PL ok: Esempi di calcolo del Performance Level (PL) EN ISO 13849-1 | Rev. 2.0 2022

ID 2708 | 24.01.2022 / Documento di approfondimento ed esempio SISTEMA in allegato

Esempi di calcolo del Perfomance Level PL (con schemi) per sistemi di comando relativi a controllo ripari/arresto emergenza per diverse Categorie di sicurezza/valori PL.

La progettazione e costruzioni di una macchina sicura prevede che vengano identificati tutti i possibili pericoli a cui sono esposti gli operatori della macchina stessa.

Nel caso il rischio venga ridotto attraverso un sistema di controllo, entra in gioco la norma EN ISO 13849‑1 che fornisce un modello di valutazione della bontà di tale sistema. In questo modo, dato un rischio di un determinato livello è possibile utilizzare una funzione di sicurezza di pari livello o superiore (vedi Figura 1).

[...]

La norma EN ISO 13849‑1 fornisce al costruttore un metodo iterativo per valutare se i rischi di una macchina possono essere limitati ad un livello residuo accettabile mediante l’impiego di adeguate funzioni di sicurezza. Il metodo adottato prevede, per ogni rischio, un ciclo di ipotesi-analisi-validazione alla fine del quale si deve poter dimostrare che ogni funzione di sicurezza prescelta è adeguata al relativo rischio in esame.

Il primo passo consiste quindi nella valutazione del livello di prestazione richiesto da ogni funzione di sicurezza. La EN ISO 13849‑1 utilizza un grafico per l’analisi del rischio di una funzione di una macchina (vedi Figura 2) determinando, in funzione del rischio, anziché una categoria di sicurezza richiesta, un livello di prestazione richiesto o PLr (Required Performance Level) per la funzione di sicurezza che andrà a proteggere quella parte di macchina.

Il costruttore del macchinario, partendo dal punto 1 del grafico e rispondendo alle domande S, F e P identificherà il PLr per la funzione di sicurezza in esame. Dovrà poi realizzare un sistema per proteggere l’operatore della macchina che abbia un livello di prestazione PL uguale o migliore di quello richiesto.

I PL sono classificati in cinque livelli, da PLa a PLe (vedi Tabella 1) al crescere del rischio ed ognuno di essi identifica un ambito numerico di probabilità media di guasto pericoloso per ora. Ad esempio PLd indica che la probabilità media di guasti pericolosi per ora è compresa tra 1x10^-6 e 1x10^-7 ovvero all’incirca 1 guasto pericoloso mediamente ogni 100-1000 anni.

Figura 1 - L’analisi dei rischi

Legenda

1 Punto di partenza per la valutazione del contributo alla riduzione del rischio dato dalle funzioni di sicurezza
L Basso contributo alla riduzione del rischio
H Alto contributo alla riduzione del rischio
PLr Livello di prestazioni richiesto
S Gravità del danno
S1 Leggero (danno normalmente reversibile)
S2 Serio (danno normalmente irreversibile o morte)
F Frequenza e/o esposizione al rischio
F1 Da rara a poco frequente e/o con breve tempo di esposizione
F2 Da frequente a continua e/o con lungo tempo di esposizione
P Possibilità di evitare il rischio o di limitare il danno
P1 Possibile in certe condizioni
P2 scarsamente possibile

Figura 2 - Grafico del rischio per determinare il PLr richiesto per la funzione di sicurezza (tratto da EN ISO 13849-1, figura A.1)

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Per la valutazione del PL di un sistema di controllo servono più parametri ovvero:

1. La Categoria di sicurezza del sistema che a sua volta deriva dall’architettura (struttura) del sistema di controllo e dal suo comportamento in caso di guasto
2. MTTF_D dei componenti
3. DC o Copertura Diagnostica del sistema.
4. CCF o Guasti di causa comune del sistema.

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Figura 3 – Architetture categorie

MTTF_D (“Mean Time To Dangerous Failure”, Tempo medio al guasto pericoloso).

Questo parametro cerca di definire la bontà qualitativa dei componenti del sistema definendone la vita media prima del guasto pericoloso (si noti bene che non si tratta di un guasto generico) espressa in anni. In pratica il calcolo dell’MTTF_D si basa sui valori numerici forniti dai costruttori dei singoli componenti che formano il sistema. Nel caso di mancanza di dati la norma fornisce dei valori in apposite tabelle di riferimento (allegato C della EN ISO 13849-1).

Il conteggio porterà ad un valore numerico che rientrerà in tre categorie: Alto, Medio o Basso.

[...]

PL (“Performance Level”)

Noti questi dati, la norma EN ISO 13849-1 fornisce il PL del sistema attraverso una tabella di correlazione (allegato K della EN ISO 13849-1) o, in forma grafica semplificata (punto 4.5 della EN ISO 13849-1), attraverso la seguente figura 4.

Figura 4 - PL “Performance Level”

Questa immagine è molto utile perché ha più modalità di lettura.

Dato un certo PLr essa evidenzia tutti le possibili soluzioni che forniscono quel livello di PL ovvero le possibili strutture circuitali che forniscono il medesimo PL.

Ad esempio osservando la figura si nota come per ottenere un sistema con PL pari a “c” sono possibili tutte le seguenti soluzioni:

Al contempo la figura, scelta una struttura circuitale, permette di vedere subito i massimi PL raggiungibili in funzione della copertura diagnostica media e del MTTF_D dei componenti.

Il costruttore può quindi escludere a priori alcune strutture circuitali in quanto non adeguate al PLr richiesto.

[...]

Esempio di calcolo mediante software SISTEMA della IFA

[...] Segue in allegato

Fonti
EN ISO 13849-1:2015

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