Zdjęcie do artykułu: Standardy bezpieczeństwa SIL i PL – co musi wiedzieć inżynier

Standardy bezpieczeństwa SIL i PL – co musi wiedzieć inżynier

   30 grudnia, 2025  Posted in Przemysł

Spis treści

Podstawy bezpieczeństwa funkcjonalnego

Bezpieczeństwo funkcjonalne to część całkowitego bezpieczeństwa maszyny lub instalacji, która zależy od poprawnego działania systemów sterowania i układów ochronnych. W praktyce chodzi o to, aby w razie awarii system nie prowadził do nieakceptowalnego ryzyka dla ludzi, środowiska czy majątku. Standardy SIL i PL opisują, jak zaprojektować i zweryfikować te systemy w sposób mierzalny i powtarzalny.

Dla inżyniera automatyka lub konstruktora maszyn znajomość SIL i PL jest dziś nie opcją, lecz koniecznością. Wymagają tego zarówno przepisy unijne, jak i oczekiwania klientów końcowych oraz ubezpieczycieli. Co ważne, SIL i PL nie są tylko „papierową” deklaracją – przekładają się na wybór architektury, elementów, poziom redundancji i sposób testowania. Błędne decyzje w tym obszarze mogą skutkować drogimi modyfikacjami tuż przed odbiorem instalacji.

SIL i PL – na czym polega różnica?

SIL (Safety Integrity Level) i PL (Performance Level) to dwa różne sposoby określania zdolności układu bezpieczeństwa do redukcji ryzyka. SIL wywodzi się z norm IEC 61508 i IEC 62061 i jest szeroko stosowany w procesach ciągłych, przemyśle chemicznym, energetyce czy w złożonych systemach E/E/PE. PL pochodzi z normy ISO 13849-1 i jest powszechnie używany w maszynach, liniach produkcyjnych i klasycznej automatyce przemysłowej.

Oba podejścia mają wspólny cel, ale inną filozofię. SIL koncentruje się mocniej na analizie probabilistycznej (PFH/PFD, MTTF, λ), natomiast PL łączy kategorie budowy (B, 1–4), niezawodność komponentów, diagnostykę i odporność na błędy wspólnej przyczyny. Dla inżyniera oznacza to konieczność świadomego wyboru: czy projektujemy typową maszynę pod ISO 13849-1, czy raczej system procesowy, w którym klient oczekuje dokumentacji „SIL-owej”.

Poziomy SIL i PL w skrócie

Każdy poziom SIL i PL opisuje zdolność systemu bezpieczeństwa do redukcji ryzyka. Im wyższy poziom, tym niższe prawdopodobieństwo niebezpiecznej awarii. Dla SIL wyróżniamy cztery poziomy: SIL 1 do SIL 4, z czego w klasycznej automatyce spotyka się głównie SIL 1–3. Dla PL wyróżniamy poziomy od PL a (najniższy) do PL e (najwyższy). Dobór poziomu zależy od wyniku oceny ryzyka – nie stanowi dowolnej decyzji projektanta czy utrzymania ruchu.

Warto pamiętać, że „wyższy” nie zawsze znaczy „lepszy” z punktu widzenia całego projektu. Dążenie na siłę do SIL 3 lub PL e może oznaczać nieproporcjonalne koszty, rozbudowaną redundancję i wyższe wymagania serwisowe. Kluczowe jest „wystarczająco bezpiecznie”, a nie „maksymalnie bezpiecznie”. Ocena ryzyka pozwala obiektywnie określić, jaki poziom integralności bezpieczeństwa jest faktycznie wymagany i uzasadniony ekonomicznie.

Porównanie SIL i PL – tabela

Poniższa tabela pokazuje najważniejsze różnice między SIL i PL z perspektywy inżyniera projektującego systemy bezpieczeństwa. Ułatwia to wybór odpowiedniej normy w zależności od typu aplikacji i wymagań klienta czy notyfikowanej jednostki.

Cecha SIL (IEC 61508 / 62061) PL (ISO 13849-1) Typowe zastosowanie
Zakres Systemy E/E/PE, procesy, instalacje przemysłowe Maszyny, linie produkcyjne, roboty Przemysł procesowy vs. maszyny
Poziomy SIL 1–4 PL a–e Różna skala, podobna idea
Metodyka Analiza PFH/PFD, λ, architektura HFT Kategorie B, 1–4, MTTFd, DC, CCF Probabilistyka vs. kategorie
Główna norma sektorowa IEC 61511, IEC 62061 ISO 13849-1, ISO 10218 Dobór według branży

Normy: IEC 61508, IEC 62061 i ISO 13849-1

IEC 61508 to podstawowa norma horyzontalna dotycząca bezpieczeństwa funkcjonalnego systemów elektrycznych, elektronicznych i programowalnych. Określa pełny cykl życia bezpieczeństwa – od analizy ryzyka, przez projekt, aż po wycofanie z eksploatacji. Dla większości inżynierów jest punktem odniesienia, ale rzadko stosuje się ją bezpośrednio w projektach maszynowych, częściej w instalacjach procesowych i branżach wysoko regulowanych.

IEC 62061 adaptuje ideę bezpieczeństwa funkcjonalnego do maszyn i systemów sterowania maszyn. Opiera się na koncepcji SIL i jest alternatywą dla ISO 13849-1. Z kolei ISO 13849-1 koncentruje się na maszynach i opisuje podejście oparte na Performance Level. W praktyce wielu producentów maszyn wybiera ISO 13849-1 ze względu na dobrze znane kategorie oraz bogate wsparcie producentów komponentów w postaci danych MTTFd i narzędzi obliczeniowych.

Dlaczego normy są tak istotne?

Stosowanie IEC 62061 czy ISO 13849-1 nie jest tylko „dobrą praktyką”, ale drogą do spełnienia wymagań dyrektywy maszynowej (a wkrótce rozporządzenia maszynowego) i innych przepisów harmonizowanych. Dla inżyniera oznacza to, że dokumentacja zgodna z normą ułatwia wykazanie zgodności CE, przejście audytów i ograniczenie ryzyka odpowiedzialności prawnej. W razie wypadku posiadanie rzetelnej analizy ryzyka i obliczeń SIL/PL jest często kluczowym argumentem.

W praktyce projektowej ważne jest, aby na początku zadecydować, którą normą będziemy się posługiwać w danym projekcie. Mieszanie wymagań ISO 13849-1 i IEC 62061 w obrębie jednego podsystemu może prowadzić do chaosu obliczeniowego i problemów z interpretacją. Dopuszczalne jest łączenie systemów oceniających PL i SIL na poziomie całej maszyny, ale pod warunkiem konsekwentnego opisu i jednoznacznego przypisania wymagań do konkretnych funkcji bezpieczeństwa.

Jak dobrać wymagany poziom SIL lub PL?

Dobór wymaganego poziomu SIL lub PL zawsze zaczyna się od systematycznej oceny ryzyka. Wykorzystuje się do tego takie metody jak EN ISO 12100, drzewa błędów, FMEA czy proste matryce ryzyka. Celem jest określenie, jak poważne mogą być skutki zdarzenia niebezpiecznego, jak często może się pojawić sytuacja zagrożenia oraz czy użytkownik ma możliwość uniknięcia szkody. Na tej podstawie ustala się poziom redukcji ryzyka wymagany od układu sterowania.

W przypadku PL często stosuje się graficzne metody, np. diagram w ISO 13849-1, który prowadzi od parametrów ryzyka (S, F, P) do wymaganego PLr. Dla SIL wykorzystuje się z kolei metody LOPA, matryce SIL lub bardziej rozbudowane analizy ilościowe. Niezależnie od metody ważne jest dobre udokumentowanie założeń, np. danych wejściowych, częstotliwości ekspozycji i środków ochronnych poza systemem sterowania. Bez tego obliczenia mogą być łatwo podważone.

Kluczowe kroki przy określaniu SIL/PL

  • Zidentyfikuj wszystkie zagrożenia związane z maszyną lub instalacją.
  • Określ istniejące środki ochronne niezależne od sterowania (osłony, bariery, procedury).
  • Oceń poziom ryzyka resztkowego bez funkcji bezpieczeństwa w sterowaniu.
  • Dobierz wymagany SIL/PL dla każdej funkcji bezpieczeństwa (np. zatrzymanie awaryjne, kontrola osłon).
  • Udokumentuj proces w sposób zrozumiały dla audytora i użytkownika.

W praktyce często stosuje się gotowe arkusze lub oprogramowanie, które prowadzi inżyniera krok po kroku. Nie należy jednak traktować ich jako „czarnej skrzynki”. Odpowiedzialność za poprawność danych wejściowych i decyzji projektowych zawsze spoczywa na zespole projektowym. Dobrym zwyczajem jest też przegląd oceny ryzyka przez drugą osobę lub zewnętrznego konsultanta, zwłaszcza przy bardziej złożonych lub krytycznych aplikacjach.

Projektowanie systemu pod SIL/PL

Gdy znamy wymagany SIL lub PL dla danej funkcji bezpieczeństwa, można przejść do projektowania układu sterowania. Obejmuje to dobór architektury (np. jednokanałowa, dwukanałowa z nadzorem), wybór komponentów o znanych parametrach niezawodności, określenie procedur testów okresowych i wymagań diagnostycznych. Inżynier powinien umieć połączyć wymagania normatywne z realiami utrzymania ruchu danego zakładu.

W podejściu PL kluczowe są takie parametry jak MTTFd elementów, poziom diagnostyki DC, podatność na błędy wspólnej przyczyny CCF oraz kategoria strukturalna układu. Dla SIL istotne jest obliczenie PFH/PFD, określenie HFT (Hardware Fault Tolerance) oraz architektury sprzętowej zgodnej z wymaganym poziomem. W obu przypadkach znaczenie ma również jakość procesu projektowego i programistycznego, w tym walidacja i weryfikacja funkcji bezpieczeństwa.

Dobre praktyki projektowe

  • Stosuj komponenty z deklarowanym SIL/PL od renomowanych producentów.
  • Projektuj architekturę tak, aby błędy pojedyncze nie prowadziły do utraty funkcji bezpieczeństwa.
  • Unikaj niepotrzebnej złożoności – im prostszy układ, tym łatwiejsza weryfikacja.
  • Dokumentuj wszystkie założenia, m.in. częstotliwości testów, środowisko pracy, cykle obciążenia.
  • Zadbaj o czytelne oznaczenia i schematy, które ułatwią późniejszy serwis i modernizacje.

Coraz częściej stosuje się programowalne sterowniki bezpieczeństwa oraz sieci przemysłowe z funkcjami failsafe. W takim przypadku należy uwzględnić nie tylko sprzęt, lecz także oprogramowanie: struktury programistyczne, testy, zarządzanie zmianą. Wysoki SIL lub PL bez dojrzałego procesu zarządzania oprogramowaniem to pozorne bezpieczeństwo, które może zawieść w najmniej oczekiwanym momencie.

Typowe błędy inżynierów i jak ich uniknąć

Jednym z najczęstszych błędów jest mechaniczne traktowanie katalogowych danych bez analizy kontekstu aplikacji. Deklarowany przez producenta PL e dla wyłącznika bezpieczeństwa nie oznacza automatycznie, że cały kanał bezpieczeństwa osiągnie PL e. Liczy się kompletna funkcja: czujnik, logika i elementy wykonawcze. Pomijanie najsłabszego ogniwa w łańcuchu bywa źródłem poważnych nieporozumień między projektantem a audytorem.

Drugim popularnym błędem jest brak spójności między projektem a rzeczywistym wykonaniem i eksploatacją. Na papierze system może spełniać SIL 2, ale jeśli testy okresowe nie są wykonywane zgodnie z założeniami albo użytkownik mostkuje elementy bezpieczeństwa, faktyczny poziom bezpieczeństwa spada. Dlatego tak ważne jest, aby już na etapie projektu przewidzieć ergonomię, łatwość obsługi i wypracować z użytkownikiem realistyczne procedury serwisowe.

Jak ograniczyć ryzyko błędów?

Skutecznym sposobem jest wprowadzenie formalnego procesu przeglądu projektów bezpieczeństwa. Obejmuje on wspólne spotkania konstruktorów, automatyków, BHP i utrzymania ruchu. W trakcie takich przeglądów weryfikuje się nie tylko same obliczenia SIL/PL, ale też dostępność urządzeń, czytelność oznaczeń, możliwość wykonywania testów i efekty awarii w rzeczywistych scenariuszach. Dobrze udokumentowany przegląd bywa najtańszą formą „ubezpieczenia” projektu.

Warto też regularnie aktualizować wiedzę – normy się zmieniają, pojawiają się nowe wytyczne, a producenci komponentów oferują narzędzia ułatwiające projektowanie. Szkolenia z bezpieczeństwa funkcjonalnego, certyfikacje inżynierskie oraz udział w branżowych konferencjach pomagają utrzymać wysoki poziom kompetencji. W efekcie projektowanie pod SIL i PL staje się mniej stresujące, a rozmowy z audytorami – znacznie prostsze.

Praktyczne wskazówki wdrożeniowe

Przy wdrażaniu systemów SIL i PL kluczowe jest ścisłe powiązanie fazy projektowej z montażem, uruchomieniem i eksploatacją. Dokumentacja bezpieczeństwa nie powinna zalegać w segregatorze, ale aktywnie wspierać zespoły wykonawcze. Rysunki, listy sygnałów, opisy funkcji bezpieczeństwa i procedury testów muszą być spójne i łatwo dostępne. Dobrym standardem jest osobny rozdział w dokumentacji poświęcony wyłącznie funkcjom bezpieczeństwa i ich poziomom SIL/PL.

W fazie uruchomienia niezbędna jest walidacja, czyli potwierdzenie, że układ bezpieczeństwa spełnia wymagania zdefiniowane na początku projektu. Obejmuje to zarówno testy funkcjonalne, jak i przegląd dokumentacji, w tym raportów z obliczeń. Warto przygotować listy kontrolne, które krok po kroku prowadzą przez przypadki testowe, np. zadziałanie grzybka STOP, otwarcie osłony, przerwanie kurtyny świetlnej czy utratę zasilania. Dobrze opisana walidacja ułatwia późniejsze modernizacje.

Utrzymanie ruchu a poziom bezpieczeństwa

Po zakończeniu projektu odpowiedzialność za utrzymanie osiągniętego SIL lub PL przechodzi w dużej mierze na dział utrzymania ruchu. Należy przekazać mu jasne instrukcje testów okresowych, kryteria wymiany komponentów i zasady postępowania przy awariach. Każda ingerencja w obwody bezpieczeństwa, zmiana typu czujnika czy modyfikacja oprogramowania powinna być analizowana pod kątem wpływu na integralność bezpieczeństwa i dokumentowana.

W praktyce dobrze sprawdza się zasada, że każda zmiana w systemie bezpieczeństwa wymaga krótkiej analizy wpływu na SIL/PL, choćby w uproszczonej formie. Pozwala to uniknąć sytuacji, w której po kilku latach eksploatacji maszyna formalnie deklaruje PL e, podczas gdy faktyczna architektura i zastosowane komponenty odbiegają od pierwotnego projektu. Takie rozjazdy są szybko wychwytywane podczas audytów zewnętrznych lub dochodzeń powypadkowych.

Podsumowanie

Standardy bezpieczeństwa SIL i PL to dziś fundament projektowania nowoczesnych maszyn i instalacji przemysłowych. Dają inżynierowi mierzalne narzędzia do oceny ryzyka, doboru architektury, komponentów oraz tworzenia spójnej dokumentacji. Kluczem jest zrozumienie różnic między podejściami SIL i PL, wybór właściwej normy dla danego projektu i konsekwentne prowadzenie całego cyklu życia bezpieczeństwa – od analizy ryzyka po utrzymanie ruchu.

Świadome stosowanie zasad bezpieczeństwa funkcjonalnego nie tylko ogranicza ryzyko wypadków, lecz także ułatwia uzyskanie zgodności z przepisami, redukuje liczbę przeróbek i zwiększa zaufanie użytkowników do projektowanych rozwiązań. Dla inżyniera jest to obszar, w który zdecydowanie warto inwestować czas i rozwijać kompetencje – bo dobrze zaprojektowany system bezpieczeństwa to przewaga konkurencyjna całej firmy, a często także czynnik decydujący o powodzeniu projektu.