"Steuerungen sind so zu konzipieren und zu bauen, dass es nicht zu Gefährdungssituationen kommt" (Maschinenrichtlinie 2006/42/EG)

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1 Funktionale Sicherheit an Entstaubungsanlagen PL - Performance Level & SIL - Safety Integrity Level Maßstab für reine Luft "Steuerungen sind so zu konzipieren und zu bauen, dass es nicht zu Gefährdungssituationen kommt" (Maschinenrichtlinie 2006/42/EG) Die DIN EN ISO begleitet Hersteller auf dem Weg zur Erfüllung der grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. Keller Lufttechnik bewertet individuell unter Einbeziehung aller eingesetzten Komponenten die Sicherheit und Zuverlässigkeit ihrer Absauganlage.

2 Klare Regeln Sicherheit und Zuverlässigkeit von Steuerungen Maschinen müssen so gebaut werden, dass Menschen, Tiere und Sachwerte ebenso wie die Umwelt vor Schäden geschützt sind. Prävention vor Gefährdungssituationen jeder Art ist das Ziel. Die Maschinenrichtlinie stellt im Anhang I, Abschnitt konkrete Anforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Steuerungen: Steuerungen sind so zu konzipieren und zu bauen, dass es nicht zu Gefährdungssituationen kommt. Insbesondere müssen sie so ausgelegt und beschaffen sein, dass... sie den zu erwartenden Betriebsbeanspruchungen und Fremdeinflüssen standhalten; ein Defekt der Hardware oder der Software der Steuerung nicht zu Gefährdungssituationen führt; Fehler in der Logik des Steuerkreises nicht zu Gefährdungssituationen führen; vernünftigerweise vorhersehbare Bedienungsfehler nicht zu Gefährdungssituationen führen. Die Anwendung harmonisierter Nor men bringt Rechtssicherheit bei der Erfüllung der Anforderungen der Maschinenrichtlinie. Bei der technischen Umsetzung der Forderungen kann die DIN EN ISO als Gestaltungsleitsatz sicherheitsbezogener Teile von Steuerungen (Sicherheitsfunktionen) angewendet werden, dies ist jedoch keine Pflicht. Keller Lufttechnik führt Sicherheitsfunktionen nach steuerungstechnisch bewährten Prinzipien aus. Auf Kundenwunsch kommt die DIN EN ISO zur Anwendung. Grundstein Risikobeurteilung Richtlinien und Normen beschreiben den Prozess der Risikobeurteilung. Jeder Hersteller ist verpflichtet diese durchzuführen. Der dazugehörige Prozess wird in der DIN EN ISO beschrieben. Bei der Bewertung eines ermittelten Risikos müssen bei Bedarf entsprechende Maßnahmen zur Risikominderung durchgeführt werden. Die Maßnahmen zur Risikominderung müssen dabei in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden. Maßnahmen zur Risikominderung Stufe 1 Der erste Schritt ist die Risikominderung durch Umsetzung einer sicheren Konstruktionsweise/eigensichere Konstruktion. Bei diesem Beispiel realisiert durch den Anbau einer Rohrförderschnecke. Die gefahrbringenden, drehenden Bewegungen können nicht errreicht werden (berührungssicher). 2 Zellenradschleuse mit Rohrförderschnecke

3 Technische Schutzmaßnahmen Stufe 2 Erst der zweite Schritt ist die Risikominderung durch Umsetzung von Schutzmaßnahmen. Dieser wird erforderlich, wenn sich auch durch eine sichere Konstruktionsweise Risiken nicht ausreichend reduzieren lassen. Es wird unterschieden zwischen technischen Schutzmaßnahmen mit und ohne steuerungstechnischen Schutzeinrichtungen. Abb. 1 Beispiele für technische Schutzmaßnahmen ohne steuerungstechnische Schutzeinrichtungen Ein Eingreifschutz wurde an der Auslauföffnung der Zellenradschleuse montiert (Abb. 1). Dieser soll das Eingreifen in den Gefahrenbereich verhindern. Ein langes Rohr bzw. Kanal wurde am Austrag der Zellenradschleuse angebracht (Abb. 2). Die Gefahrenstelle kann nicht erreicht werden. Abb. 2 Beispiel für eine technische Schutzmaßnahme mit steuerungstechnischer Schutzeinrichtung Sicherheitsfunktion Beschreibung Beispiel Schutzzaun mit Stillsetzung Automatisches Stillsetzen des Austragsorgans beim Öffnen des Schutzzaunes S2 F1 P1 W1 => PLr = b Stufe 3 Als letzte Maßnahme erfolgt die Risikominderung durch Benutzerinformation. HINWEIS VORSICHT WARNUNG GEFAHR Sicherheitshinweise in der Betriebsund Wartungsanleitung Aufkleber an Maschine 3

4 Sicherheitsfunktionen Weitere Beispiele für technische Schutzmaßnahmen mit steuerungstechnischer Schutzeinrichtung Sicherheitsfunktion Beschreibung Beispiel Not-Aus-Funktion des Hauptschalters Die in der Risikobeurteilung ermittelten Gefahren werden grundsätzlich durch technische Schutzmaßnahmen verhindert. Technische Schutzmaßnahmen mit steuerungstechnischen Schutzeinrichtungen (Sicherheitsfunktionen) müssen in Abhängigkeit zum Gefährdungsausmaß eine bestimmte Not-Aus-Funktion des Hauptschalters zur Vermeidung einer unerwarteten Gefährdungssituation. S1 F1 P2 W2 --> PLr = b Leistung/Zuverlässigkeit erbringen. Folgende Sicherheitsfunktionen werden nach sicherheitstechnisch bewährten Prinzipien ausgeführt: Zusätzlicher Not-Aus (ESSA außer Sichtweite) Bei Installation der Schaltanlage außerhalb Sichtweite ist ein zusätzlicher Not-Aus an der Anlage erforderlich. S1 F1 P2 W2 --> PLr = b Emissionsüberwachung Differenzdruckmessung Sicherheitsfilter Strömungsüberwachung (Emissionen) Strömungsüberwachung (Ex) Abschaltung der Anlage nach Ansprechen der Emissionsüberwachung S1 F2 P2 W1 --> PLr = b Überwachung des Sicherheitsfilters durch Differenzdruckmessung S1 F2 P2 W1 --> PLr = b Strömungsüberwachung zur Vermeidung der Emission gefährlicher Werkstoffe und Substanzen aus der abgesaugten Maschine S1 F2 P1 W2 --> PLr = b Strömungsüberwachung zur Vermeidung der Ex-Atmosphäre in der abgesaugten Maschine Verhinderung der Abreinigung Detektion von Zündquellen mit Blockierung der Abreinigung Abschaltung im Explosionsfall Branderkennung- und Löschung Abschaltung der Anlage nach Ansprechen der Druckentlastungseinrichtung S1 F1 P2 W1 --> PLr = a Automatische Branderkennung und -löschung S1 F1 P2 W1 --> PLr = a 4

5 Zuverlässigkeit und Leistung Sicherheitsfunktion Beschreibung Beispiel Explosionsunterdrückung Explosionsunterdrückung Überwachung der Funktion der Pumpe bei Nassanlagen Funkenerkennungsanlage Überwachung der Wasserströmung von der Schmutzwasserpumpe zu(r) Düse(n) Funkenerkennungsanlage zur Reduzierung der Brandgefahr S1 F1 P2 W1 --> PLr = b Inertisierung mit Kalksteinmehl Überwachung der Gewichtsabnahme des Dosiergerätes Durch Risikoeinschätzung zum erforderlichen Performance-Level (a - e) An eine Sicherheitsfunktion werden Anforderungen bezüglich ihrer erforderlichen Sicherheitsqualität gestellt. Je höher das Risiko einer Gefahr eingeschätzt wird, desto weniger wahrscheinlich darf der Ausfall der Sicherheitsfunktion sein. Die erforderliche Sicherheitsqualität wird in der DIN EN ISO "erforderlicher Performance Level PLr" genannt und kann durch eine Risikoeinschätzung mittels eines Risikografen ermittelt werden. Zur Risikoeinschätzung mittels des Risikografen werden die 4 Parameter S, F, P & W verwendet, und für jeden Parameter gibt es 2 Entscheidungsmöglichkeiten: Beispiel PLr = c: Bei Versagen der Funktion kann es zu einem tödlichen Unfall kommen (S2). Der Bediener benötigt weniger als einmal pro Schicht Zugang zur Maschine (F1). Im Fehlerfall ist er nicht in der Lage, der Gefahr auszuweichen (P2). Die Wahrscheinlichkeit eines Gefährdungsereignisses ist erfahrungsgemäß aufgrund von Zuverlässigkeitsdaten und der Unfallgeschichte an vergleichbaren Maschinen sehr gering (W1). Performance Level (PL): ein Maß für das Sicherheitsniveau Erforderlicher Performance Level (PLr): ein Maß für das geforderte Sicherheitsniveau 5

6 SISTEMA - Software-Assistent Validierung des erreichten Performance-Level (PL PLr = i.o.) Nach erfolgter Konstruktion der Schaltung für die Sicherheitsfunktion muss der Konstrukteur bewerten, ob die erforderliche Sicherheitsqualität erfüllt wurde. Zur Erfüllung der Maschinenrichtlinie führt Keller Lufttechnik Sicherheitsfunktionen nach steuerungstechnisch bewerten Prinzipien aus. Dies beinhaltet z.b. : Drahtbruchsichere Ausführung (Ruhestromprinzip) Erkennung von Kurzschlüssen Testung der Sensorik durch Überwachung von Analogsignalen Wenn kundenseitig ein Nachweis bzw. eine Dokumentation nach EN ISO gefordert wird, muss der tatsächliche Performance Level PL der Schaltung berechnet und mit dem PLr verglichen werden. Um einen Performance Level PL einer Schaltung für eine Sicherheitsfunktion berechnen zu können, muss man die Parameter, die für die PL-Berechnung erforderlich sind, kennen. Das sind: die Kategorie, die man auch als die vorgegebene Architektur der Schaltung verstehen kann und auch Aufschluss über die Art und Anzahl von Kanälen gibt der MTTF d, was die mittlere Zeit bis zum gefahrbringenden Ausfall eines Bauteils bedeutet der DC und DC avg, mit dem Diagnosen von Komponenten oder der Sicherheitsfunktion zum Aufdecken von gefahrbringenden Fehlern bewertet werden der CCF, mit dem Maßnahmen zum Vermeiden des gleichzeitigen Ausfall von Kanälen bewertet werden SISTEMA- Sicherheit von Steuerungen und Maschinen Für die Dokumentation der erbrachten Leistung einer Sicherheitsfunktion bietet sich das Software-Tool SISTEMA an. Dieses bildet die Struktur der sicherheitsbezogenen Steuerungsteile (SRP/CS) auf der Basis der sogenannten vorgesehenen Architekturen nach und berechnet Zuverlässigkeitswerte einschließlich des erreichten Performance Level (PL). Risikoparameter zur Bestimmung des erforderlichen Performance Level (PLr), die Kategorie, die Maßnahmen gegen Fehler gemeinsamer Ursache (CCF) bei mehrkanaligen Systemen, die mittlere Bauteilgüte (MTTF d ) und die mittlere Testqualität (DC avg ) von Bauelementen bzw. Blöcken lassen sich Schritt für Schritt erfassen. Die Auswirkung jeder Parameteränderung wird direkt im Programm angezeigt und kann als Report (SISTEMA-Nachweis) ausgedruckt werden. SISTEMA-Nachweis 6

7 Anwendungshilfen Das Säulendiagramm zur Abschätzung des erreichbaren Perfomance Levels (PL) Das Säulendiagramm zeigt die unterschiedlichen möglichen Kombinationen zur Abschätzung der Kategorie mit DC avg (horizontale Achse) und der MTTF d jedes Kanals (Balken). Die Balken im Diagramm zeigen die drei MTTF d -Bereiche jedes Kanals (niedrig, mittel und hoch), die gewählt werden können, um einen Performance Level zu erreichen. Häufig gestellte Frage Gibt es eine Entsprechung zwischen dem Performance Level (PL) und dem Safety Integrity Level (SIL)? Über die durchschnittliche Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls (PFH d Wert) lässt sich eine Beziehung zwischen PL und SIL bestimmen. PL Performance Level (EN ISO ) Durchschnittliche Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls innerhalb einer Stunde SIL nach EN a 10-5 PFH d < b 3x10-6 PFH d < 10-5 SIL1 c 10-6 PFH d < 3x10-6 SIL1 d 10-7 PFH d < 10-6 SIL2 e 10-8 PFH d < 10-7 SIL3 7

8 Abkürzungen Abkürzungen Funktionale Sicherheit SF PL PLr Abkürzung Sicherheitsfunktion Bedeutung DE/GB: Performance Level Das Maß für die Leistung/Zuverlässigkeit einer Sicherheitsfunktion (Je höher das PL, desto Zuverlässiger ist die Sicherheitsfunktion) GB: Performance Level required DE: Erforderliches Performance Level Das Maß für die Leistung/Zuverlässigkeit einer Sicherheitsfunktion, die sie leisten müsste. (Aus Risikobeurteilung) SIL SRP / CS MTTF MTTF d MTBF Wenn PL PLr, dann SF = i.o Wenn PL < PLr, dann SF = n.i.o GB: Safety Integrity Level DE: Sicherheits-Integritätslevel Sicherheitsbezogener Teil einer Steuerung GB: Mean Time To Failure DE: Mittlere Zeit bis zu einem Ausfall eines Bauteils Mittlere Zeit bis zu einem Ausfall (Erwartungswert) GB: Mean Time To Dangerous Failure DE: Mittlere Zeit bis zu einem gefahrbringenden Ausfall eines Bauteils MTTF d = 2 x MTTF Mittlere Zeit zwischen zwei Ausfällen eines Bauteils MTBF = MTTF Projektberatung PFH PFh d Cat. DC DV avg CCF Durchschnittliche Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls je Stunde Durchschnittliche Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls je Stunde Kategorie (B, 1, 2, 3, 4), Struktureller Aufbau als Basis um einen bestimmten PL zu erreichen Diagnosedeckungsgrad Für detaillierte Informationen zur funktionalen Sicherheit an Entstaubungsanlagen stehen wir Ihnen mit unserer ganzen Praxiserfahrung zur Verfügung. Durchschnittlicher Diagnosedeckungsgrad Ausfälle infolge gemeinsamer Ursache Keller Lufttechnik alle Rechte vorbehalten. Änderungen vorbehalten. 09/2016 Keller Lufttechnik GmbH + Co. KG Neue Weilheimer Straße Kirchheim unter Teck Fon Fax info@keller-lufttechnik.de