L’incolumità delle persone e l’integrità delle macchine e dell’ambiente dipendono in modo determinante dal corretto funzionamento dei sistemi di automazione impiegati.
Per questa ragione,i componenti di automazione assumono sempre più frequentemente anche i compiti rilevanti per la sicurezza.
La sicurezza richiede la protezione da molteplici pericoli che possono essere tenuti sotto controllo come segue:
• Costruzione secondo principi generali di progettazione per la riduzione dei rischi e valutazione dei rischi della macchina (EN ISO 12100-1, EN 14121),
• Misure protettive tecniche, eventualmente con l’impiego di controllori fail-safe (sicurezza funzionale),
• Sicurezza elettrica (EN 60204-1).
Per quanto riguarda la sicurezza funzionale si tratta della parte della sicurezza di una macchina o di un impianto che dipende dalla corretta funzione del relativo sistema di comando o dei relativi dispositivi di protezione.
Una funzione di sicurezza rappresenta una funzione di una macchina il cui guasto può determinare un immediato aumento del rischio. Più semplicemente, comprende le misure da adottare per ridurre la probabilità che un evento indesiderato possa verificarsi e rappresentare un pericolo.
L’utente ha a disposizione due norme:
• EN 62061:2005 – come norma settoriale europea della norma base IEC 61508.
• UNI EN ISO 13849-1:2007 – come norma riveduta successiva alla EN 954-1, poiché questa non è più sufficiente in riferimento alle categorie.
Dal 1° gennaio 2012, non si potrà più applicare la vecchia norma EN 954-1, (inadeguata per l’evoluzione tecnologica) che si basa su un metodo deterministico per stabilire il grado di sicurezza da raggiungere (attraverso la definizione di “categoria”) , ma si applicheranno le due norme EN 13849-1 o En 62061.
Si tratta di una metodologia diversa in quanto l’approccio delle due nuove norme, ai fini della realizzazione dei circuiti della sicurezza, è di carattere probabilistico basato sulla valutazione della probabilità che possa capitare un guasto pericoloso in un determinato periodo di tempo tenendo conto dell’affidabilità dei suoi componenti
Nello specifico:
UNI EN ISO 13849-1: “ Sicurezza del macchinario .Parti dei sistemi di comando correlati con la sicurezza-Parte 1 Principi generali di progettazione“
Questa norma può essere utilizzata per gli SRP/CS (Safety Related Parts of Control Systems) relativamente a tutti i tipi di macchine, indipendentemente dalla tecnologia e dall’energia utilizzata (elettrica, idraulica, pneumatica, meccanica, ecc.).
Oltre a questa norma di “progettazione”, esiste anche la UNI EN ISO 13849-2 : “Validazione”.
La EN ISO 13849-1 indica anche requisiti specifici per SRP/CS con sistemi elettronici programmabili.
EN 62061: „Sicurezza del macchinario. Sicurezza funzionale di sistemi di comando e controllo elettrici,elettronici ed elettronici programmabili correlati con la sicurezza“
Questa norma stabilisce i requisiti e fornisce indicazioni per la realizzazione, l’integrazione e la validazione di sistemi di comando e controllo di sicurezza elettrici, elettronici ed elettronici programmabili (SRECS: Safety Related Electrical Control Systems) per le macchine. I principi fondamentali sono costituiti da valutazioni quantitative e qualitative delle funzioni di sicurezza.
La norma non indica alcun requisito relativo alle prestazioni di dispositivi di controllo e di sicurezza non elettrici (ad esempio idraulici, pneumatici, elettromeccanici) per le macchine .Le due norme forniscono i requisiti per la progettazione e la realizzazione dei sistemi di controllo relativi alla sicurezza, mediante le funzioni di sicurezza.
Le metodologie proposte, attraverso formule e calcoli, forniscono dei risultati in termini probabilistici che indicano il grado di sicurezza raggiunto e tale da minimizzare le possibili situazioni pericolose delle macchine.
Definire una funzione di sicurezza è molto importante e include sempre due elementi:
- Azione (l’analisi dei rischi e le operazioni da eseguire per la loro eliminazione/riduzione),
- Prestazioni di sicurezza (SIL, Safety Integrity Level, o PL, Performance Level)
Una volta definita la funzione di sicurezza che esegue l’azione, viene determinato il relativo livello di sicurezza richiesto. Questo completa il processo di definizione della funzione di sicurezza.
La norma UNI EN ISO 13849-1 prende in considerazione in modo sistematico fattori, come ad esempio l’affidabilità, la diagnostica e la resistenza ai guasti dei componenti che possono svolgere un ruolo determinante nello stabilire il grado di sicurezza di un sistema.
Viene introdotto un parametro oggettivo di valutazione, il PL (Performance Level o Livello di prestazione ) e le relative grandezze ad esso associato e da cui dipende, ossia architettura di comando (categoria di sicurezza), tempo medio al guasto pericoloso MTTFd, copertura diagnostica (DC) e guasti per cause comuni (CCF).
La norma EN 62061 , in conseguenza all’analisi del rischio fornisce le prescrizioni per la realizzazione di uno SRECS conformemente al Livello di Integrità della Sicurezza.
L’integrità di sicurezza viene catalogata secondo livelli discreti identificati come “Safety Integrity Level” (SIL) definiti SIL1, SIL2 e SIL3, (il SIL3 rappresenta il livello più elevato di integrità della sicurezza);
Dunque il SIL non è altro che una probabilità di buon funzionamento dello SRECS al momento in cui è richiesto il suo intervento per la realizzazione della funzione di sicurezza.
In base alla complessità del sistema, occorre considerare parametri quali la probabilità di guasti pericolosi all’ora (PFHd), il tasso di guasto (λ) , percentuale di guasti sicuri (SSF), intervalli di test diagnostici, la suscettibilità a guasti per causa comune (ß) , test diagnostici, copertura diagnostica (DC).
E’ di utilizzo più complesso rispetto alla UNI EN ISO 13849-1 ma fornisce risultati più calibrati rispetto alle reali necessità, consente di integrare sottosistemi progettati in conformità con la EN 13849-1.
Entrambe le norme forniscono formule ed esempi per il calcolo e le valutazioni di PL e SIL utilizzando i dati caratteristici di affidabilità dei componenti costituenti i circuiti di sicurezza.
I metodi sviluppati nelle due norme sono differenti ma, se correttamente impiegati, raggiungono lo stesso risultato in termini di riduzione dei rischi.
Un aspetto fondamentale per l’applicazione delle due norme è la ricerca dei dati e delle specifiche tecniche dei componenti che costituiscono i circuiti di sicurezza. E’ necessario avere dati di affidabilità attendibili, generalmente forniti dal produttore (che mette a disposizione librerie dei dati tecnici) ed attualmente sempre più completi.
Un valido aiuto per i calcoli proviene da appositi software, in generale messi a disposizione dai produttori più noti o da enti a carattere pubblico come il Software SISTEMA (gratuito) fornito dall‘ente tedesco BGIA e reperibile sul sito: www.dguv.de/ifa. ( IFA – Institute for Occupational Safety and Health of the German Social Accident Insurance).
Riferimenti: da articoli e recensioni da Schneider electric, ABB, Schmersal, Siemens, IFA.
A cura del Per.Ind. Antonio Rigutto
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