カテゴリ１の安全関連部に対するパフォーマンスレベルの計算事例を紹介します。
前提条件
ここでは、部品加工設備に対して組み込まれたカテゴリ１の安全関連部のパフォーマンスレベルを求めていきます。
設備概要
図１の部品加工の設備を対象とします。
- モータが回転することにより、部品加工が行われる
- 設備には扉が１カ所ついており、そこから部品の出し入れと設備の内部清掃を行なう
- 設備内へは、身体の一部しか入れることができないため、設備内作業中は身体が障壁となり、扉を閉めることはできない
- 操作用（起動、停止）の押しボタンと、モータの停止状態を表示するランプ（緑）を備えている
運転方案
図１の設備に対して、下記の方案（図２）とします。
- Startボタン押下で設備が起動（モータが回転）する
- Stopボタン押下で設備が停止（モータが停止）する
- モータを停止させているときは、ランプ（緑）を点灯させる
- ランプ（緑）が点灯していることを確認してから設備内作業を開始する（安全確認）
- 扉を開いた時には、モータを停止させる（停止忘れ時のバックアップ機能）
稼動条件
この設備を下記の条件で動かすものとします。
- １０分に１回、起動・停止および扉の開閉を行う。
- 扉の開閉は、停止状態で行うものとする。
- 稼動時間は、１６時間／日（８時間×２交代）
- 稼動日数は、２４０日／年
- 安全機能の確認テストを １回／日 行う。（始業前点検）
回路構成
これらに対する回路を図３で構成するものとします。
安全機能
この設備の安全機能は、扉に対するインターロックです。
仕様は下記のようになります。
- 扉Openで、設備停止かつ予期しない起動を防止
- 停止カテゴリ０
- 入力: ドアスイッチ（LS) ,出力: 主回路コンタクタ（Q）
パフォーマンスレベル計算
安全機能の回路
前述の回路に対して、安全機能に影響する部分は、図４の網掛け部となります。
ブロック図
これをブロック図に変換すると、図５のようになります。
コンポーネント情報
図５のコンポーネントに対するは、下記の通りとします。（ISO13849-1 表C.1より）
- ドアスイッチ（LS）：B10d＝20,000,000
- コンタクタ 主回路（Q主）：B10d＝1,300,000 、 補助接点（Q補）：B10d＝20,000,000
なお、ドアスイッチ、コンタクタとも十分吟味されたコンポーネントであるとします。
MTTFd～PFHd、パフォーマンスレベルまで
これでパフォーマンスレベル計算を行う前提条件はすべて揃いましたので、計算を進めていきます。
Nop
1年間の稼動回数はすべて同じ値で、
（６回／時×１６時間／日＋１回／日）×２４０日／年 ＝ ２３，２８０回／年
と算出されます。
MTTFd
各コンポーネントのMTTFdは
ＬＳ 20,000,000／（0.1×23,280）＝ 8,591年
Ｑ補 20,000,000／（0.1×23,280）＝ 8,591年
Ｑ主 1,300,000／（0.1×23,280）＝ 558年
となり、システム全体のMTTFdは
１／８，５９１ ＋ １／８，５９１ ＋ １／５５８ ＝ １／４９３
４９３年と求まります。
DCavgとCCF
今回は、カテゴリ１なので、対象外です。
PFHdとパフォーマンスレベル
これまでの情報をまとめると、表６のようになり、ISO13849-1 附属書Kより、
PFHd＝１．１４×１０-6 、PL＝c
となりました。
おまけの考察
今回、コンタクタのMTTFdが558年に対して、システム全体のMTTFdは493年と、１割減程度の数値になっており、それほど差が無いと言えます。
これは、MTTFdを求める際に、逆数の和を用いている関係上、最も桁が低いMTTFdに近い数字になってしまう特性によるものです。
設計時の概算であれば、これを逆手にとって、最も桁数の低いMTTFdのコンポーネントのみでシステム（またはチャネル）のMTTFdを求めて、その１～３割減がシステム全体のMTTFdとすると、効率良く暗算で設計が進められます。
まとめ
今回は、カテゴリ１のパフォーマンスレベル計算事例を紹介しました。
ブロック図まで作ってしまえば、あとは型に当てはめていくだけですので、それほど難しくありません。
逆にブロック図の作成を間違えてしまったり、複雑にしてしまうと、パフォーマンスレベルを算出できなくなりますので、シンプルな設計を心がけていきましょう。
参考文献： ISO13849-1:2015
