Vaststellen Performance Level (PL)

15/03/11

Machines die in de EG (plus IJsland, Liechtenstein, Noorwegen en Zwitserland) op de markt worden gebracht, moeten voldoen aan de Machinerichtlijn (2006/42/EG). De geharmoniseerde normen EN-ISO 13849 (PL) en EN-IEC 62061 (SIL), voor veiligheidsfuncties van besturingssystemen in machines, geven invulling aan de eisen uit deze richtlijn. De norm EN 954-1 is verouderd en meer gebaseerd op de hard-wired veiligheidsbesturingen en wordt na een verlenging van 2 jaar eind 2011 ingetrokken. Dan zijn we verplicht om over te stappen op de norm EN-ISO 13849 (PL) of EN-IEC 62061 (SIL) om te voldoen aan de eisen uit de Machinerichtlijn. Dit artikel zal de EN-ISO 13849-1 nader beschrijven.

De norm EN-ISO 13849 heeft betrekking op de veiligheid gerelateerde delen van een besturingssysteem (SRP/CS) en werkt met het zogenaamde Performance Level (PL). PL geeft de mate aan waarin een SRP/CS een veiligheidsfunctie kan vervullen (onder voorziene omstandigheden). Er zijn vijf Performance Levels (a t/m e). Waarbij a de laagste en e de hoogste is. Om aan te kunnen tonen of een SRP/CS voldoet aan een PL dient er in de meeste gevallen gerekend te worden.

Tijdens de trainingen die D&F verzorgt aangaande de EN-ISO 13849 hoor je af en toe wat kritiek omdat de oude norm EN 954-1 eind 2011 komt te vervallen en dat op een andere manier de betrouwbaarheid van de veiligheidsbesturing moet worden geverifieerd. Maar dat is zeker niet moeilijk.

Voorbeeld

Een fabrikant heeft een CIP-reinigingsinstallatie voor een container en wil hier naar aanleiding van een bijna ongeval een aanvullende beveiliging plaatsen op de inspectieopening aan de bovenzijde van de container. Tijdens het reinigingsproces heeft een operator namelijk reinigingsvloeistof in zijn gezicht gekregen tijdens het openen van de inspectieopening. De toevoer van de reinigingsvloeistoffen naar de container wordt geregeld middels een frequentiegeregelde pomp (zie figuur 1). Om te voorkomen dat dit gevaar nogmaals voorkomt gaan we de inspectieopening voorzien van een contactloze beveiligingsinrichting (sensor) welke we verbinden met de reeds aanwezige veiligheids-PLC. De toegepaste frequentieregelaar is geschikt voor het uitvoeren van veiligheidsfuncties.


Stap 1: Bepaal de PLr

Zoals beschreven in de introductie zijn er 5 Performance Levels die aangeven hoe betrouwbaar de afschakeling van de totale SRP/CS moet zijn. Het bepalen van de vereiste PL genaamd PLr (r van required) doet men middels de risicograaf uit de EN-ISO 13849-1 (zie figuur 2).
Verklaring van de stappen uit figuur 2:

  1. Bepaal de ernst van het letsel

    S1 Lichte verwonding (normaal omkeerbaar)
    S2 Zware verwonding (normaal onomkeerbaar)
  2. Bepaal de frequentie en/of duur van de blootstelling tot het gevaar

    F1 = 2 keer per shift óf < 15 min cumulatief per shift
    2 > 2 keer per shift óf > 15 min cumulatief per shift

  3. Bepaal de mogelijkheid om het gevaar af te wenden
    P1 Gevaar afwenden mogelijk onder bepaalde omstandigheden (persoon is bekend met de risico?s en kan een gevaarlijke situatie herkennen)
    P2 Gevaar afwenden niet mogelijk

  4. Bepaal de vereiste PL (PLr)

Uit interviews met verschillende werknemers blijkt het volgende:

S2: Indien men reinigingsmiddelen in het gezicht krijgt kan men blijvend letsel oplopen;
F1: Het openen tijdens het CIP proces gebeurt vrijwel nooit;
P2: Afwenden van het gevaar is niet mogelijk.
Als we de ernst, frequentie en mogelijkheid tot het afwenden van het gevaar invullen in figuur 2 blijkt dat de PLr van de totale SRP/CS, die start bij de contactloze beveiligingsinrichting en stopt bij de frequentieregelaar, „d? moet zijn.

 

Stap 2: Zet de SRP/CS om naar een blokschema

Om de SRP/CS overzichtelijk te houden wordt er aangeraden om een simpel blokschema te tekenen zoals dit in figuur 3 staat weergegeven. Elk component noemen we een subsysteem, dus onze SRP/CS bestaat uit drie subsystemen.

 

Stap 3: Bepaal voor alle subsystemen de PFH

Er zijn meerdere rekenmethoden om aan te kunnen tonen dat de berekende PL groter dan of gelijk is aan de PLr „d?. Maar als de fabrikanten de probability of failure per hour (PFH) beschikbaar hebben en we een simpele SRP/CS opzetten kunnen we met minder rekenen de PL voor een SRP/CS eenvoudig bepalen.
Indien er gebruik wordt gemaakt van elektromechanische componenten zoals mechanische deurschakelaars, motorcontactors en ventielen, dient men rekening te houden met begrippen zoals de B10d waarde en Mean Time To Failure Dangerous (MTTFd). Voor elektromechanische componenten kan de fabrikant geen PFH opgeven doordat de betrouwbaarheid van deze componenten afhankelijk is van het aantal schakelingen. Indien de B10d en MTTFd niet bekend zijn bij de fabrikant heeft men in Bijlage C van de EN-ISO 13849-1 „typical values? weergegeven waar men mee kan rekenen.
In ons voorbeeld zijn de PFH waarden wel beschikbaar en hebben we de volgende waarden in de datasheets terug kunnen vinden:

- PFHsensor (contactloze beveiliginginrichting): 3,16E-7;
- PFHveiligheids-PLC: 3,16E-8;
- PFHfrequentieregelaar: 3,16E-7.

 

Stap 4: Optellen van de PFH’s

Nu de PFH?s van alle subsystemen bekend zijn kunnen we de waarden bij elkaar optellen tot een PFHtotaal.
PFHtotaal=PFHsensor+ PFHveiligheids-PLC + PFHfrequentieregelaar=3,16E-7 + 3,16E-8 + 3,16E-7=6,64E-7
Stap 5: Bepaal de PL door de PFHtotaal in tabel 3 in te vullen
Nu we de PFHtotaal van onze SRP/CS hebben bepaald willen we weten welke PL we hiermee kunnen behalen. Dit kan door de PFHtotaal (6,64E-7) in te vullen in de rechterkolom en de bereikte PL af te lezen uit de linkerkolom (zie tabel 1).

 

Stap 5: Controleer of er wordt voldaan aan de voorwaarde PLr = PL

Uit tabel 1 blijkt dat de berekende PL voor onze SRP/CS „d? bedraagt en dat de PLr uit stap 1 ook „d? bedraagt waardoor er wordt voldaan aan de voorwaarde PLr = PL. Onze SRP/CS is geschikt voor realisatie.

 

Conclusie

Geconcludeerd kan worden dat het berekenen van het Performance Level niet moeilijk is als we voor veiligheidscomponenten kiezen waarvoor de fabrikant alle verantwoording op zich neemt en de PFH opgeeft. Bij elektromechanische componenten zoals mechanische deurschakelaars, motorcontactors en ventielen dient men rekening te houden met begrippen zoals de B10d waarde en MTTFd wat meer rekenwerk betekent. Er zijn softwaretools beschikbaar zoals Sistema van de IFA die u kunnen helpen met het doorrekenen van de SRP/CS.

Publicatie in: PompNL - oktober 2011
Geschreven door: John Bal, Consultant machineveiligheid

Neem contact met mij op

versturen

Of bel ons direct op

076 5040 340