La norma IEC 62061 è una linea guida fondamentale per garantire la sicurezza nei sistemi di controllo dei macchinari, che fornisce un quadro strutturato per la progettazione, l'implementazione e il mantenimento delle funzioni di sicurezza che proteggono gli operatori e le attrezzature.

Che cosa è IEC 62061?

IEC 62061, ufficialmente intitolato "Safety of Machinery – Sicurezza funzionale dei sistemi di controllo legati alla sicurezza", è uno standard internazionale sviluppato dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC). È stato pubblicato per la prima volta nel 2005 e ha subito importanti revisioni, in particolare l'edizione 2021, che lo allinea più strettamente con IEC 61508 (lo standard di sicurezza funzionale di sovraargomentazione) e ISO 13849 (lo standard per i sistemi di sicurezza legati alla sicurezza).

Lo standard si applica specificamente ai sistemi di controllo relativi alla sicurezza (SRCS) che incorporano tecnologie elettroniche, elettroniche e programmabili, coprendo l'intero ciclo di vita dal concetto, dal design e dall'integrazione fino al funzionamento, alla manutenzione e alla decommissione.

IEC 62061 è progettato per essere utilizzato in combinazione con ISO 12100 (valutazione del rischio per macchinari) e complementi ISO 13849, che copre parti pneumatiche, idrauliche e meccaniche di sicurezza correlate.

Concetti chiave e terminologia

Per applicare efficacemente IEC 62061, si devono comprendere diversi concetti fondamentali.

Valutazione del rischio e identificazione di Hazard

Il primo passo in base all'IEC 62061 è una valutazione sistematica del rischio basata sull'ISO 12100. I produttori devono identificare tutti i rischi prevedibili — meccanici, elettrici, termici, chimici o derivanti da errori umani. Per ogni situazione pericolosa, il rischio associato è stimato considerando la gravità del danno potenziale, la probabilità di verificarsi (compresa la frequenza di esposizione e la possibilità di evitare), e la possibilità di evitare o limitare danni.

Le funzioni di sicurezza sono quindi progettate per ridurre i rischi a un livello accettabile. Ogni funzione di sicurezza deve essere assegnata a un livello di sicurezza target Safety Integrity Level (SIL) basato sulla riduzione del rischio necessaria.

Livello di sicurezza di integrità (SIL)

Un livello di sicurezza di integrità è un livello discreto (1-4) che specifica la probabilità che una funzione di sicurezza si esibisca correttamente in tutte le condizioni indicate entro un determinato tempo. SIL 1 fornisce il livello di integrità più basso, SIL 4 il più alto. Nel contesto dei macchinari, SIL 3 è tipicamente il più alto richiesto, con SIL 4 raramente utilizzato a causa di costi e complessità estreme.

L'assegnazione di SIL dipende da tre parametri: la probabilità media di guasto pericoloso all'ora (PFH[D]), la copertura diagnostica (DC), e la capacità di resistere a guasti causali comuni (CCF).

  • SIL 1:] PFH[D] da 10[−5] a meno di 10−6 1/h
  • SIL 2:] PFHD] da 10[−6 a meno di 10−7 1/h
  • SIL 3:] PFHD] da 10[−7 a meno di 10−8 1/h

Questi obiettivi devono essere verificati attraverso l'analisi dell'affidabilità, spesso utilizzando modalità di guasto, effetti e analisi diagnostiche (FMEDA) o analisi degli alberi di difetto.

Constrati architettonici

IEC 62061 impone vincoli architettonici al design hardware per realizzare un dato SIL. Questi vincoli riguardano le categorie dell'architettura di sistema (simile a ISO 13849 categorie B, 1, 2, 3 e 4).

  • SIL 1:[] HFT = 0 (la tolleranza di errore non è necessaria) con copertura diagnostica di base.
  • SIL 2:[] HFT = 1 (una tolleranza di errore) tipicamente con alta copertura diagnostica, o HFT = 0 con una copertura diagnostica molto elevata e specifiche architetture sottosistema.
  • SIL 3:[] HFT = 1 con alta copertura diagnostica, o HFT = 2 con copertura moderata.

Questi vincoli assicurano che un singolo guasto pericoloso non porti alla perdita della funzione di sicurezza.

Integrità sistemica

Oltre a guasti hardware casuali, IEC 62061 richiede misure per prevenire errori sistematici — errori introdotti durante la specifica, la progettazione, l'implementazione o la manutenzione. Questo include lo sviluppo rigoroso del software seguendo un ciclo di sicurezza definito, l'uso di componenti collaudati, le recensioni di progettazione e i test.

Rapporto tra IEC 62061 e ISO 13849

Sia IEC 62061 che ISO 13849 affrontano la sicurezza funzionale dei sistemi di controllo in macchinari, ma differiscono per portata e metodologia. ISO 13849 utilizza Performance Levels (PL a to e) con un approccio qualitativo, mentre IEC 62061 utilizza SIL con obiettivi quantitativi. Riconoscendo la confusione che questo ha causato, l'IEC e l'ISO hanno armonizzato i due standard in modo che un dato SIL corrisponda ad un PL specifico:

  • SIL 1 ↔ PL c
  • SIL 2 ↔ PL d
  • SIL 3 ↔ PL e

In pratica, i produttori possono utilizzare sia standard (o entrambi) per dimostrare la conformità. L'edizione 2021 dell'IEC 62061 fa riferimento esplicitamente alle categorie ISO 13849 e ai concetti di copertura diagnostica, rendendo i due standard più interoperabili.Per i sistemi semplici con componenti ben compresi, ISO 13849 spesso fornisce una via più semplice; per i sistemi programmabili complessi, IEC 62061 può essere più appropriato a causa dei suoi calcoli di guasto dettagliato.

Implementazione IEC 62061 in Sistemi di controllo macchine

La conformità richiede un processo sistematico che integra la sicurezza nel ciclo di vita di progettazione generale, adattando le seguenti fasi alla metodologia di riduzione del rischio prescritta dall'IEC 62061.

Passo 1: Identificazione e stima del rischio

Iniziare elencando tutte le modalità operative della macchina (normale operazione, installazione, manutenzione, pulizia, arresto di emergenza). Per ogni modalità, identificare i pericoli — ad esempio, schiacciamento durante il bloccaggio, shock elettrico durante la manutenzione, o start-up non previsto.

Passo 2: Determinazione della riduzione del rischio e SIL di destinazione

IEC 62061 fornisce un metodo semplificato nell'allegato A: assegnare una classe di gravità (S1, S2, S3), frequenza/durata dell'esposizione (F1, F2) e possibilità di evitare (P1, P2). La combinazione produce un SIL richiesto o PL. Ad esempio, lesioni gravi con esposizione frequente e bassa probabilità di evitare che richiedono tipicamente SIL 3.

Questo passo considera anche se la funzione di sicurezza può essere realizzata attraverso altri mezzi (ad esempio, guardie, interblocchi) prima di affidarsi esclusivamente al sistema di controllo.

Passo 3: Progettazione del sistema di controllo di sicurezza-rilassato

Scegli componenti (sensori, risolutori logici, attuatori) che soddisfano l'affidabilità richiesta. Per SIL 2 o 3, consideri architetture ridondanti come il doppio canale con la diagnostica. Assicurarsi che qualsiasi dispositivo elettronico programmabile (ad esempio, PLC di sicurezza) sia certificato secondo IEC 61508 o IEC 62061.

Il design hardware deve soddisfare i vincoli architettonici per HFT e DC. Inoltre, il piano per l'integrità sistematica: utilizzare il software strutturato, applicare gli standard di codifica e eseguire analisi statiche. Lo standard consiglia di seguire un modello V per la verifica e la validazione del software.

Passo 4: Calcola PFH[D[] e verifica la realizzazione SIL

Utilizzando i dati dei tassi di guasto dei componenti (da FMEDA o database di affidabilità), calcolare il PFHD] per ogni funzione di sicurezza. Considerare la copertura diagnostica dei test integrati (ad esempio, il monitoraggio incrociato tra canali ridondanti, test di autocontrollo periodico).

Molti produttori di componenti di sicurezza forniscono i valori certificati di PFH[D] per i loro dispositivi, semplificando il calcolo.

Passo 5: Verifica e convalida (V&V)

La verifica garantisce che il sistema sia costruito correttamente secondo le specifiche del progetto, includendo la revisione degli schemi, del codice sorgente e dei risultati dei test.

IEC 62061 richiede test specifici: test funzionali per ogni funzione di sicurezza, test di iniezione di guasto per verificare la copertura diagnostica e test di integrazione.Per la validazione, eseguire la macchina attraverso tutte le modalità operative e confermare che le funzioni di sicurezza rispondono come previsto (ad esempio, arresto di emergenza arresta il moto pericoloso entro il tempo di arresto richiesto).

Fase 6: Documentazione e manutenzione

La documentazione completa è obbligatoria, include la relazione di valutazione del rischio, la razionalità del progetto, i calcoli PFH, i protocolli di prova e un caso di sicurezza. Lo standard richiede anche che gli utenti abbiano accesso alle informazioni per il funzionamento sicuro, la manutenzione e la modifica, come intervalli di ispezione periodici, procedure di risposta ai guasti diagnostici e istruzioni per la sostituzione dei componenti di sicurezza.

Dopo la messa in servizio, il sistema deve essere mantenuto secondo il ciclo di vita definito di sicurezza. Eventuali modifiche (ad esempio, la modifica di un sensore o il software di aggiornamento) richiedono una rivalutazione delle funzioni di sicurezza interessate.

Requisiti hardware e software

Raccomandazioni di progettazione hardware

IEC 62061 non detta i tipi specifici dei componenti, ma imposta i requisiti di prestazioni.

  • I sensori (ad esempio tende leggere, tappeti di sicurezza, interruttori) e attuatori (ad esempio, i contattori, le unità di frequenza con la coppia di sicurezza) devono essere certificati a IEC 61508 o IEC 62061.
  • Architettura:[] Per SIL 2 o 3, implementare 1ooo2D (uno su due con diagnostica) o 2oo2 (due su due) strutture per raggiungere la tolleranza di errore e l'alta copertura diagnostica.
  • Diagnostica:[] Utilizzare autotest integrati (controlli basati su processori) o apparecchiature di prova esterne per rilevare guasti pericolosi.
  • Protezione comune dei guasti:[] Canali ridondanti fisicamente separati, utilizzare diversi tipi di componenti (diversità), e proteggere contro le interferenze elettromagnetiche.

Il ciclo di vita di sicurezza del software

Lo sviluppo software in base alla norma IEC 62061 segue il modello V tipico della sicurezza funzionale.

  1. I requisiti di sicurezza del software specificano:[ Documentare tutte le funzioni di sicurezza e le loro esigenze SIL.
  2. Progettazione di architettura software:[[] Definire la struttura modulare, tempi di esecuzione delle attività e interfacce di comunicazione.
  3. Progettazione e implementazione del modulo software:[] Utilizzare linguaggi di programmazione sicuri (ad esempio, lingue fortemente digitate) e standard di codifica (MISRA C per sistemi incorporati).
  4. Test di software:[[] Test di unità, test di integrazione e test di validazione. I criteri di copertura (stato, ramo, MC/DC) dipendono dal livello SIL. Per SIL 3, è consigliato la copertura di stato/decisione modificata.
  5. Valutazione della sicurezza del software:[ Confermare che il software soddisfa i suoi requisiti di sicurezza quando integrato con hardware a livello della macchina.

Lo standard prevede anche la qualificazione degli strumenti: qualsiasi strumento software utilizzato nello sviluppo (compilatori, generatori di codice, strumenti di verifica) deve essere valutato per il suo livello di fiducia.

Tecniche di convalida e verifica

IEC 62061 fornisce un elenco di tecniche V&V appropriate nei suoi allegati normativi.

  • Test completo:[] Eseguire ogni funzione di sicurezza in condizioni normali e anormali per confermare il comportamento.
  • Iniezione di default:[] Simulano i guasti nei sensori, nella logica e negli attuatori per verificare la rilevazione e la reazione diagnostica (ad esempio, il sistema va allo stato sicuro).
  • Analisi statistica:[] Codice sorgente di revisione manualmente o con strumenti di analisi statica per rilevare eventuali errori di runtime (dividere da zero, buffer overflow).
  • Analisi dinamica:[[] Monitorare tempistiche e utilizzo delle risorse durante l'operazione per garantire non errori nascosti (ad esempio, sovraflusso di stack, violazioni dei tempi).
  • Metodi formali:[] Per SIL 3, considerare il controllo del modello o il teorema che prova a verificare matematicamente algoritmi critici.

Tutti i risultati V&V devono essere tracciabili ai requisiti.

Vantaggi e impatto commerciale della conformità IEC 62061

Aderendo alla IEC 62061 si ottengono vantaggi tangibili sia per i produttori che per gli utenti finali.

Maggiore sicurezza e rischio ridotto

L'approccio globale basato sui rischi riduce la probabilità di incidenti, proteggendo il personale dalle lesioni e dalle vittime, riducendo anche il rischio di contenzioso e sanzioni regolamentari.

Conformità regolamentare e accesso al mercato

Nell'Unione europea, il rispetto di norme armonizzate come la IEC 62061 prevede la presunzione di conformità con i requisiti essenziali di salute e sicurezza del Regolamento del Macchinario. Molti altri paesi (ad esempio Cina, Giappone, Australia) riconoscono anche gli standard IEC, facilitando l'esportazione globale.

Efficienza operativa

I sistemi di sicurezza ben progettati riducono le fermate non intenzionali a causa di un tripping di fastidio. Una copertura diagnostica più elevata consente la manutenzione predittiva, poiché i guasti vengono rilevati prima che causano guasti.

Risparmio sui costi rispetto al ciclo di vita

L'investimento nella progettazione della sicurezza riduce presto i costosi retrofit e ridisegna. Documentazione e validazione anche aiuti nella risoluzione dei problemi e modifiche più tardi. I premi assicurativi possono essere inferiori per i macchinari conformi.

Confidenza degli stakeholder

Dimostrare la sicurezza funzionale a IEC 62061 costruisce fiducia con clienti, operatori di macchine e organi normativi, e segnala un impegno per la sicurezza e la qualità.

Sfide e migliori pratiche comuni

Sfida 1: Mancanza di competenza

La migliore pratica è quella di nominare un ingegnere di sicurezza con formazione ed esperienza, e di considerare la collaborazione con consulenti esterni o l'utilizzo di moduli di sicurezza pre-certificati.

Sfida 2: Integrazione con i Sistemi Legacy

La conformità alle macchine più vecchie può essere difficile a causa di sistemi di controllo obsoleti e mancanza di documentazione. Eseguire un'analisi del gap e aggiornare solo le parti relative alla sicurezza, assicurando che il nuovo SRCS non introduca nuovi pericoli.

Sfida 3: Complessità superiore

La progettazione di un SIL elevato può portare a architetture troppo complesse che aumentano i costi e riducono l'affidabilità. Applicare un approccio basato sul rischio: non sovra-specificare SIL. Utilizzare analisi dei grafi di rischio per giustificare l'obiettivo di ogni funzione di sicurezza SIL.

Sfida 4: Convalida software

Il software di convalida, specialmente per i controller di sicurezza programmabili, richiede tempo. Utilizzare PLC di sicurezza certificati che hanno moduli software pre-approvati.

  • Inizia la valutazione del rischio in anticipo nella fase di progettazione.
  • Documenta tutte le ipotesi, i calcoli e le decisioni.
  • Utilizzare componenti certificati ogni volta che possibile.
  • Condurre controlli interni regolari dei processi di sicurezza.
  • Mantenere una chiara comunicazione tra team di progettazione, produzione e servizio.
  • Resta aggiornato con l'ultima edizione di IEC 62061 (attualmente 2021).

Conclusioni

IEC 62061 fornisce un quadro robusto e accettato a livello internazionale per la progettazione e la valutazione della sicurezza funzionale dei sistemi di controllo dei macchinari.

Per ulteriori informazioni, fare riferimento al documento ufficiale IEC 62061 disponibile attraverso il IEC webstore[], il [ISO 13849‐1:2023 standard[, e la guida del settore da organizzazioni come il ]]]ZVEI (Associazione tedesca produttori elettrici ed elettronici)