Safety Integrated obecné zásady versus použitelné komponenty. Bezpečnostní funkce Základy Normy komponenty

Transkript

1 obecné zásady versus použitelné komponenty Bezpečnostní funkce komponenty

2 Ohrožení vlivem chybné funkce Chybná funkce stroje představuje potencionální nebezpečí.. člověk stroj proces Proto musí být stroje vybaveny odpovídajícími bezpečnostními prvky a funkcemi. Předpisy k nim jsou specifické zemi resp. region. V evropské unii je např. předepsáno CE-označení pro všechny stroje, které jsou uvedeny do provozu. Pomocí CE-označení potvrzuje výrobce, že jeho stroj odpovídá evropským směrnicím pro stroje. Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 2

3 Evropské směrnice pro stroje Evropské směrnice pro stroje předepisují: Výrobci strojů a zařízení musí před vlastní konstrukcí provést analýzu a posouzení možných rizik. Do provozu mohou být uvedeny pouze stroje s akceptovatelným rizikem tzv. bezpečné stroje. stroj nebezpečí Analýza a posouzení rizik pro minimalizaci rizik Proces je předepsán zákonodárcem a zakotven v normách nebezpečí akceptovatelné riziko Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 3

4 procesu Proces Analýza a posouzení rizik pro minimalizaci rizik akceptovatelné riziko stanovení výše škod, pravděpodobnost vzniku, zamezitelnost Rozdělení do tříd Upravený návrh stroje nebo procesu další opatření pro minimalizaci nebezpečí použití bezpečnostní techniky Prokázáno: certifikátem Přejímacím protokolem Při procesu zohledňují všechny země stejné základní principy, ale konkrétní předpisy pro realizaci jsou stanoveny v národních resp. regionálních normách. Rozhodujicí jsou platné směrnice a normy v místě nasazení zařízení resp. stroje. Zodpovědnost za dodržení norem leží na výrobci Stroje resp. zařízení.! Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 4

5 Mezinárodní bezpečnostní normy Europa: Svět IEC, ISO např. IEC 61508, IEC 62061, ISO USA: Evropa: Japonsko: UL, ANSI EN z.b. EN 954 JIS Rozhodující jsou platné předpisy a normy v místě nasazení stroje resp. zařízení. Evropské normy a předpisy jsou celosvětově uznávané. Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 5

6 Rozdělení norem Bezpečnostní normy jsou hierarchicky rozděleny do 3 skupin: základní normy skupinové normy odborné normy např. EN IEC ISO B1-normy B1-Normen všeobecné bezpeč- IEC Allg. Sicherheitsaspekte Nostní aspekty TYP A-normy Tvorba směrnic a základní pojmy pro stroje TYP B-normy TYP C-normy např.: IEC B2-normy Vazba na speciální bezpečnostní zařízení např.: IEC specifické bezpečnostní vlastnosti jednotlivých typů strojů (např. lisů). Pokud taková specifická norma existuje, musí být použita (zohledněna)! Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 6

7 Relevantní normy vzniklé v minulosti v různých zemích byly harmonisovány a redukovány na několik málo evropských norem. Často používaná norma EN bude po přechodovém termínu do října 2009 zrušena. Zbylé relevantní normy: IEC 61508: IEC 62061: ISO : IEC : Základní norma pro bezpečnostní fukce (zahrnuje např. také PLC) Aplikační norma pro stavbu strojů. Pokrývá elektrickou a elektronickou bezpečnostní techniku. Aplikační norma pro stavbu strojů. Zahrnuje elektrickou, elektronickou a další techniku (např. pneumatiku, hydrauliku). Nahrazuje normu EN Produktově specifická norma pro elektrické pohony s integrovanými bezpečnostními funkcemi. IEC a ISO se většinou vztahují na posouzení a vyhodnocení rizik na strojích, IEC a IEC se naopak zabývají posouzením rizik u bezpečnostních zařízení (např. také PLC). Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 7

8 Stop-kategorie podle EN Zstavení pohonu při Not-Halt může probíhat různými způsoby. EN proto definuje 3 stop-kategorie: Stop-kategorie 0: Přívod energie je okamžitě odpojen odpojení elektromechanicky nebo elektronicky galvanické oddělení není požadováno n Energie vypnuta doběh unkontrolliert t Stop-kategorie 1 Pohon je elektricky (řízeně) zastaven V klidovém stavu je přívod energie odpojen odpojení elektromechanicky nebo elektronicky galvanické oddělení není požadováno n Energie zůstává brždění Energie vypnuta t nekontrolováno Stop-kategorie 2 Pohon je elektricky (řízeně) zastaven V klidovém stavu je přívod energie zachován n Energie zůstává Brždění kontrolováno t Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 8

9 Definice podle normy IEC Pro bezpečnost pohonů platí produktová norma IEC Zde jsou definovány jednotlivé funkce, např.: Funkce pro zastavení pohonu: Safe Torque Off (STO): bezpečné odpojení momentu (Stop-Kat. 0) Safe Stop 1 (SS1): Aktivní zastavení, pak odpojení momentu (Stop-Kat. 1) Safe Stop 2 (SS2): Aktivní zastavení, pak moment zachován (Stop-Kat. 2) Safe Brake Control (SBC): bezpečné řízení brzdy Funkce pro hlídání otáček: Safe Operating Stop (SOS): Safely-Limited Speed (SLS): Safe Speed Monitor (SSM): Další funkce: Safely-Limited Position (SLP): Safe Direction (SDI): bezpečné držení pozice bezpečné limitované otáčky Signál, pokud jsou otáčky pod definovanou hranicí bezpečná oblast pojezdu bezpečný směr otáčení Certifikovaná bezpečnost pohonů díky normovaným funkcím Redukované náklady pro bezpečnostní koncepty a převzetí stroje Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 9

10 a a příslušných bezpečnostních stupňů Velikost rizika se zjišťuje z: závažnost poranění četnost a/nebo délka trvání Možnost zamezení Přesný výpočet se liší a je specifický pro danou normu. těžké Wie schwer lehké sotva možné možné často zřídka V závislosti na výšce rizik je vyžadován určitý bezpečnostní stupeň. Označení bezpečnostních stupňů je následující: norma EN 954-1: Kategorie B, 1-4 norma ISO : Performance Level a - e (PL) norma IEC 62061: Safety Integrity Level 1-3 (SIL) Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 10

11 Určení potřebné kategorie podle EN Riziko je dáno : Závažnost poranění (S) četnost atrvání(f) možnost zamezení (P) Grafické určení: S F P Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 11

12 Určení potřebného PL podle ISO Riziko je dáno : Riziko poranění (S) četnost atrvání(f) možnost zamezení (P) Grafické určení: Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 12

13 Určení potřebné SIL podle IEC vzorec: Pravděpodobnost výskytu poruchy (třída K) Risiko = Riziko poranění (S) četnost atrvání(f) pravděpodobnost nebezpečí (W) možnost zamezení (P) příklad: Riziko (S) poranění Třída poruchy (K) SIL Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 13

14 Význam kategorií v normě EN Kategorie v normě EN definují různé požadavky na realizaci a chování systému: Kat. B Definice Bezpečnostní prvky řízení musí být koncipovány tak, aby čelily očekávaným vlivům okolí, např. teplotě, EMV. (základní opatření) Kat. B plus spolehlivá technika a principy (předimenzování, zdvojené kontakty,...) Kat. B plus cyklický test systému Kat. B plus rozpoznání jednoduché chyby, dosažení bezpečného stavu v případě poruchy Kat. B, plus rozpoznání jednoduché chyby, žádné ohrožení vlivem vícenásobné poruchy nebo rozpoznání vícenásobné poruchy zejména nasazení spolehlivých komponentů zejména. odpovídající řídicí struktury Tyto definice kategorii pokrývají nedostatečně například softwarové aspekty. Proto se norma EN nahrazuje normou ISO Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 14

15 Význam bezbečnostních stupňů u IEC a ISO Bezpečnostní stupně SIL příp. PL stanovují, jaká musí být spolehlivost bezpečnostního systému: bezpečnostní požadovaná spolehlivost opatření pro dosažení stupeň bezpečnostního systému dané spolehlivosti SIL PL (počet výpadků za hodinu) - PL a 10-5 až 10-4 SIL 1 PL b 3x10-6 až 10-5 SIL 1 PL c 10-6 až 3x10-6 SIL 2 PL d 10-7 až 10-6 SIL 3 PL e 10-8 až 10-7 spolehlivost Nasazení spolehlivých prvků, Pravidelná kontrola funkce, automatické rozpoznání poruchy, Redundantní provedení, Redundance + rozpoznání poruchy Při konkrétním nasazení bezpečnostního systému je jeho pravděpodobnost výpadku stejně důležitá jak pravděpodobnost nebezpečí. IEC a ISO definují také kvantitativní riziko a zacházejí tím dále oproti normě EN Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 15

16 Porovnání norem EN 954-1, ISO a IEC EN ISO IEC Kat. B PL a - Kat. 1 PL b SIL 1 Kat. 2 PL c SIL 1 Kat. 3 PL d SIL 2 Kat. 4 PL e SIL 3 SIL a PL jsou srovnatelné v obou směrech. SIL a PL jsou také porovnatelné s kategoriemi normy EN Opačně ale není srovnání možné, protože norma EN obsahuje pouze kvalitativní formulace. Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 16

17 Bezpečný stroj Certifikáty pro bezpečnostní prvky Efektivním opatření k dosažení akceptovatelného rizika je použití certifikovaných bezpečnostních prvků (zařízení): Výrobce stroje Analýza rizik a zhodnocení bezpečnostní prvky opatření k minimalizaci rizik akceptovatelné riziko Bezpečnostní prvky musí být testovány podle relevantních norem. Obdržíte certifikát o dosaženém bezpečnostním stupni, např. SIL 3. Testování / přejímka probíhá přes TÜV, BG / BGIA nebo podobné zkušebny. SIL3 Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 17

18 Princip bezpečnostního systému Bezpečný sytém sestává vždy z komponentů pro: zachycení vyhodnocení reakci zachycení: příkazy, provozní režim, stav stroje a ochranných zařízení signálu: rozpoznání nebezpečné situace a zjištění vhodné reakce & 1 reakce: provedení odpovídající reakce OFF tlačítka a senzory Relé nebo řízení stykače, hlásiče, výkonové členy, Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 18

19 Výpočet pravděpodobnosti výpadku (PFH D -hodnota) ISO a IEC definují spolehlivost bezpečnostního systému kvantitativně přes pravděpodobnost výpadku (PFH D = Probability of Dangerous Failure per Hour). PFH D -hodnoty jednotlivých komponentů udává jejich výrobce. pravděpodobnost výpadku celého systému se získá ze sumy PFH D -hodnot dílčích systémů amusíbýt přepočítána. Dílčí systém zachycení Dílčí systém vyhodnocení Dílčí systém reakce nebo PFH D + PFH D + PFH D = PFH D Celý systém Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 19

20 klasické řešení: externí zapojení Bezpečnostní technika Automatizace zachycení vyhodnocení řízení Konvenční sběrnice decentrální periferie reakce pohon Externí komponenty (relé, stykače, ) Dvoukanálové zapojení Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 20

21 moderní řešení: integrovaná bezpečnost Bezpečnostní technika Integrovaná do Automatizace zachycení vyhodnocení Bezpečné řízení Bezpečná sběrnice decentrální periferie s F-moduly reakce pohon s integrovanou bezpečností řízení, pohon a periferie s 2-kanálovým zapojením sběrnice s bezpečným protokolem Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 21

22 pro výrobce a obsluhu strojů Externí komponenty Montáž bezpečnost. přístrojů drátování Test funkcí znamená: Parametrizace bezpečnostních funkcí Test funkcí méně hardwaru (náhradních dílů) a s tím redukce objemu rozváděče Bezúdržbové prvky a komponenty bez opotřebení Rychlejší instalace a uvedení do provozu Vyžší flexibilita při rozšiřování a úpravách Jednoduché předání stroje díky certifikovaným funkcím Úspora času a nákladů u každého vyrobeného stroje Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 22

23 program mezinárodní certifikáty Siemens Safety-program zahrnuje bezpečné a certifikované: senzory a ovládací prvky spínače, řízení a komunikaci Systémy Motion Control a pohony Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 23

24 Komponenty pro zachycení zachycení Bezpečnostní senzory: Spínací lišty SIMATIC Sensors Světelné zástěny SIMATIC Sensors Světelné závory SIMATIC Sensors Laserové scanery SIMATIC Sensors Snímací přístroje: Polohové spínače SIRIUS Magnetické spínače SIRIUS Povelové přístroje: Tlačítka (např. Not-Halt) SIRIUS Lankové spínče SIRIUS Dvouruční ovládání SIRIUS Pedály SIRIUS Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 24

25 Polohové spínače Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 25

26 Bezpečnostní senzory Pro zajištění nebezpečných prostor a ochranu přístupu v uzavřených prostorách Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 26

27 Komponenty pro vyhodnocení Speciální bezpečnostní komponenty: Bezpečnostní přístroje SIRIUS 3TK28 Bezpečnostní monitor SIRIUS 3TK28 Bezpečný Bussystem ASIsafe ovatelné bezpečnostní přístroje MSS : Bezpečné PLCs SIMATIC S7 300F, 400F bezpečné Bussystemy PROFIBUS / PROFINET sprofisafe Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 27

28 Bezpečnostní relé 3TK28 Bezpečnostní relé jsou nasazovány tam, kde je požadováno bezpečné a spolehlivé vypnutí v případě nebezpečí. Různé provedení uvolňovacích okruhů (elektronické, releové, pomocný stykač,...) Různé integrované funkce (rozpoznání křižného zkratu, zpětný okruh, varianty startu,...) částečně projektovatelné přes DIP-přepínače částečně možnost připojení více senzorů Komponenty k dispozici až pro Kat 4 (EN954-1) resp. SIL 3 (IEC 61508) Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 28

29 Bezpečné PLC-řízení Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 29

30 Komponenty pro reakci (aktory) speciální bezpečnostní komponenty: stykače SIRIUS : bezpečné motorstartery SIRIUS Safety motorstartery SIMATIC ET200S/ET200pro Motorstartery bezpečné pohony: SIMATIC ET200S/ET200pro FC SINAMICS G120, G120D, G150 SINAMICS S120, S150 Bezpečné řízení Motion Control SIMOTION, SINUMERIK 840D powerline, SINUMERIK 840D sl reakce Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 30

31 ET200 bezpečné periferie Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 31

32 ET200S bezpečné motorstartery Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 32

33 Bezpečný pohon SIMATIC ET200S FC Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 33

34 Bezpečné pohony SINAMICS G120 a G120D Moderní, modulární jednoosý pohon malých až středních výkonů (0,3 až 90kW) s integrovanou bezpečnostní technikou, vyspělou komunikací a rekuperací G120D - moderní měnič ve vysokém stupni krytí s výkony od 0,75 do 7,5kW pro decentralizované aplikace Bezpečnostní funkce: Safe Torque Off SLS Safe Stop 1 Safe Brake Control (ne G120D) Certifikováno podle EN954-1 (Kat 3) a IEC (SIL 2) Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 34

35 Bezpečné pohony SINAMICS G130 a G150 univerzální řešení pohonu pro jednu osu s vysokým výkonem Rozsah výkonů 75 až 800kW (G130) resp. až 1500kW (G150) U/F-řízení a vektorové řízení s/bez snímače Bezpečnostní funkce : Safe Torque Off Safe Stop 1 Certifikováno podle EN (Kat 3), IEC (SIL 2) a ISO (PL d) Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 35

36 Bezpečné pohony SINAMICS S150 Náročné jednoosé aplikace s velkým výkonem Rozsah výkonů 75 až 1200kW U/F-řízení a vektorové řízení s/bez snímače Vysoká kvalita pohonu a spolehlivost pro náročné procesy Bezpečnostní funkce: Safe Torque Off Safe Stop 1 Certifikováno podle EN (Kat 3), IEC (SIL 2) a ISO (PL d) Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 36

37 Bezpečné pohony SINAMICS S120 Univerzální systém pohonů pro stavbu strojů a zařízení Výkonový rozsah 0,12 až 4500kW Pro jedno a víceosé aplikace se synchronními a asynchronními motory Pro dynamické až vysocedynamické aplikace Pro polohování a aplikace Motion Control Bezpečnostní funkce: Safe Torque Off / Safe Brake Control Safe Stop 1 Safe Stop 2 Safe Operating Stop Safely Limited Speed Safe Speed Monitor Certifikováno EN (Kat 3), IEC (SIL 2) a ISO (PL d) Setkání pohonářů - Milovy 2008 Strana 37

38 SIMOTION Děkuji za pozornost Ing. Radek Novotný Tel: Siemens s.r.o. Technická 15, Brno