Le novità sulla Functional Safety applicata all’automazione industriale

La Functional Safety – o sicurezza funzionale – è un concetto chiave nel campo dell’ingegneria e dell’automazione e riveste un ruolo di primaria importanza per garantire un ambiente di lavoro sicuro e affidabile.

Questo concetto si riferisce alla capacità di un sistema o di un dispositivo di funzionare correttamente, anche in condizioni di guasto o di malfunzionamento, in modo tale da prevenire danni a persone, ambiente o proprietà.

Ma cosa si intende esattamente per Functional Safety e quali sono le normative che la regolano?

Che cos’è la Functional Safety e come svilupparla nel proprio impianto

La Functional Safety è l’insieme degli standard necessari per identificare i rischi e i pericoli presenti all’interno di un impianto industriale, unitamente alle linee guida per implementare le misure di sicurezza atte a mitigare tali rischi.

Queste misure possono includere l’uso di sensori di sicurezza, sistemi di controllo ridondanti, interruttori di emergenza e molti altri dispositivi progettati per garantire che il sistema mantenga un livello accettabile di sicurezza operativa, anche in presenza di malfunzionamenti.

Scopriamo di più.

I 4 step chiave per implementare un sistema di sicurezza funzionale

Ma quali sono nel dettaglio le fasi per implementare un sistema di Functional Safety in un impianto?
Vediamole insieme nel dettaglio.
1. Analisi dei rischi

Innanzitutto, il primo passo per implementare un sistema di sicurezza funzionale all’interno di un impianto è eseguire l’analisi dei rischi.
Questo processo coinvolge l’identificazione e la valutazione dei pericoli potenziali, insieme alla determinazione delle misure necessarie per mitigare tali rischi.
Durante questa fase, è fondamentale coinvolgere esperti di sicurezza e ingegneri qualificati per garantire una valutazione accurata e completa.

2. Progettazione e selezione dei componenti

Il secondo passo è legato alla progettazione e alla selezione dei componenti.
Una volta identificati i rischi, infatti, è essenziale sviluppare una strategia di progettazione che integri le misure di sicurezza necessarie.
Questo passaggio, ad esempio, può includere l’implementazione di componenti di sicurezza dedicati, come sensori adatti per la rilevazione di movimento o presenza umana, attuatori con funzioni di blocco rapido e sistemi di controllo ridondanti.

3. Validazione e verifica

Il terzo passo è legato alla validazione e alla verifica.
Prima dell’implementazione operativa, infatti, è importante eseguire test approfonditi per validare e verificare che il sistema di sicurezza funzionale progettato funzioni correttamente.
Questi test possono includere simulazioni di guasti, prove di resistenza e verifiche delle prestazioni in condizioni reali. L’obiettivo è garantire che il sistema risponda in modo corretto e affidabile in situazioni di emergenza e che soddisfi gli standard di sicurezza stabiliti.

4. Monitoraggio e manutenzione

Il quarto passo è garantire monitoraggio e manutenzione continua.
Una volta che la Functional Safety è in funzione, è fondamentale monitorare regolarmente le prestazioni e condurre attività di manutenzione preventiva. Questo può includere ispezioni periodiche, aggiornamenti del software e revisioni delle procedure di sicurezza in risposta a cambiamenti nell’ambiente operativo.
Il monitoraggio continuo e la manutenzione proattiva aiutano, difatti, a garantire che il sistema rimanga efficace nel tempo.

Infine, un aspetto importante – ma spesso trascurato – è la formazione del personale.
Gli operatori e il personale tecnico, infatti, devono essere adeguatamente istruiti sull’uso sicuro del sistema, compresi i protocolli di emergenza e le procedure di manutenzione.

Quali sono le norme che regolamentano la Functional Safety?

Nei paragrafi precedenti abbiamo visto come implementare un sistema di Functional Safety all’interno di un impianto industriale e abbiamo detto che si basa su linee guida condivise.
Scopriamo ora i principali standard che regolamentano i sistemi di sicurezza funzionale:

ISO 13849: che definisce i requisiti per la progettazione e la validazione dei sistemi di controllo relativi alla sicurezza delle macchine e si concentra sull’analisi dei rischi e sulla determinazione dei requisiti per i componenti di sicurezza.

IEC 61508: che fornisce un quadro per la valutazione e la gestione dei rischi legati alla sicurezza funzionale di tutti i sistemi elettrici, elettronici e programmabili.

IEC 62061: che si concentra sui sistemi di controllo elettrico, elettronico e programmabile per macchine e fornisce linee guida specifiche per l’analisi dei rischi e per la progettazione di sistemi di controllo sicuri.

IEC 61511: questa normativa è specifica per gli impianti di processo e definisce i requisiti per la gestione della sicurezza funzionale dei sistemi strumentali.

La normativa ISO 13849

La norma ISO 13849 è uno standard internazionale che fornisce linee guida dettagliate per la progettazione e la validazione dei sistemi di controllo relativi alla sicurezza delle macchine.

Questo standard è stato sviluppato per affrontare specificamente i rischi associati alle macchine industriali e per garantire che siano implementati adeguati dispositivi di sicurezza per proteggere gli operatori e prevenire incidenti sul luogo di lavoro.

La norma ISO 13849 si propone di raggiungere diversi obiettivi chiave. In particolare, uno degli aspetti fondamentali è l’analisi dei rischi.
Questo processo coinvolge l’identificazione e la valutazione dei pericoli associati al funzionamento delle macchine e la determinazione delle misure necessarie per ridurre o eliminare tali rischi.

Basandosi sull’analisi dei rischi, la norma fornisce linee guida per la progettazione di sistemi di controllo che integrino dispositivi di sicurezza appropriati. Questi dispositivi possono includere interruttori di sicurezza, barriere fotoelettriche, sistemi di arresto d’emergenza e altro ancora.

La ISO 13849, inoltre, stabilisce i requisiti per la valutazione della performance dei sistemi di controllo relativi alla sicurezza delle macchine. Questo include la valutazione della probabilità di guasto di ogni componente del sistema e la determinazione del Performance Level (PL), che indica il livello di affidabilità del sistema nel prevenire incidenti.

Infine, la norma è progettata per essere compatibile con altre normative relative alla sicurezza delle macchine, come la Direttiva Macchine dell’Unione Europea (2006/42/CE), il che facilita il rispetto delle disposizioni legali.

La normativa IEC 61508

La norma IEC 61508 fornisce un quadro per la valutazione e la gestione della sicurezza funzionale dei sistemi elettrici, elettronici e programmabili (E/E/PE) utilizzati in una vasta gamma di settori industriali.

Questo standard è stato sviluppato per garantire che i sistemi critici per la sicurezza, come quelli utilizzati nei settori dell’automazione industriale, dell’energia, dei trasporti e della salute, siano progettati, implementati, operati e mantenuti in modo tale da ridurre al minimo i rischi per la sicurezza.

La IEC 61508 fornisce, infatti, un quadro generale che aiuta gli sviluppatori di sistemi elettrici, elettronici e programmabili a comprendere e gestire i rischi legati alla sicurezza durante tutte le fasi del ciclo di vita del sistema, dalla progettazione alla manutenzione.

La norma incoraggia l’analisi sistematica dei rischi associati ai sistemi elettrici, elettronici e programmabili al fine di identificare le minacce alla sicurezza e determinare le misure di mitigazione appropriate.

Inoltre, basandosi sull’analisi dei rischi, la IEC 61508 aiuta a definire i requisiti di sicurezza che devono essere soddisfatti dai sistemi E/E/PE per garantire un livello accettabile di sicurezza funzionale.

Infine, lo standard fornisce criteri chiari per valutare la conformità dei sistemi E/E/PE ai requisiti di sicurezza stabiliti, consentendo agli sviluppatori di dimostrare che il loro sistema è stato progettato e implementato in conformità con gli standard internazionali.

La normativa IEC 62061

La norma IEC 62061 è nota anche come “Sicurezza funzionale dei sistemi di controllo per le macchine industriali”.

Si tratta di uno standard internazionale che fornisce linee guida dettagliate per la progettazione, l’implementazione e la valutazione dei sistemi di controllo elettrico, elettronico e programmabile (E/E/PE) utilizzati nelle macchine industriali.

Questo standard è stato sviluppato per garantire che i sistemi di controllo utilizzati nelle macchine industriali siano progettati e implementati in modo tale da ridurre al minimo i rischi per la sicurezza degli operatori e prevenire incidenti sul luogo di lavoro.

La norma stabilisce requisiti chiari e specifici per la progettazione e l’implementazione dei sistemi di controllo utilizzati nelle macchine industriali al fine di garantire un livello accettabile di sicurezza funzionale.

Basandosi su un’analisi dei rischi dettagliata, la IEC 62061 aiuta a identificare e valutare i pericoli associati al funzionamento delle macchine industriali e a determinare le misure di mitigazione appropriate.

Inoltre, è progettata per essere compatibile con altre normative e standard relativi alla sicurezza delle macchine industriali, facilitando il rispetto delle disposizioni legali e regolamentari.

La normativa IEC 61511

La norma IEC 61511 è conosciuta anche come “Sicurezza degli impianti di processo relativi alla sicurezza strumentale per il settore dell’industria di processo”.

Si tratta di uno standard internazionale che fornisce linee guida dettagliate per la gestione della sicurezza funzionale negli impianti di processo industriali.

Questo standard è stato sviluppato per garantire che gli impianti di processo – che possono comportare rischi significativi per la sicurezza umana, l’ambiente e l’attività industriale – siano progettati, costruiti, operati e mantenuti in modo tale da ridurre al minimo i rischi associati.

La norma stabilisce requisiti chiari e specifici per la gestione della sicurezza funzionale negli impianti di processo industriali al fine di garantire un livello accettabile di sicurezza.

Basandosi su un’analisi dei rischi dettagliata, la IEC 61511 aiuta a identificare e valutare i pericoli associati ai processi industriali e a determinare le misure di mitigazione appropriate.

Inoltre, fornisce linee guida dettagliate per la progettazione e l’implementazione dei sistemi di sicurezza strumentale, che includono sensori, attuatori, logiche di controllo e altro ancora.

Infine, lo standard fornisce criteri chiari per valutare la conformità degli impianti di processo ai requisiti di sicurezza stabiliti, consentendo agli operatori di dimostrare che il loro impianto è stato progettato e implementato in conformità con gli standard internazionali.

Le soluzioni Murrelektronik per sviluppare un sistema Functional Safety

Garantire la sicurezza degli operatori è indispensabile in tutte le applicazioni, pertanto, operando nel settore dell’automazione industriale non potevamo trascurare la Functional Safety.

A catalogo abbiamo diverse soluzioni che permettono di realizzare un sistema di sicurezza funzionale:

• il modulo bus di campo PROFINET/PROFIsafe MVK Metallico Safety
• il modulo PROFINET/PROFIsafe MVK Fusion
• il sistema I/O modulare Cube 20S

Entriamo nel dettaglio dell’offerta.

Garantire la Functional Safety con i moduli bus di campo MVK Metallico Safety di Murrelektronik

I nostri moduli bus di campo MVK Metallico Safety sono un esempio interessante di tecnologia safety attiva.

In particolare, il modello MVK Metallico Safety consente alle installazioni di raggiungere il Safety Integrity Level 3 (a norme IEC 61508 e IEC 62061) e il Performance Level e (a norme EN ISO 13849-1).

Si tratta di una soluzione compatta e robusta adatta per applicazioni in ambienti industriali gravosi (grado di protezione IP67).

Inoltre, la custodia monoblocco in zinco pressofuso – completamente resinata – permette al modulo MVK Metallico Safety di resistere a urti (60g) e vibrazioni (15g), di tollerare il contatto con molteplici refrigeranti e lubrificanti e, infine, di resistere alle scintille di saldatura.

Uno dei punti di forza principali del modulo MVK Metallico Safety è la capacità di offrire opzioni di diagnostica totale: dal sovraccarico, al cortocircuito dei sensori, fino alla rottura dei cavetti sono monitorati per singolo canale. Questo tipo di diagnostica assicura lo spegnimento del solo punto interessato, senza interferire con il funzionamento dei canali adiacenti.

Infine, è importante sottolineare che il modulo MVK Metallico Safety è disponibile con interfaccia per ProfiNet/ProfiSafe.

Garantire la Functional Safety con i moduli PROFINET/PROFiSafe MVK Fusion di Murrelektronik

Il nostro modulo MVK Fusion 3 in 1 dispone di un’ampia gamma di opzioni diagnostiche che consentono di rilevare rapidamente i guasti.

Dispone di un server web integrato per la memorizzazione degli errori e di un rotary switch per una facile impostazione degli indirizzi di sicurezza.

Inoltre, il modulo MVK Fusion raggruppa in un unico modulo tutte le funzioni di sicurezza, permettendo di raggiungere un elevato livello di sicurezza sia per l’operatore che per il macchinario:

• tre porte di ingresso safety a 2 canali ciascuna
• una porta di uscita safety con 2 uscite di sicurezza
• una porta IO-Link classe B con taglio dell’alimentazione ausiliaria di sicurezza

La speciale porta IO-Link classe B garantisce che i dispositivi come le batterie di valvole o le uscite degli hub possano essere tranquillamente disattivati in sicurezza fino al Performance Level d.

Entrando nel dettaglio di questa soluzione, è importante sottolineare che il modulo MVK Fusion si adatta a molteplici applicazioni, può essere utilizzato anche in ambienti industriali gravosi e può essere usato anche in alta quota (fino a 3.000 metri slm).

Questo modulo, infatti, presenta una custodia metallica robusta e con una eccezionale resistenza alle scintille di saldatura e dispone, inoltre, di un dissipatore di calore opzionale, ideale in caso di temperature estreme.

I vantaggi legati all’utilizzo del nostro modulo MVK Fusion 3 in uno non finiscono qui.

Questa soluzione, infatti, permette di ridurre il numero dei moduli bus di campo necessari, infatti, in base alla tecnologia di installazione, il modulo MVK Fusion combina tre funzioni di base:

1. sensori e attuatori digitali standard
2. sensori e attuatori digitali di sicurezza
3. IO-Link

Consente anche di parametrizzare i sensori e gli attuatori di sicurezza velocemente con pochi click e, infine, garantisce prestazioni elevate, in particolare, i moduli sono adatti per applicazioni in:

• Conformance Classe C (IRT)
• Shared Device
• Netload Class III

Garantire la Functional Safety con il sistema I/O modulare Cube20S di Murrelektronik

Con una larghezza di solo 12,9mm, il nostro sistema bus di campo Cube20S è compatto, sicuro e veloce.

È dotato di un grado di protezione IP20, dispone di moduli di sicurezza con ingressi e uscite con protezione fino a PLe e garantisce un tempo di risposta fino a 20 μs.

In generale, si tratta di una soluzione ad alta modularità con 2, 4 e 8 canali e con fino a 64 moduli per nodo bus.

La presenza di un design modulare garantisce collegamenti facili e veloci. Parallelamente, il backplane integrato consente di distribuire agevolmente tra i vari moduli sia i dati di comunicazione che l’alimentazione.

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