Projektowanie systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem maszyn wymaga precyzyjnego określenia wymaganego poziomu niezawodności. Performance Level (PL) to parametr zdefiniowany w normie PN-EN ISO 13849-1, pozwalający na ocenę zdolności systemu sterowania do wykonywania funkcji bezpieczeństwa.

Zaczynając od definicji – funkcja bezpieczeństwa to funkcja układu sterowania, której nieprawidłowe działanie powoduje zwiększenie poziomu ryzyka. Zdefiniowanie funkcji bezpieczeństwa odbywa się na wcześniejszych etapach procesu oceny ryzyka i opiera się na wymaganiach normy PN-EN ISO 12100 i norm szczegółowych typu C.

Ocenę poziomu niezawodności funkcji bezpieczeństwa możemy wykonać na podstawie jednej z dwóch norm dotyczących bezpieczeństwa maszyn: PN-EN ISO 13849-1 lub PN-EN IEC 62061.

Różnica między SIL a PL – dwa podejścia do tej samej kwestii

Różnica między SIL a PL to jedno z częściej pojawiających się pytań podczas projektowania systemów bezpieczeństwa maszyn. Oba parametry służą do określenia poziomu niezawodności funkcji bezpieczeństwa i dotyczą bezpieczeństwa maszyn. Obie normy odnoszą się do siebie nawzajem i wskazują na korelacje podstawowych pojęć i wartości.

SIL (Safety Integrity Level) to pojęcie wywodzące się z grupy norm PN-EN IEC 61508, zaadaptowane dla maszyn w normie IEC 62061. Norma IEC 62061 odnosi się wyłącznie do układów elektrycznych i elektronicznych.

Performance Level z normy PN-EN ISO 13849-1 również jest oparty na filozofii norm PN-EN IEC 61508 i wykorzystuje wskaźnik prawdopodobieństwa niebezpiecznej awarii na godzinę (PFHd)

W praktyce dla systemów sterowania maszyn stosuje się obie metodologie – wybór zależy od specyfiki projektu i preferencji zespołu projektowego. Norma PN-EN ISO 13849-1 pokrywa szerszy zakres funkcji bezpieczeństwa poprzez uwzględnienie elementów, które nie są elektryczne, ani elektroniczne. W rezultacie PN-EN IEC 62061 odsyła do korzystania z PN-EN ISO 13849-1 w przypadku funkcji bezpieczeństwa zawierających elementy mechaniczne (jak hamulce na silnikach elektrycznych), pneumatyczne (zawory i hamulce pneumatyczne), jak również elementy hydrauliki siłowej.

Również podejście do architektury funkcji bezpieczeństwa jest podobne w obu normach. PN-EN ISO 13849-1 odziedziczyła kategorie po swojej poprzedniczce – wycofanej normie PN-EN 954. Wyróżniamy tu kategorie od B (najniższej) do 4 (najwyższej). Poszczególne poziomy PL mają określone wymagania dotyczące kategorii, przez którą mogą być osiągnięte.

W przypadku PN-EN IEC 62061 wyróżniamy architektury podsystemów – typy od A do D i mamy wskazaną korelację pomiędzy nimi, a kategoriami z PN-EN ISO 13849-1.

Obie normy są zharmonizowane z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE i przewiduje się ich aktualizację w związku z wejściem w życie Rozporządzenia (UE) 2023/1230 od 20 stycznia 2027 roku.

Czym jest Performance Level i jakie znaczenie ma norma ISO 13849-1

Performance Level (PL) jest kategorią określającą zdolność części systemu sterowania związanej z bezpieczeństwem do realizacji funkcji bezpieczeństwa w przewidywalnych warunkach. Norma PN-EN ISO 13849-1 definiuje pięć poziomów oznaczonych literami od „a” do „e”, gdzie PL „a” oznacza najniższy, a PL „e” najwyższy poziom niezawodności.

Należy pamiętać, że Performance Level (PL) to nie tylko wartość statystyczna – wymaga spełnienia określonych warunków i wykazania odporności systemy na możliwe do przewidzenia błędy.

Jak określić Performance Level?

Proces składa się z dwóch głównych etapów: określenia wymaganego poziomu (PLr) na podstawie oceny ryzyka oraz wyznaczenia i weryfikacji osiągniętego poziomu (PL).

Wymagany Performance Level (PLr) możemy określić na kilka sposobów. Może on wynikać wprost z zastosowanej metodologii oceny ryzyka pierwotnego, jak w przypadku metodologii ELOKON. W przypadku części maszyn PLr podany jest wprost w normie szczegółowej typu C.

Norma PN-EN ISO 13849-1 również wskazuje metodę określenia wymaganego PLr. Wykorzystuje się trzy parametry: ciężkość urazu (S), częstotliwość lub czas narażenia (F) oraz możliwość uniknięcia lub ograniczenia szkody (P). Norma zawiera graf ryzyka, który na podstawie kombinacji tych czynników wskazuje odpowiedni poziom PLr. Dla każdego z czynników wskazane są metody szacunkowe i listy kontrolne, które pozwalają ten prosty graf uczynić bardziej precyzyjnym.

Osiągnięty PL zależy od czterech parametrów: architektury systemu (kategorii), średniego czasu do niebezpiecznego uszkodzenia (MTTFd), pokrycia diagnostycznego (DC) oraz odporności na uszkodzenia o wspólnej przyczynie (CCF). Dla każdego z elementów mamy tu wymagania, które są bardzo szczegółowo opisane w listach kontrolnych. Są tam wymagania zarówno związane z procesem projektowania i dobierania komponentów poszczególnych podsystemów, jak również zasady i dobre praktyki czy odniesienia do innych norm.

Obliczenia można przeprowadzić metodą uproszczoną z wykorzystaniem diagramów zamieszczonych w normie lub za pomocą oprogramowania SISTEMA. Podczas szkoleń trenerzy Akademii Elokon szczegółowo omawiają każdy z tych parametrów, prezentując praktyczne przykłady analizy obwodów bezpieczeństwa.

Weryfikacja i dokumentacja obliczeń Performance Level

Sam proces obliczeniowy to dopiero początek. Równie ważna pozostaje weryfikacja obliczeń oraz przygotowanie odpowiedniej dokumentacji. Norma PN-EN ISO 13849-1 wymaga, aby osiągnięty PL był co najmniej równy wymaganemu PLr dla każdej funkcji bezpieczeństwa.

Dokumentacja powinna zawierać: opis funkcji bezpieczeństwa, uzasadnienie przyjętego PLr, dane wejściowe do obliczeń (wartości MTTFd komponentów, pokrycie diagnostyczne, kategorię), wyniki obliczeń oraz potwierdzenie spełnienia wymagań. Producenci komponentów bezpieczeństwa coraz częściej udostępniają biblioteki do oprogramowania SISTEMA, co znacząco usprawnia proces weryfikacji.

Pozytywne referencje od uczestników szkoleń potwierdzają, że praktyczne ćwiczenia z dokumentowania obliczeń PL są jednym z najbardziej wartościowych elementów kursów z zakresu bezpieczeństwa funkcjonalnego.

Walidacja w praktyce – funkcja bezpieczeństwa musi działać w rzeczywistości

Mając zaprojektowany i wykonany system bezpieczeństwa musimy jeszcze zweryfikować i udokumentować jego działanie. Norma PN-EN ISO 13849-2 określa wymagania dotyczące walidacji funkcji bezpieczeństwa. Jako praktycy prezentujemy sposoby walidacji funkcji bezpieczeństwa poprzez testy funkcjonalne i pomiary, oraz metody dokumentowania tego procesu.

Praktyczne zastosowanie wiedzy o Performance Level w przemyśle

Umiejętność prawidłowego określania i weryfikowania Performance Level (PL) przekłada się bezpośrednio na jakość projektowanych systemów bezpieczeństwa. Błędy w tym zakresie mogą prowadzić do dwóch problemów: niedoszacowanie PLr naraża operatorów na nieakceptowalne ryzyko, natomiast przeszacowanie generuje niepotrzebne koszty związane z zastosowaniem nadmiarowych środków ochronnych.

W codziennej praktyce inżynierskiej norma PN-EN ISO 13849-1 znajduje zastosowanie przy projektowaniu nowych maszyn, modernizacji istniejących układów sterowania oraz ocenie zgodności maszyn używanych. Wraz z wejściem w życie nowych przepisów unijnych rośnie również znaczenie cyberbezpieczeństwa systemów sterowania, które może wpływać na osiągany poziom PL.

Akademia Elokon prowadzi specjalistyczne szkolenia obejmujące zarówno teoretyczne podstawy normy PN-EN ISO 13849-1, jak i praktyczne aspekty obliczeń z wykorzystaniem oprogramowania SISTEMA. Skontaktuj się z naszymi ekspertami, aby poznać szczegóły oferty szkoleniowej i wybrać termin odpowiadający potrzebom Twojego zespołu.