Cómo calcular el Performance Level (PL) según ISO 13849-1
Cómo calcular el Performance Level (PL) de una máquina según ISO 13849-1
Saber cómo calcular el PL según ISO 13849-1 es algo extremadamente importante. La seguridad funcional de una máquina no depende únicamente de instalar dispositivos de seguridad. También es necesario demostrar que las funciones de seguridad alcanzan el nivel de fiabilidad requerido para reducir el riesgo a un nivel aceptable.
Para ello, la norma ISO 13849-1 establece el concepto de Performance Level (PL), un indicador que permite evaluar la capacidad de una función de seguridad para realizar correctamente su misión cuando sea necesario.
En este artículo explicamos paso a paso cómo calcular el PL de una máquina y qué parámetros intervienen en el proceso.
¿Qué es el Performance Level (PL)?
El Performance Level (PL) es un parámetro que mide la capacidad de una función de seguridad para desempeñar correctamente su función y reducir el riesgo cuando sea necesario.
Se expresa mediante cinco niveles en función del nivel de riesgo, del a al e
Cuanto mayor es el PL, menor es la probabilidad de que un fallo peligroso impida que la función de seguridad actúe correctamente.
¿Qué diferencia existe entre PL y PLr?
Uno de los conceptos que más dudas genera es la diferencia entre PL y PLr.
PLr (Performance Level requerido)
Es el nivel de prestaciones que una función de seguridad debe alcanzar para controlar adecuadamente un riesgo concreto.
Se determina mediante una evaluación de riesgos utilizando el gráfico de riesgos definido por la norma.
PL (Performance Level alcanzado)
Es el nivel de prestaciones real que proporciona la solución diseñada.
Tras realizar los cálculos, el PL obtenido debe ser igual o superior al PLr establecido inicialmente. Si no lo fuera, sería necesario rediseñar la función de seguridad de esa máquina.
Pasos para calcular el PL de una máquina según ISO 13849-1
Paso 1. Determinar el PLr mediante la evaluación de riesgos
Todo comienza con la identificación de peligros y la valoración del riesgo asociado.
La norma ISO 13849-1 utiliza tres parámetros para determinar el PLr:
Severidad del daño (S)
- S1: Lesiones leves.
- S2: Lesiones graves o muerte.
Frecuencia o tiempo de exposición (F)
- F1: Exposición poco frecuente.
- F2: Exposición frecuente o continua.
Posibilidad de evitar el peligro (P)
- P1: Posible evitarlo.
- P2: Difícil o imposible evitarlo.
La combinación de estos factores determina el PLr necesario para la función de seguridad.
Ejemplo de determinación del PLr
Supongamos una puerta de acceso a una máquina. Existe la posibilidad de aplastamiento grave → S2, el acceso será frecuente → F2, y será difícil evitar el peligro → P2.
Resultado:
PLr = e La función de seguridad asociada a la puerta deberá alcanzar al menos un PL e.
Paso 2. Definir la arquitectura de seguridad
Una vez conocido el PLr, debe diseñarse la arquitectura del sistema de mando relacionado con la seguridad (SRP/CS).
Aquí encontraremos tres grupos de elementos que componen la cadena de seguridad. Dispositivos de entrada (inputs) como los interruptores de seguridad, dispositivos de lógica o proceso, como los PLC o relés, y dispositivos de salida (outputs) como los contactores.
La norma contempla diferentes categorías en función de la protección que otorgarán a los trabajadores contra lesiones:
Categoría B
Arquitectura básica. Un fallo puede implicar un problema de seguridad.
Categoría 1
Un fallo puede seguir generando un problema de seguridad, pero gracias a la utilización de componentes de eficacia probada y principios de seguridad de eficacia probada, la posibilidad de que suceda es mucho menor.
Categoría 2
Incluye funciones de detección de fallos mediante la comprobación periódica, pero los periodos entre estas comprobaciones pueden ser elevados, por ejemplo, con cada reinicio de la máquina, por lo que un fallo puede generar una pérdida de la seguridad.
Categoría 3
Dispone de redundancia. Se debe diseñar de manera que un solo defecto no conduzca a una pérdida de la función de seguridad. Una acumulación de defectos no detectados podría todavía suponer una situación peligrosa en la máquina.
Categoría 4
Presenta elevada tolerancia a fallos, redundancia y supervisión continua de fallos. Si ocurre un problema, se detecta e interviene la seguridad.
La categoría elegida junto a otros datos condicionará el PL máximo que puede alcanzarse.
Paso 3. Calcular el MTTFd
El siguiente parámetro es el MTTFd (Mean Time To Dangerous Failure) o tiempo medio hasta un fallo peligroso.
En dispositivos electromecánicos se calcula a partir del valor B10D, suministrado normalmente por el fabricante. Este valor representa el número de ciclos tras los cuales el 10 % de los componentes experimentarán un fallo peligroso.
Para obtener el MTTFd también es necesario conocer:
- Días de funcionamiento al año.
- Horas de funcionamiento diarias.
- Frecuencia de actuación del dispositivo de seguridad.
Estos datos permiten estimar la vida útil real del componente dentro de la aplicación.
El valor MTTFd lo podemos dividir en tres niveles
Pero, ¿y si nuestro rango de MTTFd resulta menor de 3 años?
La norma considera que ese componente no tiene suficiente fiabilidad para formar parte de una función de seguridad, por lo que invalidaría el PL.
Paso 4. Determinar la cobertura del diagnóstico (DCavg)
La cobertura del diagnóstico indica la capacidad del sistema para detectar fallos peligrosos. Es obligatoria a partir de la categoría 2.
Un sistema con autodiagnóstico será capaz de detectar más errores que uno que no disponga de supervisión.
La norma clasifica normalmente la DC en:
- Baja.
- Media.
- Alta.
Con todos los pasos anteriores podemos consultar la siguiente gráfica, donde observaremos de forma simplificada la estimación del PL de un subsistema, basado en los datos del DCavg, y MTTFd.
Paso 5. Analizar los fallos por causa común (CCF)
Los sistemas redundantes pueden verse afectados por un único fallo que afecte simultáneamente a ambos canales.
Por ejemplo:
- Temperatura excesiva.
- Vibraciones.
- Errores de diseño.
- Problemas de cableado.
La evaluación CCF verifica que se han tomado medidas suficientes para evitar este tipo de fallos.
La ISO 13849 exige alcanzar una puntuación mínima de 65 puntos.
Paso 6. Validar el software de seguridad
Cuando la función de seguridad incorpora:
- PLC de seguridad.
- Configuraciones programables.
- Sistemas electrónicos complejos.
También debe analizarse el software utilizado, ya que forma parte de la cadena de seguridad y puede introducir fallos sistemáticos que no se reflejan en el cálculo del MTTFd, DCavg o CCF.
La norma ISO 13849-1 regula esta validación en su Anexo N, que distingue entre dos tipos de software:
- SRESW (Safety-Related Embedded Software): software embebido del fabricante del componente, como el firmware de un PLC de seguridad.
- SRASW (Safety-Related Application Software): software de aplicación, programado por el integrador para configurar la lógica de seguridad concreta de la máquina.
Si la función de seguridad es puramente electromecánica o cableada (relés, contactores, sin lógica programable), este paso no aplica.
Paso 7. Obtener el PL alcanzado
Una vez definidos la categoría, MTTFd, DCavg y, si la arquitectura es de Categoría 2, 3 o 4, comprobado que el CCF supera el umbral mínimo de 65 puntos (sin este requisito, la función de seguridad no es válida con independencia del resto de parámetros), puede determinarse el Performance Level alcanzado por la función de seguridad.
La forma más habitual de hacerlo es mediante el software SISTEMA, una herramienta desarrollada por el IFA alemán y ampliamente utilizado en la industria para realizar cálculos conforme a ISO 13849-1.
¿Cómo calcular el PL según ISO 13849 con SISTEMA?
SISTEMA permite modelar la función de seguridad completa. Para ello se le introducen los componentes, como sensores, interruptores de seguridad, cortinas fotoeléctricas, relés de seguridad, PLC de seguridad, contactores, o actuadores, y a partir de los parámetros introducidos para estos componentes la herramienta calcula automáticamente el PL alcanzado y facilita la documentación técnica necesaria para la validación.
(Fuente: https://www.dguv.de/ifa)
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¿Necesitas ayuda para calcular el PL de tu máquina?
Determinar correctamente el PLr, seleccionar la arquitectura adecuada y validar las funciones de seguridad puede resultar complejo, especialmente en máquinas con múltiples zonas de riesgo.
En EUCHNER Servicios de Seguridad ayudamos a fabricantes, integradores y usuarios finales a diseñar, calcular y validar funciones de seguridad conforme a ISO 13849-1, facilitando tanto el marcado CE como la adaptación al nuevo Reglamento de Máquinas 2023/1230.
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Preguntas frecuentes sobre Cómo calcular el Performance Level (PL) de una máquina según ISO 13849-1
¿Es obligatorio calcular el PL?
Sí. Siempre que una función de seguridad se diseñe conforme a la norma EN ISO 13849-1, es necesario determinar el nivel de prestaciones requerido y verificar que la función de seguridad alcanza dicho nivel.
¿Qué diferencia existe entre PL y SIL?
El Safety Integrity Level (SIL) y el Performance Level (PL) son metodologías empleadas para evaluar la fiabilidad de las funciones de seguridad, aunque se basan en criterios distintos y están orientadas a aplicaciones diferentes.
¿Puedo calcular el PL sin SISTEMA?
Sí. La norma permite realizar los cálculos manualmente. Sin embargo, debido a la complejidad de los parámetros involucrados, la mayoría de los fabricantes e ingenierías utilizan SISTEMA para simplificar el proceso y documentar los resultados.
¿Qué ocurre si el PL obtenido es inferior al requerido?
La función de seguridad deberá rediseñarse. Esto puede implicar modificar la arquitectura, incorporar redundancia, mejorar la capacidad de diagnóstico o seleccionar componentes con mejores prestaciones de seguridad.
¿Cómo afecta el nuevo Reglamento de Máquinas (UE) 2023/1230 al cálculo del PL?
El Reglamento de Máquinas no modifica el método de cálculo definido por la EN ISO 13849-1, pero refuerza la necesidad de documentar y validar adecuadamente las funciones de seguridad como parte del expediente técnico.
¿Un componente PL e garantiza una función PL e?
No. Debe evaluarse la función completa.
¿Qué componentes intervienen en el cálculo del PL?
Deben considerarse todos los elementos que participan en la función de seguridad, incluyendo sensores, interruptores de seguridad, dispositivos de enclavamiento, PLC de seguridad, relés de seguridad, contactores y actuadores.