Kurs SISTEMA

Część 4: Bloki i elementy w SISTEMA12 min read

Bloki i elementy w SISTEMA

W tej części kursu będziemy kontynuować pracę z oprogramowaniem SISTEMA. Pokażę, w jaki sposób pracuje się na blokach BL i elementach EL. Bloki i elementy w SISTEMA oraz struktura drzewa projektu były szerzej opisane w trzeciej części niniejszego kursu. Jeśli pominąłeś tą część, to zachęcam do zapoznania się z treścią trzeciej części:

Część 3: początki z oprogramowaniem SISTEMA

Zachęcam również do zapoznania się z kursem od samego początku, który można znaleźć tutaj:

Wstęp do kursu SISTEMA

W tej części kursu, w jaki sposób funkcjonują bloki i elementy w SISTEMA wyjaśnię na przykładzie znanej z poprzednich części kursu funkcji bezpieczeństwa “otwarcie osłony ruchomej inicjującej funkcję bezpiecznego wyłączania momentu (STO)”. Dla przypomnienia, schemat ideowy funkcji bezpieczeństwa pokazany jest poniżej:

Aby zasada działania funkcji bezpieczeństwa mogła być odwzorowana w oprogramowaniu SISTEMA, niezbędna jest wiedza, w jaki sposób ze schematu ideowego wyodrębnić schemat blokowy, przedstawiający zależności logiczne. O tym była mowa w drugiej części kursu:

Część 2: schemat blokowy funkcji bezpieczeństwa

W drugiej części kursu, na podstawie schematu ideowego, udało nam się wyodrębnić schemat blokowy, który przedstawia się w sposób następujący:

 

W trzeciej części kursu skończyliśmy na utworzeniu podsystemu SB funkcji bezpieczeństwa SF. Drzewo projektu wygląda następująco:

Bloki i elementy w SISTEMA

Po utworzeniu podsystemu SB wymagana jest dalsza specyfikacja funkcji bezpieczeństwa (wyjątek stanowią zwarte podsystemy). Po wybraniu kategorii podsystemu, oprogramowanie SISTEMA utworzy odpowiednie kanały (CH). Pod każdym kanałem CH dodaje się bloki (BL) odpowiadające poszczególnym komponentom kanału. W naszym przypadku funkcja bezpieczeństwa jest architekturą dwukanałową. W trzeciej części kursu, w zakładce Category podsystemu SB wybraliśmy architekturę kategorii 3. Dlatego po rozwinięciu podsystemu SB pojawią nam się 2 kanały CH.  Jeżeli blok ma zostać dalej podzielony na elementy (zawsze konieczne z komponentami, dla których podano B10d), wymagane są następujące ustawienia:

W bloku BL (1) przejdź do zakładki MTTFd (2) i zaznacz „Determine MTTFd value from elements” (3). Blok BL będzie można wówczas rozwinąć, pojawi się możliwość dodawania elementów EL (3).

Bloki i elementy w SISTEMA

Na podstawie wykreowanego schematu blokowego funkcji bezpieczeństwa, naszym zadaniem będzie wpisanie zależności logicznych w blokach BL wg poniższego rysunku:

Bloki i elementy w SISTEMA

Każdy kanał CH składa się z bloków BL, czyli fizycznych urządzeń bezpieczeństwa. Bloki mogą (ale nie muszą) zawierać elementy, specyficzne dla urządzenia bezpieczeństwa. Elementy te mogą mieć wpływ na działanie funkcji bezpieczeństwa.

Po kliknięciu BL (1) w drzewie projektu wprowadź nazwę bloku w polu „Name of block” (2). Możliwe tu jest wpisanie dodatkowych informacji na temat bloku, jednak nie będą one miały wpływu na wynik obliczeń.

Bloki i elementy w SISTEMA

Załóżmy, że blokada bezpieczeństwa składa się z dwóch elementów – części mechanicznej i elektrycznej. Dla styku prowadzonego w sposób wymuszony można założyć, że jest możliwe wykluczenie błędu dla kontaktu elektrycznego.

Pierwszy element (1) nazywamy „część mechaniczna B1”. Przyjmijmy w celach edukacyjnych, że producent blokady bezpieczeństwa podaje B10d równy:

  • 1 000 000 cykli dla części mechanicznej,
  • 500 000 dla części elektrycznej.

Producenci mogą podawać współczynnik B10d dla całego urządzenia, ale może się zdarzyć, że B10d jest właśnie w ten sposób określane przez producenta. Poniżej przykład dla krańcówek z serii XC firmy Telemecanique.

B10d to współczynnik określający ilość cykli, po których 10% urządzeń ulega niebezpiecznemu uszkodzeniu. Wskaźnik ten dotyczy komponentów pneumatycznych i elektromechanicznych i powinien być podawany przez producenta. Jeśli brak jest danych od producenta, można skorzystać z wbudowanej biblioteki średnich wartości przyjętych dla typowych komponentów. W zakładce MTTFD (2) wybieramy „Determine MTTFD value from B10D/B10 value”. Pojawi się możliwość wybrania wartości B10D dla typowego komponentu (4). Należy go odnaleźć i wybrać go z listy. W naszym przypadku będzie to „Position switches – if fault for direct opening action is possible”.

Bloki i elementy w SISTEMA

W naszym przypadku, jeśli znamy wartość B10D, klikając na nazwę elementu (1) wybieramy w zakładce MTTFD (2) „Determine MTTFD value from B10D/B10 value” i w polu B10D (4) wpisujemy wartość 1 000 000 (5). Jeśli wartość B10D jest podawana przez producenta, należy każdorazowo z niej korzystać, aby obliczenia były jak najbardziej wiarygodne.

Bloki i elementy w SISTEMA

Spodziewany średni czas do uszkodzenia niebezpiecznego MTTFd obliczany jest wg poniższego wzoru:

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

gdzie:

n_{op} = \frac{d_{op}\times h_{op} \times 360_{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

Wartości te wpisujemy w oknie (2), które pojawi się klikając „Calculate nop” (1).

Bloki i elementy w SISTEMA

Lecz aby wpisać w te pola odpowiednie wartości, należy wpierw ustalić, jak często ten element będzie uaktywniany. Należy dane te podać w sposób szacunkowy. Załóżmy, że blokada bezpieczeństwa będzie otwierana (na początek) co minutę, maszyna będzie pracowała przez 16 godzin dziennie, a biorąc pod uwagę weekendy i święta, w ciągu roku maszyna będzie pracowała przez 220 dni.

n_{op} = \frac{220_{dni/rok}\times 16_{h/dzien} \times 360_{s/h}}{60_{s/cykl}}=211 200_{cykli/rok}

Teraz należy te wartości wprowadzić w tabeli (1), która pojawiła się po kliknięciu w „Calculate nop” i wcisnąć Ok (2).

Bloki i elementy w SISTEMA

Po naciśnięciu Ok, obliczona wartość nop pojawi się w polu, zaznaczonym poniżej.

Bloki i elementy w SISTEMA

Żółte kółko obok elementu EL wskazuje dodatkową informację, którą można znaleźć u dołu w zakładce „Messages”.

Jest to bardzo cenna informacja. Oznacza to, że dla tak częstego otwierania drzwi (co minutę), komponent bezpieczeństwa, a w szczególności jego mechaniczna część ulegnie zużyciu w przeciągu 4,7 roku. Nie oznacza to jednak, że funkcja bezpieczeństwa nie będzie spełniała swojej roli. Oznacza to, że należy zastanowić się nad tym, czy dla tak częstej potrzeby otwierania drzwi nie zastosować komponentu, który jest bardziej żywotny, a w przypadku, gdy z różnych względów nie jest to możliwe, należy poinformować użytkownika o konieczności wymiany komponentu w odpowiednim przedziale czasu. Wg p. 6.4.5.1 PN-EN ISO 12100 komponent ten powinien znaleźć się w wykazie części zamiennych, które mogą mieć wpływ na bezpieczeństwo obsługi.

Załóżmy zatem, że dla naszego przypadku nie ma konieczności tak częstego otwierania drzwi i zmniejszmy częstotliwość do 60 minut. Podstawmy nowe wartości (1) i kliknijmy „Ok” (2).

Bloki i elementy w SISTEMA

Na podstawie wzoru, otrzymujemy nową wartość

n_{op} = \frac{220_{dni/rok}\times 16_{h/dzien} \times 360_{s/h}}{60\times 60_{s/cykl}}=3 520_{cykli/rok}

Bloki i elementy w SISTEMA

Przy nazwie elementu zniknęło żółte ostrzeżenie, co oznacza że wg przyjętych założeń żywotność elementu zmieści się w czasie 20 lat. Czas misji wynoszący 20 lat jest przyjmowany na podstawie założeń p. 4.5.4 PN-EN ISO 13849-1. U dołu zakładki MTTFD można zmienić ten czas, jeśli będzie taka potrzeba.

Bloki i elementy w SISTEMA

Pozostało nam dla elementu oszacować wartość pokrycia diagnostycznego DC. Wartość DC ustalana jest dla bloku BL na podstawie wartości wpisywanej w zakładce DC, lub na podstawie poszczególnych wartości DC dla elementów. Jeśli chcemy oszacować wartość DC na podstawie elementów, wpierw należy wrócić do bloku BL (1), kliknąć zakładkę „DC” i zaznaczyć opcję „Determine DC value from elements”.

Bloki i elementy w SISTEMA

Wg PN-EN ISO 13849-1 pokrycie diagnostyczne to miara skuteczności diagnostyki, która może być określona jako stosunek intensywności wykrytych uszkodzeń niebezpiecznych do intensywności wszystkich uszkodzeń niebezpiecznych. W większości przypadków do oszacowania pokrycia diagnostycznego norma podpowiada, ze można stosować analizę rodzajów i skutków uszkodzeń FMEA, lub inne metody. Uproszczone podejście do oszacowania DC podano w załączniku E normy i takie też będziemy stosować. Wartość pokrycia diagnostycznego zawiera się w czterech poziomach wg tabeli 5 PN-EN ISO 13849-1.

Kliknij poniżej, aby wyświetlić dalszą część artykułu