необратимо нараняване, S2. Операторът отваря защитата няколко пъти на смяна за разчистване на засядания, F2. Движението е достатъчно бавно и видимо, така че избягването се оценява като възможно при специфични условия, P1. Резултат: PLr d.

Производителят го доставя като категория 3: RFID интерлок тип 4 на вратата, реле за безопасност и два контактора, свързани в серия с огледални контакти, включени в обратната връзка на релето, така че залепнал контактор да бъде открит при следващия цикъл.

Реалността на поддръжката през първата година: линията има 14 функции за безопасност, а валидацията изисква месечен функционален тест на всяка, разпределен между смените. Това са 168 теста годишно по приблизително 10 минути всеки включително записите: около 28 часа труд на техник годишно.

През март повреда в нощната смяна уби един контактор и беше поставен търговски резервен с правилния клас. Машината спираше перфектно всеки път при отваряне на защитата, така че за оператора нищо не се беше променило. Но резервният нямаше огледални контакти: обратната връзка на релето вече не можеше да види залепнал контактор. Машината щеше да спре и при един повреден контактор, така че нищо не изглеждаше повредено; загубено бе детектирането. Залепване щеше да остане незабелязано докато не паднеше и вторият контактор, а точно това детектиране на опасни повреди е изискване за категория 3. Априлският функционален тест го хванa, защото списъкът за проверка включва проверка на мониторинга на обратната връзка, не само „дали спира“.

Ремонтът беше нареждане за корективна работа за смяна с правилния контактор, плюс досадната промяна, която предотвратява повторение: списъкът с резервни части за тази машина беше коригиран, така че складът да може да издава само точно частта с огледални контакти срещу него. Функцията изглеждаше работеща в продължение на пет седмици, докато PL всъщност не съществуваше.

Чести грешки

• Възприемане на PL като рейтинг на компонент. Лого „PL e“ на лист с технически данни описва възможност, не вашата инсталация. Нивото принадлежи на функцията и се задава от най-слабото звено.
• Смесване на документация за SIL и PL на една машина. Изберете режима, под който машината е валидирана, и дръжте записите в неговия „език“.
• Премостване на функция, за да държите производството работещо. Всеки час, в който работи в премостено състояние, машината оперира с риск, който оценката е казала, че изисква защита PL d, но такава липсва.
• Несъвпадащи резервни части. Най-евтиният начин да анулирате защитен проект е добронамерена подмяна в 03:00. Заключете списъка с резервни части до валидираните номера на части.
• Игнориране на времето на мисия. 20-годишно реле за безопасност, което все още щрака, не е доказателство; статистиката зад неговото PL е изтекла с времето на мисията.
• Липса на записи от тестове за всяка функция. Ако никой не може да представи историята на тестовете за функция 7, за целите на разследване на инцидент функция 7 се счита, че никога не е била тествана.

Често задавани въпроси

Какво е ниво на изпълнение в ISO 13849?

Ниво на изпълнение, PL a до PL e, изразява колко надеждно цяла функция за безопасност (сензор, логика, изпълнителен елемент) действа при поискване. То се определя от архитектурната категория, надеждността на компонентите (MTTFd), диагностичното покритие и защитата срещу повреди от обща причина.

Каква е разликата между PL и SIL?

PL идва от ISO 13849 за функции за безопасност на машините; SIL идва от IEC 61508 и IEC 61511, обичайно в процесните инсталации. Като груба съпоставка PL c отива близо до SIL 1, PL d до SIL 2 и PL e до SIL 3, но решаващите са стандартите и не бива да се прекръщават системи по табелка.

Как да разбера какво PL е нужно на една машина?

Изискваното ниво, PLr, идва от оценката на риска чрез риск-графа: сериозност на нараняването (S1/S2), честота или продължителност на излагане (F1/F2) и възможност за избягване (P1/P2). При купена машина производителят трябва да посочи PLr за всяка функция в документацията; ако липсва, поискайте го.

Може ли поддръжката да подменя части в схема за безопасност?

Да, с идентична част или еквивалент, потвърден от производителя, записан срещу функцията. Подмяна, която променя характеристиките за безопасност на компонента (контактор без огледални контакти, реле за общо предназначение, некодиран междублокиращ елемент), тихо променя архитектурата и анулира PL, дори когато машината все още изглежда да спира.

Колко често трябва да се тестват функциите за безопасност?

На интервала, определен от ръководството на производителя и валидацията на машината; месечно до годишно за функция е често срещано на практика. Тестът трябва да упражни цялата функция, включително мониторинга, и всеки тест трябва да остави запис за функцията с констатация.