Przepisy i rozporządzeniaTechniczne środki bezpieczeństwa

Problem braku aktualizacji norm – cz. 2 sterowanie oburęczne8 min read

Sterowanie oburęczne Two-Hand Control
Chcę się właśnie skupić na tym, kiedy w przypadku normy PN-EN 954-1 rozbieżności stają się problemem. W poprzednim artykule pisałem o normie PN-EN 954-1, że norma skupia się na jakościowym podejściu, przytaczając kategorie bezpieczeństwa i opisując zachowanie się elementów sterowania związanych z bezpieczeństwem dla każdej z kategorii, lecz niewiele mówi o wskaźniku ilościowym, opisującym niezawodność użytych elementów w funkcji czasu. Uwzględnienie tej niezawodności jest wymagane przez normę PN-EN ISO 13849-1 i dokonać obliczeń współczynnika spodziewanego, średniego czasu do uszkodzenia niebezpiecznego MTTFd ze wzoru:

MTTF_d = \frac{B_{10d}}{0,1 \times n_{op}}

gdzie:

n_{op} = \frac{d_{op}\times h_{op} \times 3600_{s/h}}{t_{cycle}}

nop – ilość cykli w ciągu roku
dop – ilość dni roboczych w ciągu roku
hop – ilość roboczogodzin w ciągu roku
tcycle – czas cyklu w sekundach

B10d – ilość cykli, po których 10% urządzeń ulega niebezpiecznemu uszkodzeniu. Wskaźnik ten powinien być podawany przez producenta. Współczynnik może być wyznaczony ze współczynnika B10 (ilość cykli, po których 10% urządzeń ulega uszkodzeniu), wówczas przyjmuje się, że 50% uszkodzeń będzie zaliczało się do grupy uszkodzeń niebezpiecznych, a współczynnik B10d oblicza się wg wzoru:

B_{10d} = 2B_{10}

Teraz przechodzimy do założeń. Maszyna pracuje 250 dni roboczych w roku, 16 godzin pracy dziennie, B10d podawany przez jednego  z producentów oburęcznego urządzenia sterującego z mechanicznie przełączanymi stykami wynosi 2 000 000 cykli. Aktywacja przycisków następuje co 20s. Po podstawieniu wartości otrzymujemy:

n_{op} = \frac{250_{dni/rok}\times 16_{h/dzien} \times 3600_{s/h}}{20_{s/cykl}}=720 000_{cykli/rok}

Na podstawie tego parametru:

MTTF_d = \frac{2000 000_{cykli}}{0,1\times 720 000_{cykli/rok}}=27,78_{lat} \cong 27,8_{lat}

W normie PN-EN ISO 13849-1 można znaleźć tabelę 4, do której zestawiamy powyższy wynik:
sterowanie oburęczne tab. 4 PN-EN ISO 13849-1
i okazuje się, że uzyskaliśmy średni MTTFd. Teraz zestawiamy ten wynik zgodnie z rys. 5 PN-EN ISO 13849-1, który doskonale pokazuje zależność wskaźników ilościowych od kategorii:
sterowanie oburęczne MTTFD Pokrycie diagnostyczne PN-EN ISO 13849-1

Z powyższego wykresu widać doskonale, że dla średniego MTTFD nie jest możliwe uzyskanie kategorii 4, gdyż kategoria 4 wg wymagań normy PN-EN ISO 13849-1 wymaga, aby MTTFD każdego kanału był wysoki. Zaznaczyłem ten obszar kółkiem. Dla wyniku wg założeń przyjętych w powyższym przykładzie możemy wywnioskować, że nie uzyskaliśmy kategorii 4. Mamy jedynie kategorię 3 i to z poziomem zapewnienia bezpieczeństwa, maksymalnie osiągającym PL-d. Wynik taki podaje wg powyższych założeń również SISTEMA. Dla takiego przypadku musimy wyciągnąć jeszcze odpowiednie wnioski. Otóż oprócz wyżej wymienionych parametrów należy wziąć pod uwagę jeszcze jeden istotny parametr T10D mówiący o tym, jaki jest średni czas, po którym 10% elementów ulegnie uszkodzeniu niebezpiecznemu z zastosowaniem obliczonego nop.

T_{10d} = \frac{B_{10D}}{n_{op}}=\frac{2000 000_{cykli}}{720 000_{cykli/rok}}=2,78_{roku} \cong 2,8_{roku}

Jest to istotna informacja dla osoby przygotowującej instrukcję maszyny, która została wyposażona w oburęczne urządzenie sterujące. Należy w instrukcji napisać, że po 2,8 roku należy oburęczne urządzenie sterujące wymienić na nowe. Mówi o tym ostrzeżenie w SISTEMA: “(…) Please assure to change this element in time”.

Czy te wyniki nasuwają wniosek, że tak jest dobrze czy źle? Dla większości mechanicznie przełączanych oburęcznych urządzeń sterujących dobrze zapewne nie jest wg aktualnie obowiązującej normy i wg przyjętych założeń. Wg normy PN-EN 954-1, nieuwzględniającej w ówczesnym stanie wiedzy techniki podanych przez znowelizowana normę wskaźników ilościowych nie stanowiłoby to problemu i jak najbardziej można było oznakować urządzenie najwyższym typem oburęcznego urządzenia sterującego.

Co można zmienić, aby było dobrze?

Z pewnością można zastosować sprawdzone elementy bezpieczeństwa, spełniające zasady uwzględniane przez normę PN-EN 13849-1. Np. samotestujące, dedykowane przyciski sterowania oburęcznego, które np. w SISTEMA używane są jako podsystemy funkcji bezpieczeństwa, ze zdefiniowanym, najwyższym poziomem bezpieczeństwa PL-e i kategorią 4, takie jak poniżej.
sterowanie oburęczne
Wniosek z tego artykułu nasuwa się taki, że kategoria obwodu bezpieczeństwa wg aktualnie obowiązującej normy PN-EN ISO 13849-1 zależy w dużej mierze od średniego czasu do uszkodzenia niebezpiecznego MTTFD, który z kolei ściśle powiązany jest z częstością użycia elementu sterowniczego systemu sterowania związanego z bezpieczeństwem.

Tak jak w przypadku opisywanej w poprzednim artykule normy PN-EN 693+A1 norma dotycząca projektowania urządzeń sterowania oburęcznego również zostanie zmieniona. W 2019 roku ma się pojawić norma PN-EN ISO 13851.