Aktuální vydání

celé číslo

07

2021

Automatizace řízení dopravy a infrastruktury, nabíjecí stanice, autonomní vozidla

celé číslo

ČSN EN ISO 13849-1 – co se nezmění

Jak se má současná bezpečnostní technika vypořádat s požadavky nové normy ČSN EN ISO 13849-1? Je nutné začít znovu a všechno dělat jinak? Jasná odpověď na tuto otázku zní: ne.
 
„Již používaná bezpečnostní technika zcela odpovídá požadavkům na ochranu osob a strojů nyní i v budoucnu. Základní podmínkou ovšem je, aby bezpečnostní technika a systémy byly používány správným způsobem. Tak tomu bylo v minulosti a tak tomu bude i při implementaci nové normy,“ říká Dipl.-Ing. Jens Rothenburg, odborník na bezpečnostní techniku a normy ze společnosti EUCHNER GmbH + Co. KG z německého Leinfeldenu.
 

Nové normy

 
Nová norma ČSN EN ISO 13849-1 Bezpečnost strojních zařízení – Bezpečnostní části ovládacích systémů – Část 1: Všeobecné zásady pro konstrukci nahrazuje starou normu ČSN EN 954-1 Bezpečnost strojních zařízení – Bezpečnostní části řídicích systémů – Část 1: Všeobecné zásady pro konstrukci. Kromě jednoho nově přeloženého slovíčka v názvu obsahuje nová norma především nový způsob hodnocení bezpečnostních systémů. Nejpozději od konce roku 2011 budou muset brát konstruktéři v úvahu nejen strukturu bezpečnostních obvodů, jak tomu bylo ve staré normě EN 954-1, ale podle nové normy i zohlednit spolehlivost použitých komponent, a je-li to nezbytné, i softwaru, a další nutná hlediska.
 
Nejlépe to ilustruje jednoduchý příklad: na stroji je instalován bezpečnostní obvod se dvěma bezpečnostními spínači – první
je spínač s odděleným vybavovacím mechanismem (aktuátorem) a druhý je spínač s integrovaným aktuátorem a spínací páčkou pro zajištění redundance. Nuceně vedené kontakty obou spínačů jsou připojeny na bezpečnostní relé, které kontroluje jejich souběžnost. Na výstupu jsou dva stykače, které se používají k bezpečnému zastavení činnosti stroje. Oba výstupy jsou kontrolovány zpětnou vazbou (obr. 2). Celá sestava s dvoukanálovou strukturou a zpětnou vazbou tedy odpovídá kategorii 4 podle EN 954-1. Nyní si vysvětleme, jak stejný bezpečnostní obvod hodnotit podle EN ISO 13849-1.
 

Hodnocení podle EN ISO 13849-1 krok za krokem

 
Hodnocení podle EN ISO 13849-1 je zcela jednoduché a jednoznačné. V prvním kroku je třeba udělat analýzu rizika stroje nebo strojního zařízení, stejně jako u EN 954-1. Hodnotit lze např. podle přílohy A k normě. U normy EN ISO 13849-1 je výsledkem požadovaná úroveň vlastností PL (Performance Level), kdežto u EN 954-1 to byla požadovaná bezpečnostní kategorie.
 
V dalším kroku se konstruktér soustředí na strukturu bezpečnostního obvodu. Struktura je určující pro stanovení kategorie obvodu. To je v obou normách stejné, tedy pro konstruktéra to není nic nového. Všechny komponenty používané v minulosti je možné v bezpečnostních obvodech používat i nadále. Například bezpečnostní spínače od firmy Euchner, uvedené v příkladu a osvědčené v mnoha úlohách v praxi, mohou být naprosto bez omezení používány i podle nové normy EN ISO 13849-1.
 
Nyní přichází další krok: určení úrovně vlastností bezpečnostního systému. Pro všechny úlohy od kategorie 2 je třeba určit diagnostické pokrytí DC. V normě je obsaženo několik známých vzorců (v příloze E), z nichž lze vybrat ten, který je pro danou úlohu vhodný. Také je možné použít jednoduchou numerickou metodu výpočtu.
 

Určení pravděpodobnosti selhání

 
Další parametr, který je třeba určit, je střední doba do nebezpečné poruchy MTTFd (Mean Time To Failure Dangerous). Je to pravděpodobnost nebezpečného selhání zařízení, vyjádřená v jednotkách času. Pro správné určení hodnoty tohoto parametru je vhodné použít výpočetní tabulku nebo odpovídající software. Pro určení hodnoty MTTFd pro celé zařízení je ovšem třeba znát střední dobu do nebezpečného selhání všech komponent. Tu udává výrobce nebo ji lze najít v příloze C normy. Určení MTTFd u elektronických dílů je jednoduché, protože nezávisí na stavu sepnutí obvodu a určí se přímo pomocí statistických metod.
 
Naproti tomu u elektromechanických dílů je hodnota MTTFd závislá na počtu cyklů sepnutí a tako závislost je charakterizována parametrem B10d. Hodnota parametru se neudává v jednotce času, ale počtem pracovních cyklů. Samozřejmě, spínač, který sepne jednou za rok, bude mít delší životnost než spínač, který spíná dvakrát za minutu. Pro to, aby byla tato skutečnost zohledněna při výpočtu střední doby do nebezpečné poruchy, je třeba vykonat ještě jeden krok, jenž je popsán v EN ISO 13849-1. Pro výpočet MTTFd je třeba znát předpokládaný počet pracovních cyklů za rok. Na obr. 3 je diskový kalkulátor pro elektromechanické bezpečnostní spínače, který lze použít jako jednoduchou pomůcku pro určení MTTFd z B10d podle EN ISO 13849-1 (zájemci si jej mohou objednat ve společnosti Euchner).
 

Určení účinků poruch společnou příčinou

 
Nakonec je třeba uvažovat o tom, že k selhání někdy může dojít vlivem poruch se stejnou příčinou. Jednoduchá metoda, jak určit účinky poruch se společnou příčinou pomocí bodového systému, je v příloze F normy. Je-li dosaženo minimálního počtu 65 bodů, má se za to, že obvod je zabezpečen proti selhání vlivem poruch se stejnou příčinou.
 
Úroveň vlastností se potom určí graficky pomocí schématu 5, které je součástí normy. Místo tohoto schématu lze také použít
vhodný software (např. software SISTEMA z Institutu pro bezpečnost práce v St. Augustinu v Německu; software je zdarma a odkaz ke stažení lze najít na www.euchner.cz) nebo již zmíněný diskový kalkulátor. Je-li vypočtená úroveň PL alespoň taková, jaká je požadovaná, postup výpočtu se zdokumentuje a vše je hotovo.
 

Posouzení softwaru?

 
Bezpečnostní řídicí systémy ve velké míře používají různé druhy softwaru, např. ke konfiguraci bezpečnostních monitorů AS-Interface. Je tedy třeba posoudit také bezpečnost a spolehlivost softwarových komponet. EN ISO 13849-1 je pro tento účel ideální. Software může být posouzen jasnou a dobře strukturovanou metodou. Navíc norma EN ISO 13849-1 může být použita také pro posouzení celého bezpečnostního systému, včetně pneumatických, hydraulických a elektromechanických komponent.
 

Posouzení starých komponent podle nové normy

 
Pro mnoho lidí je otázkou, zda a jak mohou důvěrně známé komponenty začlenit do bezpečnostních obvodů posuzovaných podle nové normy. Struktura bezpečnostního obvodu i bezpečnostní kategorie zůstaly beze změny. Tedy i komponenty lze použít beze změny. Zkušenosti ukazují, že ve většině případů tam, kde bezpečnostní komponenty vyhovují staré normě, dosahují potřebného diagnostického pokrytí a MTTFd i podle nové normy.
 
Diagnostické pokrytí je vždy součástí podmínek kategorie zařízení, protože pro kategorie 2, 3 a 4 je vždy vyžadováno odpovídající testování bezpečnostního kanálu. Jediným novým hlediskem je nutnost brát v úvahu i kvalitu testování.
 
Ani poruchy se společnou příčinou nejsou nic nového. EN 954-1 požadovala, aby poruchy se společnou příčinou byly považovány za jedinou poruchu. Tato situace musí vždy být brána v úvahu při vypracovávání návrhu struktury bezpečnostního obvodu, která je určující pro stanovení jeho kategorie.
 
Pravděpodobnost selhání bezpečnostních prvků není rozhodně tím, co by negativně ovlivnilo výsledek výpočtu pravděpodobnosti selhání bezpečnostního obvodu, protože bezpečnostní prvky jsou vždy navrženy tak, aby byly velmi odolné proti poruše. Jediné, co je zde nové, je nutnost je do výpočtu zahrnout spolu se všemi ostatními komponentami obvodu.
 
Lze tedy konstatovat, že zařízení, které vyhovuje podmínkám normy EN 954-1, bude s největší pravděpodobností splňovat i kritéria normy EN ISO 13849-1. Nový způsob výpočtu bezpečnostních obvodů ale dává lepší povědomí o tom, jak je bezpečnostní technika implementována.
 
Krátce, nový standard v mnoha případech umožňuje lépe vyhodnotit bezpečnost strojů a zařízení. Vzhledem k tomu, že norma je mnohem obecnější, je také způsob výpočtu podle této normy o něco složitější. Ovšem není žádný důvod k tomu, aby staré bezpečnostní komponenty nemohly být používány i v bezpečnostních obvodech podle nové normy.
 

Kompletní bezpečnostní systém spočítaný v několika minutách

 
Vyhodnocení podle nové normy EN ISO 13849-1 je mnohem jednodušší, používá-li se kompletní bezpečnostní systém, jako je např. bezpečnostní systém CES nebo modulární systém dveřních zámků MGB od firmy Euchner. V sériovém řazení prvků určuje bezpečnost celého řetězce jeho nejslabší článek a ten lze u takového systému snadno určit. Protože právě tento prvek má největší vliv na výpočet PL, lze celkovou úroveň PL určit právě podle tohoto prvku. Celý proces výpočtu potom trvá jen několik minut.
 
Frank Kretschmar, Jens Rothenburg,
EUCHNER GmbH + Co. KG
 
Obr. 1. Existující bezpečnostní technika plně vyhovuje pro ochranu osob i strojů i podle nové normy
Obr. 2. Implementace nové normy EN ISO 13849-1 neznamená změnu struktury bezpečnostního obvodu, jen jeho odlišný výpočet
Obr. 3. Výpočet MTTFdpomocí diskového kalkulátoru od společnosti Euchner
Obr. 4. Prvky bezpečnostního systému CES a multifunkční dveřní bezpečnostní systém MGB od firmy Euchner