A norma IEC 62061 é uma orientação crucial para garantir a segurança nos sistemas de controlo de máquinas. Fornece um quadro estruturado para a concepção, implementação e manutenção de funções de segurança que protegem os operadores e equipamentos. Como norma harmonizada ao abrigo da Directiva Europeia de Máquinas e reconhecida globalmente, IEC 62061 permite aos fabricantes alcançar segurança funcional para sistemas de controlo electrónicos, electrónicos e programáveis (E/E/PE) utilizados em máquinas. Este artigo oferece uma visão global da IEC 62061, dos seus componentes essenciais, da sua relação com outras normas, metodologia de implementação e vantagens comerciais.

O que é a IEC 62061?

A IEC 62061, oficialmente intitulada "Segurança de máquinas – Segurança funcional dos sistemas de controlo relacionados com a segurança", é uma norma internacional desenvolvida pela Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), que foi publicada pela primeira vez em 2005 e que desde então foi objecto de grandes revisões, nomeadamente a edição 2021, que a alinhava mais estreitamente com a IEC 61508 (a norma de segurança funcional abrangente) e a ISO 13849 (a norma para as partes de sistemas de controlo relacionadas com a segurança).

A norma aplica-se especificamente aos sistemas de controle relacionados à segurança (SRCS) que incorporam tecnologias eletrônicas elétricas, eletrônicas e programáveis. Abrange todo o ciclo de vida desde o conceito, projeto e integração até a operação, manutenção e desativação. Ao contrário de alguns padrões específicos do setor, a IEC 62061 aborda aspectos de hardware e software, tornando-se adequado para uma ampla gama de máquinas, incluindo equipamentos de embalagem, máquinas-ferramentas, robótica e linhas de produção automatizadas.

A IEC 62061 foi concebida para ser utilizada em conjunto com a ISO 12100 (avaliação de risco para máquinas) e complementa a ISO 13849, que abrange as peças pneumáticas, hidráulicas e mecânicas relacionadas com a segurança. Juntamente, estas normas formam a espinha dorsal da conformidade funcional de segurança das máquinas em muitas jurisdições, especialmente nos termos da regra 2023/1230 da UE relativa às máquinas.

Conceitos-chave e Terminologia

Para aplicar efetivamente a IEC 62061, é preciso entender vários conceitos fundamentais.

Avaliação dos riscos e identificação dos riscos

A primeira etapa da IEC 62061 é uma avaliação sistemática dos riscos baseada na ISO 12100. Os fabricantes devem identificar todos os perigos previsíveis — mecânicos, elétricos, térmicos, químicos ou resultantes de erros humanos. Para cada situação perigosa, o risco associado é estimado considerando a gravidade dos danos potenciais, a probabilidade de ocorrência (incluindo a frequência de exposição e a possibilidade de evitar ou limitar danos.

A avaliação de risco conduz a redução de risco necessária. As funções de segurança são então projetadas para reduzir os riscos para um nível aceitável. Cada função de segurança deve ser atribuída um alvo Nível de Integridade de Segurança (SIL) com base na redução de risco necessária.

Nível de integridade da segurança (SIL)

Um nível de integridade de segurança é um nível discreto (1 a 4) especificando a probabilidade de que uma função de segurança irá funcionar corretamente em todas as condições indicadas dentro de um determinado tempo. SIL 1 fornece o menor nível de integridade, SIL 4 o mais alto. No contexto da maquinaria, SIL 3 é tipicamente o mais alto exigido, com SIL 4 raramente usado devido a custo e complexidade extremas.

A atribuição do SIL depende de três parâmetros: a probabilidade média de falha perigosa por hora (PFHD, a cobertura diagnóstica (DC) e a capacidade de suportar falhas comuns de causas (CCF). A IEC 62061 fornece metas quantitativas para cada SIL:

  • SIL 1: PFHD] de 10[−5 para menos de 10[−6[ 1/h
  • SIL 2: PFHD] de 10−6 para menos de 10[−7 1/h
  • SIL 3: PFHD[] de 10[−7 para menos de 10[−8[ 1/h

Esses alvos devem ser verificados através de análise de confiabilidade, muitas vezes usando modos de falha, efeitos e análise diagnóstica (FMEDA) ou análise de árvore de falhas.

Restrições Arquitectónicas

IEC 62061 impõe restrições arquitetônicas ao projeto de hardware para alcançar um determinado SIL. Essas restrições se referem às categorias da arquitetura do sistema (semelhante à ISO 13849 categorias B, 1, 2, 3 e 4). O padrão define tolerância de falha de hardware necessária (HFT) e cobertura diagnóstica para cada SIL:

  • SIL 1: HFT = 0 (tolerância única de falha não necessária) com cobertura diagnóstica básica.
  • SIL 2: HFT = 1 (uma tolerância à falha) tipicamente com alta cobertura diagnóstica, ou HFT = 0 com cobertura diagnóstica muito alta e arquiteturas específicas do subsistema.
  • SIL 3:] HFT = 1 com alta cobertura diagnóstica, ou HFT = 2 com cobertura moderada.

Estas restrições garantem que uma única falha perigosa não conduz à perda da função de segurança.

Integridade Sistemática

Além de falhas aleatórias de hardware, IEC 62061 exige medidas para evitar falhas sistemáticas — erros introduzidos durante a especificação, projeto, implementação ou manutenção. Isto inclui o desenvolvimento de software rigoroso após um ciclo de vida de segurança definido, uso de componentes comprovados em uso, revisões de projeto e testes. Os requisitos padrão para evitar falhas sistemáticas (por exemplo, programação defensiva, análise dinâmica) e controlá-los através de atividades de verificação e validação.

Relação entre a IEC 62061 e a ISO 13849

Tanto IEC 62061 como ISO 13849 abordam a segurança funcional dos sistemas de controle em máquinas, mas diferem em termos de escopo e metodologia. ISO 13849 utiliza Níveis de Desempenho (PL a a e) com uma abordagem qualitativa, enquanto IEC 62061 utiliza SIL com metas quantitativas. Reconhecendo a confusão que isso causou, a IEC e ISO harmonizaram as duas normas de modo que um determinado SIL corresponde a um PL específico:

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

Na prática, os fabricantes podem usar qualquer norma (ou ambos) para demonstrar a conformidade. A edição 2021 da IEC 62061 faz referência explícita às categorias ISO 13849 e conceitos de cobertura diagnóstica, tornando as duas normas mais interoperáveis.Para sistemas simples com componentes bem compreendidos, a ISO 13849 frequentemente fornece uma rota mais simples; para sistemas programáveis complexos, a IEC 62061 pode ser mais adequada devido aos seus cálculos detalhados da taxa de falha.

Implementando IEC 62061 em sistemas de controle de máquinas

A conformidade requer um processo sistemático que integre a segurança no ciclo de vida global do projecto. As etapas seguintes são adaptadas da metodologia de redução de risco prescrita pela IEC 62061.

Etapa 1: Identificação de perigo e Estimativa de risco

Comece por enumerar todos os modos operacionais da máquina (operação normal, instalação, manutenção, limpeza, paragem de emergência).Para cada modo, identificar os perigos — por exemplo, esmagamento durante o pinçamento, choque elétrico durante a manutenção ou arranque não intencional. Estimar o nível de risco inicial utilizando parâmetros de gravidade, exposição e evitação. Esta estimativa de risco deve ser documentada num relatório de avaliação de risco.

Etapa 2: Determinar a redução de risco necessária e o SIL-alvo

Para cada situação perigosa, quantificar a redução de risco necessária. A IEC 62061 fornece um método simplificado no anexo A: atribuir uma classe de gravidade (S1, S2, S3), frequência/duração da exposição (F1, F2) e possibilidade de evitar (P1, P2). A combinação produz um SIL ou PL necessários. Por exemplo, lesões graves com exposição frequente e baixa probabilidade de evitação tipicamente exigem SIL 3.

Esta etapa também considera se a função de segurança pode ser realizada através de outros meios (por exemplo, guardas, interlocks) antes de depender exclusivamente do sistema de controle.

Passo 3: Projete o sistema de controle relacionado à segurança

Com SILs de destino definidos, projetar a arquitetura. Escolha componentes (sensores, solucionadores lógicos, atuadores) que atendam à confiabilidade necessária. Para SIL 2 ou 3, considere arquiteturas redundantes, como duplo canal com diagnósticos. Certifique-se de que quaisquer dispositivos eletrônicos programáveis (por exemplo, PLCs de segurança) são certificados de acordo com IEC 61508 ou IEC 62061.

O design de hardware deve satisfazer as restrições arquitetônicas para HFT e DC. Além disso, plano para integridade sistemática: usar o design de software estruturado, aplicar padrões de codificação e realizar análises estáticas. O padrão recomenda seguir um modelo V para verificação e validação de software.

Etapa 4: Calcular a PFH D e Verificar a realização do SIL

Utilizando dados da taxa de falha dos componentes (da base de dados FFEDA fabricante ou da fiabilidade), calcular o PFH]D[] para cada função de segurança. Considere a cobertura diagnóstica dos testes incorporados (por exemplo, monitorização cruzada entre canais redundantes, testes periódicos de auto-avaliação). Aplique fatores adequados para falha de causa comum (fator beta) com base na diversidade e separação do projeto. O PFH calculado []D[] deve ser inferior ao limiar SIL alvo.

Ferramentas como análise de árvore de falhas ou diagramas de bloco de confiabilidade podem ajudar. Muitos fabricantes de componentes de segurança fornecem valores PFH D para seus dispositivos, simplificando o cálculo.

Etapa 5: Verificação e Validação (V&V)

A verificação garante que o sistema seja construído corretamente de acordo com as especificações de projeto. Isto inclui a revisão de esquemas, código fonte e resultados de testes. A validação verifica se o sistema cumpre os requisitos de segurança no ambiente real da máquina. Ambas as atividades devem ser documentadas.

A IEC 62061 requer testes específicos: testes funcionais para cada função de segurança, testes de injeção de falhas para verificar a cobertura diagnóstica e testes de integração. Para validação, execute a máquina através de todos os modos operacionais e confirme que as funções de segurança respondem conforme o esperado (por exemplo, parada de emergência pára o movimento perigoso dentro do tempo de paragem necessário).

Passo 6: Documentação e Manutenção

A documentação completa é obrigatória, incluindo o relatório de avaliação de risco, a lógica de projeto, os cálculos de PFH, os protocolos de teste e um caso de segurança. A norma também requer que os usuários tenham acesso a informações para operação segura, manutenção e modificação – tais como intervalos periódicos de inspeção, procedimentos de diagnóstico de falhas e instruções para substituir componentes de segurança.

Após o comissionamento, o sistema deve ser mantido de acordo com o ciclo de vida de segurança definido. Quaisquer modificações (por exemplo, alterar um sensor ou atualizar software) exigem uma reavaliação das funções de segurança afetadas.

Requisitos de hardware e software

Recomendações de Design de Hardware

IEC 62061 não dita tipos de componentes específicos, mas define requisitos de desempenho. As principais considerações de hardware incluem:

  • Selecção de componentes certificados de segurança: Os sensores (por exemplo, cortinas de luz, esteiras de segurança, interruptores de intertravamento) e os atuadores (por exemplo, contactores, acionamentos de frequência com torque seguro desligado) devem ser certificados com a norma IEC 61508 ou IEC 62061.
  • Arquitetura:] Para SIL 2 ou 3, implementar 1oo2D (um de dois com diagnóstico) ou 2oo2 (dois de dois) estruturas para alcançar tolerância à falha e alta cobertura diagnóstica.
  • Diagnóstico: Utilizar auto-testes incorporados (controlos baseados em processadores) ou equipamentos de teste externos para detectar falhas perigosas. Apontar para DC > 90% para cobertura diagnóstica elevada.
  • Proteção comum da causa da falha:Canais redundantes fisicamente separados, use diferentes tipos de componentes (diversidade) e proteja contra interferência eletromagnética.

Ciclo de vida de segurança de software

O desenvolvimento de software sob IEC 62061 segue o modelo V típico de segurança funcional. As fases incluem:

  1. Especificação dos requisitos de segurança do software: Documentar todas as funções de segurança e os seus requisitos SIL.
  2. Design de arquitetura de software: Defina estrutura modular, tempo de execução de tarefas e interfaces de comunicação. Evite memória compartilhada entre tarefas de segurança e não-segurança sem particionamento adequado.
  3. Projeto e implementação de módulos de software: Utilizar linguagens de programação seguras (por exemplo, linguagens fortemente digitadas) e normas de codificação (MISRA C para sistemas embarcados).
  4. Teste de software: Testes unitários, testes de integração e testes de validação. Critérios de cobertura (declaração, branch, MC/DC) dependem do nível SIL. Para SIL 3, é recomendada a cobertura de condição/decisão modificada.
  5. Validação de segurança do software: Confirme que o software atende aos seus requisitos de segurança quando integrado com hardware ao nível da máquina.

O padrão também determina a qualificação da ferramenta: qualquer ferramenta de software usada no desenvolvimento (compiladores, geradores de código, ferramentas de verificação) deve ser avaliada para o seu nível de confiança. Ferramentas que poderiam injetar erros (por exemplo, alguns geradores de código) exigem uma maior confiança.

Técnicas de validação e verificação

A IEC 62061 apresenta uma lista de técnicas V&V adequadas nos seus anexos normativos. Os métodos comuns incluem:

  • Testes funcionais: Executar cada função de segurança em condições normais e anormais para confirmar o comportamento.
  • Injeção de falha: Simular falhas em sensores, lógica e atuadores para verificar detecção diagnóstica e reação (por exemplo, o sistema vai para o estado seguro).
  • Análise estática:Reveja o código fonte manualmente ou com ferramentas de análise estática para detectar erros de execução potenciais (dividir por zero, transbordações de buffer).
  • Análise dinâmica: Monitore o tempo e o uso de recursos durante a operação para garantir que não há falhas ocultas (por exemplo, excesso de pilha, violações de tempo).
  • Métodos formais:Para SIL 3, considere a verificação de modelos ou teoremas provando para verificar matematicamente algoritmos críticos.

Todos os resultados V&V devem ser rastreáveis aos requisitos. É necessário um plano de validação e um relatório de validação.

Benefícios e Impacto Empresarial da Conformidade IEC 62061

A adesão à IEC 62061 proporciona vantagens tangíveis tanto para fabricantes de máquinas como para usuários finais.

Segurança aprimorada e risco reduzido

A abordagem abrangente baseada no risco reduz a probabilidade de acidentes, protegendo o pessoal de lesões e mortes, o que também reduz o risco de litígios e sanções regulamentares.

Conformidade Regulatória e Acesso ao Mercado

Na União Europeia, o cumprimento de normas harmonizadas como a IEC 62061 proporciona uma presunção de conformidade com os requisitos essenciais de saúde e segurança do Regulamento das Máquinas. Muitos outros países (por exemplo, China, Japão, Austrália) também reconhecem normas IEC, facilitando a exportação global.

Eficiência operacional

Sistemas de segurança bem projetados reduzem paragens de máquinas não intencionadas devido a problemas de tropeço. A maior cobertura diagnóstica permite a manutenção preditiva, uma vez que falhas são detectadas antes de causar falhas.

Economia de custos ao longo do ciclo de vida

Investir em design de segurança precoce reduz retrofits e reformulações caras. Documentação e validação também ajudam na solução de problemas e modificações mais tarde. Prémios de seguro podem ser menores para máquinas conformes.

Confiança das partes interessadas

Demonstrar segurança funcional à IEC 62061 cria confiança com clientes, operadores de máquinas e órgãos reguladores. Sinaliza um compromisso com a segurança e qualidade.

Desafios comuns e boas práticas

Desafio 1: Falta de especialização

A engenharia de segurança funcional requer conhecimento especializado. Muitas organizações não possuem experiência interna. A melhor prática é nomear um engenheiro de segurança com treinamento e experiência, e considerar parcerias com consultores externos ou usando módulos de segurança pré-certificados.

Desafio 2: Integração com Sistemas Legados

A conformidade com máquinas antigas pode ser difícil devido a sistemas de controle desatualizados e falta de documentação. Faça uma análise de gap e atualize apenas as peças relacionadas à segurança, garantindo que o novo SRCS não introduza novos perigos. Use a justificação "provada em uso" para componentes legados, quando aplicável.

Desafio 3: Complexidade excessiva

A concepção de um SIL elevado pode levar a arquiteturas excessivamente complexas que aumentam o custo e reduzem a confiabilidade.Aplique uma abordagem baseada em risco: não especifique SIL em excesso. Use a análise de gráficos de risco para justificar o SIL alvo de cada função de segurança. Simplifique através de design modular e seleção cuidadosa de componentes.

Desafio 4: Validação de Software

Validar software, especialmente para controladores de segurança programáveis, é demorado. Use PLCs de segurança certificados que têm módulos de software pré-aprovados. Implemente uma estratégia de teste sistemática com métricas de cobertura claras. Automatize testes de regressão onde possível.

Resumo das Melhores Práticas

  • Iniciar avaliação de risco no início da fase de projeto.
  • Documentar todos os pressupostos, cálculos e decisões.
  • Utilizar componentes certificados sempre que possível.
  • Realizar auditorias internas regulares dos processos de segurança.
  • Mantenha uma comunicação clara entre as equipes de design, fabricação e serviço.
  • Mantenha-se actualizado com a última edição da IEC 62061 (actualmente 2021).

Conclusão

A IEC 62061 fornece um quadro sólido e internacionalmente aceito para a concepção e avaliação da segurança funcional dos sistemas de controlo de máquinas. Ao avaliar sistematicamente os riscos, atribuir níveis de integridade de segurança adequados e aderir a requisitos rigorosos de hardware e software, os fabricantes podem alcançar elevados níveis de segurança das máquinas. O alinhamento do padrão com a ISO 13849 e o Regulamento de Máquinas garante que a conformidade não só protege as pessoas, mas também facilita o acesso ao mercado e a eficiência operacional. Para qualquer organização envolvida no design, produção ou implantação de máquinas, o investimento na compreensão e implementação da IEC 62061 é uma decisão estratégica que produz segurança a longo prazo e retornos de negócios.

Para mais informações, consultar o documento oficial IEC 62061 disponível através do IEC webstore, a norma ISO 13849-1:2023[, e as orientações da indústria de organizações como ZVEI (Associação Alemã de Fabricantes Eletrónicos e Eletrónicos)[].