Hoe bepaal je het vereiste prestatieniveau (PL) van een veiligheidsfunctie?

Het vereiste prestatieniveau (PLr) van een veiligheidsfunctie bepaal je aan de hand van een risicoanalyse op basis van de ISO 13849-1 norm. Je weegt daarbij drie factoren: de ernst van een mogelijke verwonding, hoe vaak iemand wordt blootgesteld aan het gevaar, en de mogelijkheid om het gevaar te vermijden. Samen leiden deze factoren via de risicograaf naar een PLr van a tot e. In dit artikel beantwoorden we de meest gestelde vragen over dit proces, van de risicograaf tot validatie en documentatie, zodat je als industriële veiligheidsspecialist of machineontwerper precies weet waar je aan toe bent.

Welke factoren bepalen het vereiste prestatieniveau (PLr)?

Het vereiste prestatieniveau wordt bepaald door drie risicoparameters uit de ISO 13849-1 norm: de ernst van de verwonding (S), de frequentie van blootstelling aan het gevaar (F), en de mogelijkheid om het gevaar te vermijden of te beperken (P). De combinatie van deze drie parameters leidt via de risicograaf naar een PLr van a (laagste eis) tot e (hoogste eis).

Elk van deze parameters heeft twee mogelijke waarden:

• Ernst van verwonding (S): S1 staat voor licht letsel dat herstelbaar is, S2 voor ernstig of onomkeerbaar letsel, inclusief overlijden.
• Frequentie van blootstelling (F): F1 betekent zelden tot minder vaak dan eens per uur, F2 betekent frequent of langdurig.
• Mogelijkheid tot vermijding (P): P1 houdt in dat vermijding onder bepaalde omstandigheden mogelijk is, P2 dat dit nauwelijks of niet mogelijk is.

Het is belangrijk om deze parameters niet te optimistisch in te schatten. De norm schrijft voor dat je uitgaat van de meest realistische situatie, niet van de best denkbare. Als een machine bij normaal gebruik regelmatig handmatige interventie vereist, valt de blootstelling al snel in categorie F2. Een te laag ingeschat PLr kan leiden tot een onveilige machine die niet voldoet aan de essentiële gezondheids- en veiligheidseisen uit de Machinerichtlijn of Machineverordening.

Hoe werkt de risicograaf van ISO 13849-1?

De risicograaf van ISO 13849-1 is een beslisboom waarmee je op basis van de drie risicoparameters (S, F en P) stap voor stap naar een PLr toewerkt. Je begint bij de ernst van de verwonding en volgt de vertakkingen op basis van blootstelling en vermijdbaarheid totdat je uitkomt bij een van de vijf niveaus: PLr a, b, c, d of e.

De grafiek werkt als volgt:

1. Start bij de parameter S: kies S1 of S2 op basis van de mogelijke ernst van het letsel.
2. Ga naar F: is de blootstelling aan het gevaar zeldzaam (F1) of frequent (F2)?
3. Bepaal P: kan de operator het gevaar tijdig waarnemen en vermijden (P1) of niet (P2)?
4. Lees het resulterende PLr af aan het einde van de tak.

Een combinatie van S2, F2 en P2 levert het hoogste vereiste prestatieniveau op: PLr e. Dit niveau stelt de zwaarste eisen aan de betrouwbaarheid en architectuur van het veiligheidssysteem. Een combinatie van S1, F1 en P1 resulteert in PLr a, waarbij de eisen aanzienlijk lager zijn.

De risicograaf is een hulpmiddel, geen absoluut recept. De norm laat ruimte voor technische beoordeling, zeker wanneer de grens tussen twee categorieën niet eenduidig is. In die gevallen is het verstandig om de keuze goed te onderbouwen en vast te leggen in de risicoanalyse.

Wat is het verschil tussen PLr en het behaalde PL?

Het vereiste prestatieniveau (PLr) is het minimaal benodigde veiligheidsniveau dat voortkomt uit de risicoanalyse. Het behaalde PL (ook wel PL genoemd zonder de r) is het daadwerkelijk gerealiseerde prestatieniveau van het ontworpen veiligheidssysteem. Om aan de norm te voldoen, moet het behaalde PL gelijk zijn aan of hoger zijn dan het PLr.

Het behaalde PL wordt bepaald door een combinatie van technische factoren van het veiligheidssysteem zelf:

• Categorie: de structurele architectuur van het systeem (B, 1, 2, 3 of 4).
• MTTFd: de gemiddelde tijd tot een gevaarlijke storing van elke component.
• DCavg: de gemiddelde diagnostische dekking, dus hoe goed het systeem zichzelf controleert.
• CCF: de maatregelen tegen common cause failures, storingen die meerdere kanalen tegelijk treffen.

In de praktijk betekent dit dat een veiligheidsfunctie met PLr d alleen aan de eis voldoet als het werkelijk ontworpen systeem, na berekening van alle bovenstaande parameters, ook daadwerkelijk PL d of hoger behaalt. Softwaretools zoals SISTEMA (van het IFA-instituut) helpen engineers bij het doorrekenen van deze waarden op basis van componentgegevens van fabrikanten.

Welke categorie moet een veiligheidsfunctie hebben bij een bepaald PLr?

De categorie van een veiligheidsfunctie is niet rechtstreeks gekoppeld aan het PLr, maar bepaalt wel welk PL haalbaar is. Hogere categorieën bieden meer redundantie en diagnostische mogelijkheden, waardoor hogere PL-niveaus bereikbaar worden. Een bepaald PLr vereist dus een categorie die technisch in staat is dat niveau te realiseren.

De vijf categorieën en hun kenmerken op hoofdlijnen:

• Categorie B: basisontwerp zonder speciale veiligheidsmaatregelen. Maximaal haalbaar PL is a of b bij gunstige MTTFd.
• Categorie 1: gebruik van beproefde componenten en bewezen veiligheidsprincipes. Haalbaar tot PL c.
• Categorie 2: enkelvoudig kanaal met periodieke zelftest. Haalbaar tot PL d, afhankelijk van DCavg en MTTFd.
• Categorie 3: tweekanaals systeem waarbij een enkele storing niet leidt tot verlies van de veiligheidsfunctie. Haalbaar tot PL d of e.
• Categorie 4: tweekanaals systeem met hoge diagnostische dekking, waarbij ook opeengestapelde storingen worden gedetecteerd. Vereist voor PL e.

Bij PLr d of e, zoals voorkomt bij veel toepassingen in de zware industrie, is een categorie 3 of 4 architectuur vrijwel altijd noodzakelijk. Het is een veelgemaakte fout om te denken dat een categorie 3 systeem automatisch PL d of e haalt: de MTTFd van de gebruikte componenten en de DCavg moeten dit ondersteunen.

Hoe documenteer en valideer je het prestatieniveau?

Het documenteren en valideren van het prestatieniveau is een verplicht onderdeel van de conformiteitsprocedure voor machines. Je legt vast welk PLr je hebt bepaald, hoe het systeem is ontworpen om dat te bereiken, en je toont aan dat het behaalde PL daadwerkelijk aan de eis voldoet. Zonder deze documentatie is een CE-markering niet rechtsgeldig.

Een volledige documentatieset bevat minimaal:

• De risicoanalyse met de onderbouwing van S, F en P per veiligheidsfunctie en het resulterende PLr.
• Een beschrijving van de veiligheidsfunctie: wat doet het systeem, onder welke omstandigheden, en via welke componenten.
• De PL-berekening, inclusief categorie, MTTFd per kanaal, DCavg en CCF-maatregelen. Bij voorkeur ondersteund door een softwaretool zoals SISTEMA.
• Componentgegevens van fabrikanten (B10d- of MTTFd-waarden).
• Testresultaten en verificatierapporten die aantonen dat de veiligheidsfunctie correct werkt.

Validatie gaat verder dan berekening alleen. De norm vereist ook dat je de veiligheidsfunctie in de praktijk test: werkt de noodstop ook bij maximale belasting? Reageert het systeem binnen de vereiste responstijd? Deze functionele tests moeten worden gedocumenteerd en bewaard als onderdeel van de technische documentatie.

Het is verstandig om de documentatie al tijdens het ontwerpproces op te bouwen in plaats van achteraf. Zo voorkom je dat berekeningen en ontwerpkeuzes niet meer overeenkomen met de uiteindelijke machine.

Hoe TCPM helpt bij het bepalen van het prestatieniveau

Het correct bepalen en documenteren van het vereiste prestatieniveau vraagt om diepgaande kennis van de ISO 13849-1 norm, de toepasselijke wetgeving en de technische realiteit van industriële omgevingen. Wij ondersteunen industriële bedrijven bij elk onderdeel van dit proces, van risicoanalyse tot validatie en het samenstellen van de technische documentatie.

Wat wij bieden:

• Uitvoeren van risicoanalyses en het bepalen van PLr per veiligheidsfunctie.
• Ontwerpen van veiligheidsarchitecturen die aansluiten op het vereiste PL.
• PL-berekeningen met erkende tools en op basis van fabrieksgegevens.
• Functionele veiligheidstests en validatierapporten.
• Volledige ondersteuning bij het samenstellen van CE-documentatie.
• Begeleiding bij internationale projecten waarbij meerdere normen van toepassing zijn.

Onze industriële veiligheidsadviseurs combineren technische diepgang met praktijkervaring in sectoren als Food, Pharma, Energy en Marine & Offshore. Wil je weten hoe wij jouw machine of installatie veilig en compliant maken? Neem contact op en we denken graag met je mee.