Panoramica generale, situazione corrente e aggiornamenti in atto

Francesco Mirandola, Membro CEI CT 44, Esperto IEC TC 44

Introduzione

Gli ESPE, equipaggiamenti elettrosensibili di protezione, sono sensori idonei a proteggere i lavoratori dal rischio di infortunio causato da organi pericolosi in movimento del macchinario industriale. Se progettati, prodotti e installati in conformità con le rispettive norme tecniche contribuiscono in modo sostanziale ad aumentare la sicurezza dei luoghi di lavoro.

L’attivazione del sensore o meglio, la “domanda” di protezione, è generata dalla persona con la sua interazione con la macchina e la protezione viene ottenuta posizionando il sensore ad una cosiddetta “distanza di sicurezza” in modo tale che la persona, dopo aver oltrepassato la sua area sensibile, possa raggiungere gli organi pericolosi del macchinario solo a macchina ferma; sono pertanto adatti solo a macchine che si arrestano in tempi ragionevolmente rapidi dopo l’attivazione del sensore.

Anche se esistono da tempo norme generiche sulla sicurezza funzionale dei sistemi di controllo, come la IEC 61508, esse non tengono conto delle limitazioni specifiche della tecnologia di rilevamento del sensore.

Le norme sugli ESPE integrano le norme generiche sulla sicurezza funzionale fornendo ulteriori requisiti per garantire che la prestazione di sicurezza dichiarata sia mantenuta anche in presenza delle condizioni ambientali tipiche del macchinario industriale (disturbi elettromagnetici, interferenze luminose, vibrazioni, ecc.).

Ad oggi sono stati pubblicati 7 documenti, 3 norme internazionali e 4 specifiche tecniche, relativi a 4 diverse tecnologie di rilevamento (barriere fotoelettriche, laser scanner, sistemi di visione e radar).

È importante sottolineare che queste norme stabiliscono requisiti legati alla progettazione e funzionamento degli ESPE, non forniscono prescrizioni per quanto riguarda la scelta del tipo di ESPE in funzione dell’applicazione.

È compito del costruttore della macchina condurre un’analisi del rischio e stabilire quale tipo di ESPE sia più appropriato per una determinata applicazione.

Per questa scelta può essere di aiuto la Norma CEI EN IEC 62046, che fornisce indicazioni per la selezione e la corretta integrazione degli ESPE nel sistema di controllo di sicurezza della macchina.

Situazione corrente e aggiornamenti in atto

CEI EN IEC 61496-1:2021 Ed.4 “Sicurezza del macchinario – Apparecchi elettrosensibili di protezione – Parte 1: Prescrizioni generali e prove”

La Norma 61496-1 stabilisce requisiti generali di progetto e di prestazione comuni a tutti gli ESPE, a prescindere dalla tecnica di rilevamento utilizzata e deve essere necessariamente applicata congiuntamente ad una delle sue parti seconde relativa alla specifica tecnica di rilevamento.

Un ESPE può essere scomposto in tre principali sottoassiemi: dispositivo di rilevamento, dispositivo di comando e controllo e dispositivo di uscita. La norma fornisce requisiti di sicurezza funzionale specifici, in modo distinto, per ognuno dei tre sottoassiemi.

È in corso una revisione tecnica della norma che porterà ad una nuova edizione 5.

Le principali modifiche (discusse nel gruppo di lavoro e ancora da approvare) rispetto alla edizione in vigore, riguarderanno i seguenti punti:

1. Sono stati definiti meglio i requisiti di sicurezza dei “Tipi”

Sono definiti tre tipi di ESPE: Tipo 2, Tipo 3 e Tipo 4. I tre tipi differiscono per il livello di prestazione di sicurezza assicurata in presenza di guasti.

ESPE di Tipo 2

L’ESPE di Tipo 2 deve avere almeno una uscita di sicurezza (OSSD) che deve commutare dallo stato di ON allo stato di OFF tutte le volte che viene rilevata una intrusione nel campo protetto e, in aggiunta, deve avere una uscita secondaria (SSD) che deve essere nello stato di OFF quando l’ESPE non è alimentato e deve essere commutata in OFF quando l’OSSD, al rilevamento di un guasto pericoloso, viene comandato in OFF e in condizione di blocco. Il corretto funzionamento del SSD deve essere verificato all’accensione del dispositivo e prima che lo OSSD venga portato in ON.

L’ESPE di Tipo 2 usa un test periodico per rilevare guasti pericolosi.

Il test deve poter simulare un’intrusione nel campo protetto e può essere generato dall’esterno oppure essere generato in modo automatico internamente al dispositivo stesso.

Il test deve essere eseguito obbligatoriamente all’accensione prima che l’uscita di sicurezza OSSD e l’uscita SSD vengano portate in ON e periodicamente ad intervalli che dipendono dal ciclo di lavoro della macchina e dalla frequenza di esposizione al rischio.

La funzione di sicurezza può venir meno a causa di guasti o accumulo di guasti che possono capitare nell’intervallo fra due test consecutivi.

I guasti pericolosi devono essere rilevati in conformità con il livello di sicurezza SIL 1 (IEC 61508) oppure PLc (ISO 13849-1).

ESPE di Tipo 3

L’ESPE di Tipo 3 deve essere dotato di almeno due uscite di sicurezza indipendenti (OSSD1 e OSSD2). Se viene rilevata un’intrusione nel campo protetto entrambi gli OSSD devono commutare da ON a OFF.

I guasti pericolosi che provocano una perdita completa della capacità di rilevamento del sensore devono essere rilevati entro il tempo di risposta dichiarato e devono comandare gli OSSD in OFF e in condizioni di blocco.

I guasti pericolosi che provocano un degrado della capacità di rilevamento del sensore devono essere rilevati entro 5 secondi dal verificarsi del guasto e devono comandare gli OSSD in OFF e in condizioni di blocco.

I guasti pericolosi che provocano un aumento del tempo di risposta dichiarato o che bloccano in ON uno dei due OSSD devono essere rilevati entro il tempo di risposta oppure immediatamente nei seguenti casi:

• se viene richiesta la funzione di sicurezza (es. Intrusione nel campo protetto)
• all’accensione del dispositivo
• all’azionamento del pulsante di reset o del pulsante di interblocco all’avviamento
• all’attivazione della funzione di test

e devono portare gli (oppure lo) OSSD in OFF e in condizioni di blocco.

I guasti pericolosi devono essere rilevati in conformità al livello di sicurezza SIL 2 (IEC 61508) oppure PLd con Categoria 2 e DC ≥ 90% oppure con Categoria 3 (ISO 13849-1)

ESPE di Tipo 4

L’ESPE di Tipo 4 deve essere dotato di almeno due uscite di sicurezza indipendenti (OSSD1 e OSSD2). Quando viene rilevata un’intrusione nel campo protetto entrambe devono commutare dallo stato di ON allo stato di OFF entro il tempo di risposta dichiarato.

I guasti pericolosi che provocano una perdita della capacità di rilevamento del sensore devono essere rilevati entro il tempo di risposta dichiarato e devono comandare gli OSSD in OFF e in condizioni di blocco.

I guasti pericolosi che provocano un aumento del tempo di risposta oltre il valore dichiarato o che bloccano in ON uno dei due OSSD devono essere rilevati entro il tempo di risposta dichiarato oppure immediatamente:

• se viene richiesta la funzione di sicurezza (es. Intrusione nel campo protetto)
• all’accensione del dispositivo
• all’azionamento del pulsante di reset o del pulsante di interblocco all’avviamento

e devono portare gli (oppure lo) OSSD in OFF e in condizioni di blocco.

Nel caso che un guasto, che di per sé non procura un funzionamento pericoloso, non venga rilevato, allora il verificarsi di un ulteriore guasto sommato a quello non rilevato non deve produrre un funzionamento pericoloso (ad esempio, impossibilità di commutazione degli OSSD da ON a OFF).

I guasti pericolosi devono essere rilevati in conformità al livello di sicurezza SIL 3 (IEC 61508) oppure PLe (ISO 13849-1).

Per tutti i “Tipi”, dal verificarsi di una condizione di blocco è possibile ritornare al funzionamento normale solo dopo ave riparato il guasto.

2. Sono stati modificati i requisiti per l’elettronica programmabile e per il SW

L’edizione 4 in vigore contiene requisiti per integrità funzionale del software e dell’hardware che sono ormai superati, quantunque corretti. Sono stati pertanto eliminati i paragrafi 4.2.9, 4.2.10 e 4.2.11 e 5.5. Al loro posto è stato aggiunto un nuovo paragrafo 4.3.9 per l’elettronica complessa o programmabile che per i requisiti di integrità funzionale dell’hardware e del software fa riferimento alle IEC 61508 e alla ISO 13849-1.

3. È stata aggiunta la possibilità di avere ESPE con range di temperatura limitato

Si offrirà la possibilità di restringere l’intervallo di temperatura di funzionamento da 0 °C/+50 °C a 5 °C/+40 °C subordinato all’obbligo di monitoraggio della temperatura. ESPE che dichiarano un range di temperatura ambiente 5 °C/+40 °C devono commutare gli OSSD in OFF se viene rilevata una temperatura ambiente eccedente questi limiti. I guasti del circuito di monitoraggio che potrebbero impedire un corretto rilevamento della temperatura (guasti pericolosi) devono essere rilevati secondo il livello di sicurezza SIL1/PLc e devono comandare gli OSSD in OFF e in condizioni di blocco.

La funzione di monitoraggio della temperatura ambiente è una funzione di sicurezza accessoria necessaria solo se per l’ESPE viene specificata una temperatura ambiente 5 °C/+40 °C. I requisiti di sicurezza e validazione della funzione di monitoraggio della temperatura ambiente saranno inseriti nell’Allegato A (Optional Functions).

4. È stato inserito il requisito di immunità alle interferenze luminose dovute a lampade a LED ed è stato eliminato il requisito di immunità alle lampade fluorescenti perché non più usate.
5. La funzione accessoria Stopping Performance Monitor (SPM) verrà eliminata perché obsoleta e non usata.
6. È stato inserito un nuovo Allegato C che chiarisce la relazione fra la serie di Norme IEC 61406 e la IEC 62998-1 per quanto riguarda gli aspetti di capacità sistematica dell’ESPE. In particolare, fornirà una corrispondenza fra i Tipi di ESPE e le classi di prestazione di sicurezza (SRC) della nuova IEC 62998-1 (sono in corso i lavori per trasformare la Specifica Tecnica TS 62998-1 in Norma IEC 62998-1).

La pubblicazione della edizione 5 della Parte 1 è stimata per il 2027.

Questa revisione non prende in considerazione l’uso di intelligenza artificiale.

CEI EN IEC 61496-2:2021 Ed.4 “Sicurezza del macchinario – Apparecchi elettrosensibili di protezione – Parte 2: Prescrizioni particolari per l’equipaggiamento che utilizza dispositivi di protezione fotoelettrici attivi (AOPD)”

La Norma CEI EN IEC 61496-2 fornisce prescrizioni specifiche di progettazione, costruzione e prove per dispositivi di protezione fotoelettrici attivi (AOPD) e deve essere applicata congiuntamente alla CEI EN IEC 61496-1.

Cosa si intenda per AOPD è chiarito nella definizione 3.1

AOPD: device whose sensing function is performed by opto-electronic emitting and receiving elements detecting the interruption of optical radiations by an opaque object.

La norma prende in considerazione due configurazioni: AOPD punto-punto e AOPD a riflessione con riflettore cooperante.

AOPD Punto- Punto

AOPD a riflessione

Esempi di AOPD sono: barriere di sicurezza a cortina, barriere di sicurezza multi-beam, fotocellule di sicurezza e assiemi di fotocellule di sicurezza.

Poiché la IEC 61496-2 e la IEC 61496-1 sono gestite dallo stesso gruppo di lavoro IEC e condividono lo stesso Convenor, si è deciso di dar corso alla revisione di questa Parte 2 contemporaneamente alla revisione della Parte 1.

È prevista una sola modifica sostanziale rispetto all’edizione 4 (in vigore) e riguarda il requisito di immunità alle interferenze luminose dovute alle sorgenti a LED. È pertanto stato inserito il relativo test. Contemporaneamente è stato eliminato il test di immunità per le lampade fluorescenti ormai obsolete.

Con l’occasione, saranno rifatte, per maggior chiarezza, tutte le figure relative alle configurazioni di prova per interferenze luminose.

La pubblicazione della edizione 5 della Parte 2 è stimata nel 2027.

CEI EN IEC 61496-3:2025 Ed.4 “Sicurezza del macchinario – Equipaggiamento elettrosensibile di protezione – Parte 3: Prescrizioni particolari per dispositivi di protezione fotoelettrici attivi che rispondono alla riflessione diffusa (AOPDDR)”

Questa Parte 3 della CEI EN IEC 61496 stabilisce i requisiti specifici di progetto, fabbricazione e metodi di prova per dispositivi di protezione optoelettronici attivi sensibili alla riflessione diffusa (AOPDDR) e deve essere applicata congiuntamente alla CEI EN IEC 61496-1.

AOPDDR (definizione 3.301)

device using active optical radiation to detect the diffuse reflection of an object present in a detection zone specified in two or three dimensions.

Sono definiti due tipi di AOPDDR:

AOPDDR-2D

L’AOPDDR-2D effettua la scansione di una zona protetta bidimensionale mediante emissione di luce infrarossa impulsata o modulata.

Esempio: laser scanner con una o più zone di rilevamento.

AOPDDR- 3D

L’AOPDDR-3D può avere una o più zone di rilevamento specificate in tre dimensioni. Le zone di rilevamento sono in genere configurate come volumi a forma di piramide o di cono.

Esempio: Telecamere a tempo di volo (TOF) che eseguono misurazioni di distanza su più pixel. Sono possibili configurazioni con più di una zona di rilevamento per eseguire misurazioni di distanza in volumi diversi.

La norma esclude esplicitamente i sensori tipo i proximity switches e gli apparecchi che impiegano altre sorgenti di luce oltre a quella propria di scansione.

L’edizione 4 è stata pubblicata nel 2025, è una norma stabile e rispetto all’edizione precedente ha avuto solo piccole modifiche:

1. è stato inserito il requisito di test per immunità alle interferenze luminose dovute alle sorgenti a LED e, contemporaneamente, è stato eliminato il test di immunità per le lampade fluorescenti (così come fatto per la Parte 2)
2. è stato modificato il requisito di probabilità minima di rilevamento dei guasti per l’AOPDDR di Tipo 2; ora è 1,2 x 10^-6
3. è stato modificato l’allegato AA sul calcolo delle distanze di sicurezza per allineare la norma alla UNI EN ISO 13855: 2024.

CEI EN IEC 62046:2021 “Sicurezza del macchinario – Applicazione dei dispositivi di protezione per rilevare la presenza di persone”

Questa Norma serve per far fronte alle esigenze del costruttore o dell’utilizzatore della macchina, a differenza delle norme della serie IEC 61496 che sono in effetti vere e proprie norme di prodotto indirizzate al progettista del sensore.

La CEI EN IEC 62046 dà raccomandazioni per la scelta, il posizionamento, la configurazione e la messa in servizio di dispositivi elettrosensibili (ESPE) e tappeti e bordi sensibili in grado di rilevare la presenza momentanea o continua di persone di età superiore a 14 anni che operano nei pressi di zone pericolose del macchinario industriale.

Se usati correttamente secondo i dettami della Norma:

• riducono la probabilità che si verifichi la situazione pericolosa;
• impongono una limitazione alla durata dell’esposizione al pericolo;
• aumentano la possibilità di evitare il danno o almeno ridurne l’intensità.

ESPE e Tappeti e Bordi sensibili di sicurezza vengono indicati in questo documento con l’acronimo SPE (Sensitive Protective Equipment).

La Norma nasce come applicazione del Passo 2 (realizzazione di misure di protezione aggiuntive e/o misure di protezione complementari) del metodo di riduzione del rischio della ISO 12100, noto come metodo a tre passi.

È in fase finale una ristrutturazione tecnica completa della norma che porterà ad una nuova edizione 2 (Il documento FDIS è stato inviato ai Comitati Tecnici nazionali per voto finale).

Con l’occasione, il documento è stato ristrutturato completamente. I vari argomenti sono ora più allineati al flusso logico che deve compie il progettista della macchina, vale a dire:

1. scelta del tipo di dispositivo di protezione in funzione delle caratteristiche della macchina
2. scelta del tipo di dispositivo di protezione in funzione delle caratteristiche ambientali dove dovrà operare lo SPE
3. scelta del tipo di dispositivo di protezione in funzione delle dimensioni e caratteristiche delle parti del corpo da rilevare
4. integrazione del SPE nel sistema di controllo della macchina
5. installazione dello SPE sulla struttura della macchina in modo da assicurare una protezione efficace
6. validazione del livello di protezione raggiunto.

Il documento è composto da 9 paragrafi e 8 allegati informativi e tiene già conto dei numerosi cambiamenti sul calcolo delle distanze di sicurezza apportati alla nuova edizione della UNI EN ISO 13855: 2025.

I numerosi allegati contengono esempi per illustrare i principi della norma. Viene chiarito che gli esempi proposti non intendono indicare l’unica soluzione per una determinata applicazione e non intendono limitare l’innovazione o il progresso tecnologico. Gli esempi sono forniti solo come soluzioni rappresentative per illustrare alcuni dei concetti espressi nel testo della norma e sono stati semplificati per chiarezza, pertanto non rappresentano soluzioni complete.

Nuovi allegati:

• Allegato E: spiega come gestire la commutazione automatica delle zone di rilevamento in applicazioni di AOPD e AOPDDR che richiedono la selezione automatica di più aree protette anche con forme e/o dimensioni diverse
• Allegato H: fornisce indicazioni sul calcolo del livello di sicurezza (SIL / PL) che può essere raggiunto per le configurazioni di muting più usate
• Allegato D: dà indicazioni sul calcolo della distanza di sicurezza per dispositivi radar (RPD) in funzione della direzione di avvicinamento alla zona sensibile.

La CEI EN IEC 62046, nonostante l’importanza che riveste per i costruttori di macchine, non è armonizzata per la Direttiva 2006/42/CE; non è peraltro escluso che in futuro questa decisione possa essere rivista e venga armonizzata al Regolamento UE 2023/1230.

Le seguenti specifiche tecniche sono documenti stabili per i quali ad oggi non sono previsti aggiornamenti o revisioni:

• IEC TS 61496-4-2:20222 “Safety of machinery – Electro‐sensitive protective equipment – Part 4-2: Particular requirements for equipment using vision based protective devices (VBPD) – Additional requirements when using reference pattern techniques (VBPDPP)”
• IEC TS 61496-4-3:2022 ED.2 “Safety of machinery – Electro‐sensitive protective equipment – Part 4-3: Particular requirements for equipment using vision based protective devices (VBPD) – Additional requirements when using stereo vision techniques (VBPDST)”
• IEC TS 61496-5:2023-08+COR1:2023-10 “Safety of machinery – Electro-sensitive protective equipment – Part 5: Particular requirements for radar-based protective Devices”.