Anwendungsbeispiel 10/2015. Not-Halt in PL e. SINUMERIK Safety Integrated

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1 Anwendungsbeispiel 10/2015 Not-Halt in PL e SINUMERIK Safety Integrated

2 Gewährleistung und Haftung Gewährleistung und Haftung Hinweis Die Anwendungsbeispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten. Die Anwendungsbeispiele stellen keine kundenspezifischen Lösungen dar, sondern sollen lediglich Hilfestellung bieten bei typischen Aufgabenstellungen. Sie sind für den sachgemäßen Betrieb der beschriebenen Produkte selbst verantwortlich. Diese Anwendungsbeispiele entheben Sie nicht der Verpflichtung zu sicherem Umgang bei Anwendung, Installation, Betrieb und Wartung. Durch Nutzung dieser Anwendungsbeispiele erkennen Sie an, dass wir über die beschriebene Haftungsregelung hinaus nicht für etwaige Schäden haftbar gemacht werden können. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen an diesen Anwendungsbeispiele jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichungen zwischen den Vorschlägen in diesem Anwendungsbeispiel und anderen Siemens Publikationen, wie z. B. Katalogen, hat der Inhalt der anderen Dokumentation Vorrang. Für die in diesem Dokument enthaltenen Informationen übernehmen wir keine Gewähr. Unsere Haftung, gleich aus welchem Rechtsgrund, für durch die Verwendung der in diesem Applikationsbeispiel beschriebenen Beispiele, Hinweise, Programme, Projektierungs- und Leistungsdaten usw. verursachte Schäden ist ausgeschlossen, soweit nicht z. B. nach dem Produkthaftungsgesetz in Fällen des Vorsatzes, der groben Fahrlässigkeit, wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit, wegen einer Übernahme der Garantie für die Beschaffenheit einer Sache, wegen des arglistigen Verschweigens eines Mangels oder wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten zwingend gehaftet wird. Der Schadensersatz wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist jedoch auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht Vorsatz oder grobe Fahrlässigkeit vorliegt oder wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit zwingend gehaftet wird. Eine Änderung der Beweislast zu Ihrem Nachteil ist hiermit nicht verbunden. Weitergabe oder Vervielfältigung dieser Anwendungsbeispiele oder Auszüge daraus sind nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich von der Siemens AG zugestanden. Securityhinweise Siemens bietet Produkte und Lösungen mit Industrial Security-Funktionen an, die den sicheren Betrieb von Anlagen, Lösungen, Maschinen, Geräten und/oder Netzwerken unterstützen. Sie sind wichtige Komponenten in einem ganzheitlichen Industrial Security-Konzept. Die Produkte und Lösungen von Siemens werden unter diesem Gesichtspunkt ständig weiterentwickelt. Siemens empfiehlt, sich unbedingt regelmäßig über Produkt-Updates zu informieren. Für den sicheren Betrieb von Produkten und Lösungen von Siemens ist es erforderlich, geeignete Schutzmaßnahmen (z. B. Zellenschutzkonzept) zu ergreifen und jede Komponente in ein ganzheitliches Industrial Security-Konzept zu integrieren, das dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Dabei sind auch eingesetzte Produkte von anderen Herstellern zu berücksichtigen. Weitergehende Informationen über Industrial Security finden Sie unter Um stets über Produkt-Updates informiert zu sein, melden Sie sich für unseren produktspezifischen Newsletter an. Weitere Informationen hierzu finden Sie unter Beitrags-ID /2015 2

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Gewährleistung und Haftung Aufgabenstellung Beschreibung der Sicherheitsfunktion Funktionsweise der Sicherheitsfunktionen Not-Halt in PL e für SINUMERIK 840D sl mit SINUMERIK Safety Integrated Not-Halt in PL e für SINUMERIK 840D sl mit den SINAMICS Safety Integrated Basic Functions Ermittlung des Performance Levels Not-Halt in PL e für SINUMERIK 840D sl mit SINUMERIK Safety Integrated Blockschaltbild Verwendete Komponenten Berechnung Not-Halt in PL e für SINUMERIK 840D sl mit den SINAMICS Safety Integrated Basic Functions Blockschaltbild Verwendete Komponenten: Berechnung Beitrags-ID /2015 3

4 1 Aufgabenstellung 1 Aufgabenstellung Die Sicherheitsfunktionen der SINUMERIK 840D sl/sinamics S120 erfüllen in Verbindung mit Safety Integrated den Performance Level d. Durch ein Sicherheitsschaltgerät und ein Leistungsschütz als zusätzlicher Abschaltpfad können die Architekturanforderungen für Kategorie 4 erreicht werden. In diesem Beispiel soll nachgewiesen werden, dass hiermit auch Performance Level e gemäß ISO erreicht werden kann. Beitrags-ID /2015 4

5 2 Beschreibung der Sicherheitsfunktion 2 Beschreibung der Sicherheitsfunktion Eine Sicherheitsfunktion besteht in der Regel aus den Teilfunktionen Erfassen, Auswerten und Reagieren. Zu Erfassen gehören die Sicherheitssensoren wie NOT-HALT-Taster, Positionsschalter oder Lichtvorhänge, zu Auswerten gehören Sicherheitsschaltgeräte oder Sicherheitssteuerungen, und zu Reagieren gehören die Sicherheitsaktoren wie Schütze oder Antriebe mit integrierten Sicherheitsfunktionen. In diesem Applikationsbeispiel werden zwei Sicherheitsfunktionen betrachtet: Not-Halt in PL e für SINUMERIK 840D sl mit SINUMERIK Safety Integrated Not-Halt in PL e für SINUMERIK 840D sl mit den SINAMICS Safety Integrated Basic Functions 2.1 Funktionsweise der Sicherheitsfunktionen Not-Halt in PL e für SINUMERIK 840D sl mit SINUMERIK Safety Integrated In diesem Beispiel ist der Not-Halt Taster zweikanalig auf ein Sicherheitsschaltgerät der Serie 3SK verdrahtet. Wird nun der Not-Halt Taster betätigt, wird dies unverzögert über eine sichere Eingangsbaugruppe an die sichere Programmierbare Logik von SINUMERIK Safety Integrated gemeldet. Die SINUMERIK 840D sl/sinamics S120 setzt den Antrieb mit einem STOP C/A still. Zeitlich verzögert trennen die Leistungsschütze K1 und K2 den Antrieb vom Netz. Abbildung 2-1 Beitrags-ID /2015 5

6 2 Beschreibung der Sicherheitsfunktion Not-Halt in PL e für SINUMERIK 840D sl mit den SINAMICS Safety Integrated Basic Functions In diesem Beispiel ist der Not-Halt Taster zweikanalig auf ein Sicherheitsschaltgerät der Serie 3SK verdrahtet. Wird nun der Not-Halt Taster betätigt, wird der Antrieb über die Klemmen X122.4 und M auf der NCU und EP +24V und EP M auf dem SINAMICS S120 über SS1 stillgesetzt und in den STO geschaltet. Zeitlich verzögert trennt das Leistungsschütz K1 den Antrieb vom Netz. Abbildung 2-2 Beitrags-ID /2015 6

7 3 Ermittlung des Performance Levels 3 Ermittlung des Performance Levels Beide Varianten erfüllen die Architekturanforderungen gemäß Kategorie 4. Zum Nachweis, dass auch PL e gemäß ISO erfüllt wird, muss zusätzlich die Zuverlässigkeit der Schaltung und der eingesetzten Komponenten ermittelt werden. 3.1 Not-Halt in PL e für SINUMERIK 840D sl mit SINUMERIK Safety Integrated Durch die Funktionalität von SINUMERIK Safety Integrated kann für die Not-Halt Funktion ein PL d erreicht werden. PL e für Not-Halt wird durch das Sicherheitsschaltgerät 3SK sowie die beiden Leistungsschütze K1 und K2 erreicht. Somit geht die SINUMERIK 840D sl nicht in die Berechnung der Sicherheitsfunktion Not-Halt mit ein Blockschaltbild I1 L1 Schütz B 10d = K1 Not-Halt Taster 3SB3 B 10d = Sicherheitsrelais 3SK1121-.CB4. 3,70 x K2 Schütz B 10d = Abbildung 3-1 Beitrags-ID /2015 7

8 3 Ermittlung des Performance Levels Verwendete Komponenten Als Not-Halt Taster wurde eine Komponente aus dem 3SB3 Spektrum mit einem B 10d Wert von vorgesehen. Das Sicherheitsschaltgerät 3SK hat einen PFH-Wert von 3,70 x Bei den Leistungsschützen wurde ein B 10d Wert von zu Grunde gelegt. Bei der Berechnung des PFH-Wertes für die Sicherheitsfunktion wurde davon ausgegangen, dass der Not-Halt Taster einmal am Tag betätigt wird. Der Diagnose Deckungsgrad beträgt 99% Berechnung Mit den unter Kapitel getroffenen Annahmen ergeben sich für die einzelnen Komponenten folgende PFH-Werte: Bezeichnung im Blockschaltbild Komponente PFH Wert I1 Not-Halt Taster 2,47 x L1 Sicherheitsschaltgerät 3,70 x K1/K2 Leistungsschütze 2,47 x Tabelle 3-1 Summe 5,31 x Die Sicherheitsfunktion hat einen Gesamt PFH Wert von 5,31 x erfüllt somit die Anforderungen nach PL e. Detaillierte Berechnungen entnehmen Sie bitte dem SET oder SISTEMA Projekt. Beitrags-ID /2015 8

9 3 Ermittlung des Performance Levels 3.2 Not-Halt in PL e für SINUMERIK 840D sl mit den SINAMICS Safety Integrated Basic Functions In diesem Beispiel werden für den STO (Safe Torque Off) die Safety Integrated Basic Functions des SINAMICS genutzt. Die SINAMICS Safety Integrated Basic Functions bestehen aus: Safe Torque Off (STO) Safe Stop 1 (SS1) Safe Brake Control (SBC) Im vorliegenden Beispiel wurde von einer Maschine mit einer Spindel und 4 Servoachsen ausgegangen. Es wurde die Annahme getroffen, dass alle Achsen mit Ein-Achs Motormodulen ausgerüstet sind. Es wurde eine NCU 730.3B PN der SINUMERIK 840D sl zu Grunde gelegt. Es soll nachgewiesen werden, ob mit dem integrierten STO im SINAMICS S120, in Verbindung mit einem Sicherheitsschaltgerät und einem zusätzlichen Leistungsschütz für den Not-Halt ein PL e erreicht werden kann Blockschaltbild I1 L1 Schütz B 10d = K1 Not-Halt Taster 3SB3 B 10d = ,29 x Sicherheitsrelais 3SK1121-.CB4. 3,70 x L2 L3 L4 L5 L6 L7 Abbildung 3-2 SINUMERIK 840D sl NCU 730.3B PN 6FC5373-0AA30-0AA1 PFH = 1,00 x SINAMICS Motormodul 6SL312x-1xExx-xAx4 PFH = 1,00 x Verwendete Komponenten: Als Not-Halt Taster wurde eine Komponente aus dem 3SB3 Spektrum mit einem B 10d Wert von vorgesehen. Das Sicherheitsschaltrelais hat einen PFH Wert von 3,70 x Bei dem Leistungsschütz wurde ein B 10d Wert von zu Grunde gelegt. Beitrags-ID /2015 9

10 3 Ermittlung des Performance Levels Folgende SINUMERIK/SINAMICS Komponenten wurden zu Grunde gelegt: 5 x 6SL312x-1xExx-xAx4 (Einachsmodule) PFH = 1,00 x NCU (6FC5373-0AA30-0AA1) PFH = 1,00 x Bei der Berechnung des PFH Wertes für die Sicherheitsfunktion wurde davon ausgegangen, dass der Not-Halt Taster einmal am Tag betätigt wird. Der Diagnose Deckungsgrad beträgt 99% Berechnung Laut Herstellerangabe und bestätigt durch die BGIA ermittelt sich der Ersatz- MTTF d Wert für genau diese SINUMERIK/SINAMICS-Einsatzkonfiguration (L2, L3, L4, L5, L6, und L7) wie folgt: MTTF d = 1 PFH ges x 50,5 x 8760 = 1 6 x 1,00 x x 50,5 x 8760 = 37,68 Jahre Bedingung für Kategorie 4 aus ISO : MTTF d >= 30 Jahre Mit den unter Kapitel getroffenen Angaben, ergeben sich für die einzelnen Komponenten folgende PFH Werte: Tabelle 3-2 Bezeichnung im Blockschaltbild Komponente PFH Wert I1 Not-Halt Taster 2,47 x L1 Sicherheitsschaltrelais 3,70 x Kanal 1 : K1 Kanal 2: L2, L3, L4, L5, L6, L7 Kanal 1: Leistungsschütz Kanal 2: SINUMERIK 840D sl/ SINAMICS S120 3,49 x Summe 6,33 x Die Sicherheitsfunktion hat einen Gesamt PFH Wert von 6,33 x und erfüllt somit die Anforderungen nach PL e. Detaillierte Berechnungen entnehmen Sie bitte dem SET oder SISTEMA Projekt. Beitrags-ID /