Makine emniyeti, endüstriyel otomasyon projelerinin en kritik ve en az tolerans gösterilen boyutudur. Bir güvenlik sisteminin yetersiz tasarlanması, insan hayatına mal olabilecek sonuçlar doğurur. Avrupa Birliği Makine Direktifi (2006/42/EC) kapsamında, makinelerin güvenlikle ilgili kontrol sistemleri iki temel standarda göre tasarlanır: ISO 13849-1 ve IEC 62061. Bu yazıda her iki standardı derinlemesine karşılaştırıyor, hangi durumda hangisinin tercih edilmesi gerektiğini açıklıyor ve pratik uygulama örnekleriyle konuyu somutlaştırıyoruz.

Fonksiyonel Güvenlik Nedir?

Fonksiyonel güvenlik, bir makinenin güvenlikle ilgili kontrol fonksiyonlarının tehlikeli bir durum oluştuğunda doğru şekilde çalışmasını garanti eden mühendislik disiplinidir. Burada “fonksiyonel” kelimesi, güvenliğin pasif bariyerler (korkuluk, kapak) yerine aktif kontrol sistemleri (sensörler, mantık çözücüler, aktüatörler) aracılığıyla sağlandığını ifade eder.

Fonksiyonel güvenlik sistemi üç temel bileşenden oluşur:

• Giriş elemanları: Güvenlik anahtarları, ışık bariyerleri, lazer tarayıcılar, iki el kumanda butonları.
• Mantık çözücü: Güvenlik rölesi, güvenlik PLC’si (örneğin Siemens F-CPU, Pilz PSS, Allen-Bradley GuardLogix).
• Çıkış elemanları: Kontaktörler, güvenlik valfleri, fren sistemleri.

Her iki standart da bu zincirin bütünlüğünü ve güvenilirliğini değerlendirmek için sistematik bir çerçeve sunar. CE işaretleme süreci ve makine emniyeti genel gereksinimleri hakkında detaylı bilgi için Makine Emniyeti ve CE İşaretleme yazımıza göz atabilirsiniz.

ISO 13849-1: Performance Level (PL) Yaklaşımı

ISO 13849-1 standardı, “Makinelerin Güvenliği — Kontrol Sistemlerinin Güvenlikle İlgili Parçaları” başlığını taşır. İlk versiyonu deterministik kategorilere dayalıyken, 2006 revizyonuyla olasılıksal yaklaşımı benimsemiş ve Performance Level (PL) kavramını getirmiştir.

Performance Level (PL) Seviyeleri

PL, bir güvenlik fonksiyonunun tehlikeli arızaya karşı sağladığı güvenilirlik seviyesini ifade eder. Beş seviye tanımlanmıştır:

• PL a: Tehlikeli arıza olasılığı (PFH_d) ≥ 10⁻⁵ ile < 10⁻⁴ /saat — en düşük güvenilirlik.
• PL b: PFH_d ≥ 3×10⁻⁶ ile < 10⁻⁵ /saat.
• PL c: PFH_d ≥ 10⁻⁶ ile < 3×10⁻⁶ /saat.
• PL d: PFH_d ≥ 10⁻⁷ ile < 10⁻⁶ /saat.
• PL e: PFH_d ≥ 10⁻⁸ ile < 10⁻⁷ /saat — en yüksek güvenilirlik.

Gerekli PL seviyesi, ISO 13849-1 Ek A’daki risk grafiği kullanılarak belirlenir. Bu grafik üç parametre değerlendirir:

• S (Severity): Yaralanmanın şiddeti — S1 (hafif, geri dönüşümlü) veya S2 (ağır, geri dönüşümsüz/ölümcül).
• F (Frequency): Tehlikeye maruz kalma sıklığı — F1 (seyrek) veya F2 (sık/sürekli).
• P (Possibility): Tehlikeden kaçınma imkânı — P1 (mümkün) veya P2 (neredeyse imkânsız).

Güvenlik Kategorileri (Category B, 1, 2, 3, 4)

ISO 13849-1, güvenlik sisteminin mimari yapısını kategorilerle tanımlar:

Kategori B: Temel güvenlik prensipleri uygulanır. Tek kanal, tanılama yok. Bir arıza güvenlik fonksiyonunun kaybına yol açabilir. Yalnızca PL a ve PL b için kullanılabilir.

Kategori 1: Kategori B gereksinimlerine ek olarak, iyi denenmiş (well-tried) bileşenler ve güvenlik prensipleri kullanılır. Tek kanal yapısı korunur. PL c’ye kadar ulaşılabilir.

Kategori 2: Tek kanal yapısına test fonksiyonu eklenir. Güvenlik fonksiyonu periyodik olarak kontrol edilir. Test aralığı, talep sıklığının en az 100 katı olmalıdır. PL d’ye kadar ulaşılabilir.

Kategori 3: Çift kanal (redundant) yapı kullanılır. Tek bir arıza güvenlik fonksiyonunun kaybına yol açmaz. Ancak tüm arızaların tespit edilmesi garanti değildir; arıza birikimi tehlikeli duruma yol açabilir. PL d ve PL e için kullanılır.

Kategori 4: Çift kanal yapısına kapsamlı tanılama eklenir. Tek arıza güvenlik fonksiyonunu etkilemez ve arıza birikimi de tespit edilir. PL e için en güvenilir mimaridir.

SISTEMA Yazılımı

SISTEMA (Safety Integrity Software Tool for the Evaluation of Machine Applications), IFA (Alman İş Güvenliği Enstitüsü) tarafından geliştirilen ücretsiz bir yazılımdır. ISO 13849-1’e göre güvenlik fonksiyonlarının PL hesaplamasını otomatikleştirir.

SISTEMA ile yapılabilecekler:

• Güvenlik fonksiyonlarının blok diyagramlarının oluşturulması.
• Bileşen güvenilirlik verilerinin (B10d, MTTF_d, DC) girilmesi.
• Otomatik PL hesaplaması ve gerekli PL ile karşılaştırma.
• Proje dokümantasyonunun oluşturulması.

Birçok sensör ve güvenlik bileşeni üreticisi (Pilz, Sick, Schmersal) SISTEMA kütüphaneleri sunarak hesaplama sürecini kolaylaştırır.

IEC 62061: SIL (Safety Integrity Level) Yaklaşımı

IEC 62061 standardı, “Makinelerin Güvenliği — Güvenlikle İlgili Elektriksel, Elektronik ve Programlanabilir Elektronik Kontrol Sistemlerinin Fonksiyonel Güvenliği” başlığını taşır. IEC 61508 ana standardının makine sektörüne özelleştirilmiş versiyonudur.

SIL Seviyeleri

SIL, güvenlik fonksiyonunun bütünlük seviyesini dört kademede tanımlar:

• SIL 1: PFH_d ≥ 10⁻⁶ ile < 10⁻⁵ /saat.
• SIL 2: PFH_d ≥ 10⁻⁷ ile < 10⁻⁶ /saat.
• SIL 3: PFH_d ≥ 10⁻⁸ ile < 10⁻⁷ /saat.
• SIL 4: Makine sektöründe genellikle uygulanmaz (proses endüstrisi için).

Gerekli SIL seviyesi, IEC 62061’in risk değerlendirme matrisi kullanılarak belirlenir. Bu matris şu parametreleri değerlendirir:

• Se (Severity): Yaralanmanın şiddeti — 4 seviye (geri dönüşümlü yaralanmadan ölüme kadar).
• Fr (Frequency): Tehlikeye maruz kalma sıklığı — 5 seviye (yılda birden sürekli maruziyete kadar).
• Pr (Probability): Tehlikeli olayın gerçekleşme olasılığı — 5 seviye.
• Av (Avoidance): Tehlikeden kaçınma imkânı — 5 seviye.

Donanım Arıza Toleransı (HFT) ve Tanılama Kapsamı (DC)

IEC 62061, güvenlik alt sistemlerini (SRP/CS) şu parametrelerle değerlendirir:

• HFT (Hardware Fault Tolerance): Sistemin tolere edebileceği donanım arızası sayısı. HFT=0 tek kanal, HFT=1 çift kanal anlamına gelir.
• SFF (Safe Failure Fraction): Güvenli arızaların toplam arızalara oranı. SIL 2 için minimum %60, SIL 3 için minimum %90 gereklidir (HFT=1 durumunda).
• DC (Diagnostic Coverage): Tanılama kapsamı — arızaların ne kadarının otomatik olarak tespit edilebildiğini gösterir.

İki Standardın Karşılaştırması

Kapsam ve Uygulama Alanı

ISO 13849-1, tüm teknolojileri (elektriksel, hidrolik, pnömatik, mekanik) kapsar. IEC 62061 ise yalnızca elektriksel, elektronik ve programlanabilir elektronik (E/E/PE) sistemleri kapsar. Bu nedenle hidrolik veya pnömatik güvenlik bileşenleri içeren sistemlerde ISO 13849-1 kullanılmalıdır.

PL ve SIL Eşleştirmesi

İki standardın güvenlik seviyeleri arasında yaklaşık bir eşleştirme yapılabilir:

• PL a → SIL karşılığı yok (SIL 1’in altında).
• PL b → SIL 1.
• PL c → SIL 1.
• PL d → SIL 2.
• PL e → SIL 3.

Hangi Standardı Ne Zaman Kullanmalı?

ISO 13849-1 tercih edilmeli:
– Elektromekanik bileşenler ağırlıklı basit güvenlik sistemlerinde.
– Hidrolik veya pnömatik güvenlik elemanları içeren sistemlerde.
– Standart güvenlik röleleri kullanılan uygulamalarda.
– Küçük ve orta ölçekli makine üreticilerinde (daha kolay uygulanabilir).

IEC 62061 tercih edilmeli:
– Karmaşık programlanabilir güvenlik sistemlerinde (güvenlik PLC’leri).
– Yüksek SIL seviyesi gerektiren uygulamalarda.
– Büyük ölçekli entegre güvenlik sistemlerinde.
– Proses endüstrisi ile makine endüstrisinin kesiştiği uygulamalarda.

Her iki standart birlikte kullanılabilir: Aynı makinede farklı güvenlik fonksiyonları için farklı standartlar uygulanabilir. Ancak tek bir güvenlik fonksiyonu için yalnızca bir standart seçilmelidir.

Risk Değerlendirme Süreci

Her iki standart da ISO 12100 (Makinelerin Güvenliği — Genel Tasarım Prensipleri — Risk Değerlendirmesi ve Risk Azaltma) ile başlayan sistematik bir süreç gerektirir:

1. Makine sınırlarının belirlenmesi: Kullanım amacı, mekanik sınırlar, ömür sınırları.
2. Tehlikelerin tanımlanması: Mekanik, elektriksel, termal, gürültü, titreşim, radyasyon vb.
3. Risk tahminleme: Her tehlike için şiddet, maruz kalma sıklığı ve kaçınma olasılığının değerlendirilmesi.
4. Risk değerlendirme: Riskin kabul edilebilir olup olmadığının belirlenmesi.
5. Risk azaltma: Tasarım önlemleri → koruyucu önlemler → bilgilendirme (3 adımlı yöntem).
6. Gerekli PL veya SIL seviyesinin belirlenmesi: Kalan risk için güvenlik fonksiyonunun güvenilirlik gereksinimi.

Pratik Uygulama Örnekleri

Örnek 1: Pres Makinesi Çift El Kumanda

Bir hidrolik pres makinesinde operatörün her iki elini kullanmasını zorunlu kılan çift el kumanda sistemi:

• Risk değerlendirmesi: S2 (ağır yaralanma), F2 (sürekli maruziyet), P2 (kaçınma imkânsız) → Gerekli PL e.
• Mimari: Kategori 4 — çift kanal, kapsamlı tanılama.
• Uygulama: İki adet güvenlik butonu + güvenlik rölesi (Pilz PNOZ veya Sick FX3) + çift kontaktör.
• Standart tercihi: ISO 13849-1 (elektromekanik bileşenler ağırlıklı).

Örnek 2: Robot Hücresi Güvenlik Sistemi

Bir endüstriyel robot hücresinin çevresindeki güvenlik bariyeri ve erişim kapısı sistemi:

• Risk değerlendirmesi: Se=4 (ölüm riski), Fr=5 (sürekli), Pr=4 (yüksek olasılık), Av=5 (kaçınma imkânsız) → Gerekli SIL 3.
• Mimari: HFT=1, SFF>%90, DC>%99.
• Uygulama: Güvenlik lazer tarayıcı (Sick microScan3) + güvenlik PLC (Siemens F-CPU) + güvenli hız izleme + güvenli duruş izleme.
• Standart tercihi: IEC 62061 (karmaşık programlanabilir sistem).

Dokümantasyon ve Pano Tasarımı

Güvenlik sistemlerinin dokümantasyonu, standartlara uygunluğun kanıtlanması açısından hayati önem taşır. Teknik dosyada bulunması gereken belgeler:

• Risk değerlendirme raporu (ISO 12100’e göre).
• Güvenlik fonksiyonları listesi ve gereksinimleri.
• PL veya SIL hesaplama raporu (SISTEMA çıktısı veya eşdeğeri).
• Elektrik şemaları ve bağlantı diyagramları.
• Doğrulama (validation) test raporları.
• Kullanım ve bakım talimatları.

Elektrik pano tasarımı ve EPLAN dokümantasyonu hakkında detaylı bilgi için EPLAN ve Pano Montaj Standartları yazımıza başvurabilirsiniz.

Avea Otomasyon’un Güvenlik Mühendisliği Yaklaşımı

Avea Otomasyon olarak, makine emniyetini projenin başlangıcından itibaren tasarım sürecine entegre ediyoruz. Güvenlik mühendisliği hizmetlerimiz şunları kapsar:

• ISO 12100’e göre kapsamlı risk değerlendirmesi.
• ISO 13849-1 veya IEC 62061’e göre güvenlik fonksiyonu tasarımı ve PL/SIL hesaplaması.
• SISTEMA yazılımı ile doğrulama ve dokümantasyon.
• Güvenlik PLC programlama (Siemens F-CPU, Pilz PSS 4000).
• CE teknik dosya hazırlama ve uygunluk beyanı desteği.
• Periyodik güvenlik denetimi ve güncelleme hizmetleri.

Güvenlik, tasarruf yapılacak bir alan değildir. Doğru standart seçimi, doğru mimari tasarım ve doğru uygulama ile hem yasal uyumluluk hem de gerçek koruma sağlanır.

---

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S1: Aynı makinede hem ISO 13849-1 hem de IEC 62061 kullanılabilir mi?

Evet, aynı makinede farklı güvenlik fonksiyonları için farklı standartlar uygulanabilir. Örneğin, basit bir acil durdurma devresi ISO 13849-1’e göre, karmaşık bir robot hücresi güvenlik sistemi ise IEC 62061’e göre tasarlanabilir. Ancak tek bir güvenlik fonksiyonunun değerlendirilmesinde yalnızca bir standart kullanılmalıdır; iki standardın aynı fonksiyon için karıştırılması kabul edilmez.

S2: SISTEMA yazılımı zorunlu mudur? Alternatif araçlar var mıdır?

SISTEMA kullanımı yasal olarak zorunlu değildir; ancak ISO 13849-1’e göre PL hesaplamasını sistematik ve hatasız yapabilmek için fiilen standart araç haline gelmiştir. Ücretsiz olması ve geniş bileşen kütüphanesi desteği en büyük avantajlarıdır. Alternatif olarak Pilz PAScal, Sick Safety Designer ve Rockwell SISTEMA gibi araçlar da mevcuttur. IEC 62061 hesaplamaları için ise genellikle Excel tabanlı özel hesaplama şablonları veya üreticilerin kendi yazılımları kullanılır.

S3: PL d ile SIL 2 arasındaki fark nedir, birbirinin yerine kullanılabilir mi?

PL d ve SIL 2, benzer tehlikeli arıza olasılığı aralığına (10⁻⁷ ile 10⁻⁶ /saat) karşılık gelir ve bu açıdan eşdeğer kabul edilebilir. Ancak iki standart farklı hesaplama yöntemleri, farklı mimari gereksinimler ve farklı doğrulama süreçleri kullanır. Bir güvenlik fonksiyonu için PL d hesaplandıysa, bu otomatik olarak SIL 2 uyumluluğu anlamına gelmez; her standart kendi çerçevesinde bağımsız olarak değerlendirilmelidir. Pratikte, bileşen üreticileri genellikle hem PL hem de SIL sertifikasyonu sunar.

---

Bizi Takip Edin

📷 Instagram: avea.otomasyon
📘 Facebook: Avea Otomasyon
💼 LinkedIn: Avea Otomasyon
📍 Google Maps: Yol Tarifi Alın
📍 Hızlı Ulaşım: g.page/AveAOtomasyon