Funktionale Sicherheit von Maschinen und Anlagen

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Joseph Lenz
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1 Funktionale Sicherheit von Maschinen und Anlagen Umsetzung der europäischen Maschinenrichtlinie in der Praxis von Patrick Gehlen Publicis Corporate Publishing

2 Einleitung 13 1 Die europäische Gesetzgebung Das technische Regelwerk in Europa Die Maschinenrichtlinie Rechtsgrundlage der aktuellen Maschinenrichtlinie 98/37/EG Verfügung und Umsetzung Grundlegende Anforderungen Definition einer Maschine Grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen bei Konzipierung und Bau von Maschinen Juristische Forderungen Maschinen, die nicht unter die Maschinenrichtlinie fallen Gefährliche und weniger gefährliche Maschinen nach Anhang IV Prüf- und Bescheinigungsverfahren EG-Baumusterprüfung nach Anhang VI EG-Konformitätserklärung EG-Konformitätserklärung nach Anhang V Relevante Inhalte Sprachen (Anleitungen) Der Entwurf einer Maschine Forderungen nach Anhang I Gefährdungen Technische Dokumentation Allgemeines Inhalt Betriebsanleitung Die CE-Kennzeichnung Grundsätzliche Vorgehensweise Hochrüsten/Modernisieren einer Maschine 59 7

3 Fallunterscheidung zu Modernisierungsmaßnahmen Praktisches Vorgehen Übersicht zur Anwendung der Maschinenrichtlinie Überarbeitung der Maschinenrichtlinie 98/37/EG Gründe für die Überarbeitung Die Konformitätsbewertung Unvollständige Maschinen und die Einbauerklärung Wichtige Adressen 70 2 Die Sicherheitsgrundnormen Klassifizierung Risikoanalyse und Risikobeurteilung EN ISO (EN 292) -Grundbegriffe, Allgemeines Gefährdung Strategie zur Risikominderung Risikoeinschätzung Risikobeurteilung Maßnahmen zur Risikominderung Lebensphasen einer Maschine EN 1050 (ISO 14121) - Risikobeurteilung Die Gefahr Die Risikoelemente Iterativer Prozess Restrisiko Bestimmung notwendiger Maßnahmen zur Risikominderung Risikominderung Validierung Beispiele zur Dokumentation Risikomindernde Maßnahmen Überblick der grundlegenden Schutzmaßnahmen Schutzmaßnahmen für Betriebsarten gemäß der VDI Trennende Schutzeinrichtung Berührungswirkende Schutzeinrichtung Berührungslos wirkende Schutzeinrichtung (BWS) Ortsgebundene Schutzeinrichtungen Farbkodierung von Drucktastern Farbkodierung von Leuchtmeldern und Warnleuchten

4 2.4.9 Not-Halt-Befehlsgeräte Sicherheitsgerichtete Auswertung ( Steuerung") Die EN Zielsetzung Anwendungsbereich Gestaltung sicherheitsbezogener Teile einer Steuerung Bestimmung der Kategorien Erläuterungen zur Interpretation des Risikografen nach EN Kategorien nach EN Realisierungen der Kategorien nach EN Kategorie B nach EN Kategorie 1 nach EN Kategorie 2 nach EN Kategorie 3 nach EN Kategorie 4 nach EN Häufig gestellte Fragen (FAQ) Verlegen von Leitungen Validierung nach EN ISO : Validierungsverfahren Dokumente Sicherheitsprinzipien für elektrische Systeme Kriterien für Fehlerausschlüsse Analyse und Prüfung Validierung der Kategorien Die ISO l(rev.) Zielsetzung Anwendungsbereich Gestaltungsverfahren der Maschine Bestimmung des Performance Level (PL) Erforderlicher Performance Level PL T und neuer Risikograf Gestaltung einer Sicherheitsfunktion Performance Level PL Mittlere Zeit bis zum gefahrbringenden Ausfall (MTTF d )

5 4.4.5 Diagnosedeckungsgrad (DC) Vereinfachte Abschätzung des erreichbaren PL Eigenschaften der Sicherheitsfunktionen Vorgesehene Architekturen Kategorien nach ISO l(rev.) Kategorie B nach ISO l(rev.) Kategorie 1 nach ISO l(rev.) Kategorie 2 nach ISO (rev.) Kategorie 3 nach ISO (rev.) Kategorie 4 nach ISO l(rev.) Zusammenfassung der Kategorien nach ISO l(rev.) Berücksichtigung von Fehlern, Fehlerausschluss Dokumentation CCFnachlSO Neues Berechnungsverfahren Einschätzung des durchschnittlichen DC (DC avg ) Mittlere Zeit bis zum gefahrbringenden Ausfall (MTTF d ) Das parts count" Verfahren nach IEC Die MTTF d für unterschiedliche Kanäle Der B30 d -Wert für elektromechanische Komponenten Kombination von SRP/CS Entwurf der sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen SRP/CS Anwendungsbeispiel Spezifikation der Anforderungen der Sicherheitsfunktion [5.1] Die Sicherheitsfunktion in sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen aufteilen [4.4] Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen in einer Kategorie abbilden [6.] Bestimmung des erreichbaren Performance Level [6.] Bestimmung des erreichten Performance Level [4.5] Berechnungsbeispiele Schutztür-Überwachung mit einem Sicherheitsschaltgerät 3TK Mehrere Schutzhauben-Überwachungen mit einem Sicherheitsschaltgerät 3TK Mehrere Schutzhauben-Überwachungen mit dem ASIsafe

6 5 Die IEC Zielsetzung Anwendungsbereich Welche Norm ist anzuwenden: ISO oder IEC 62061? Definitionen und Begriffe Der Begriff Ausfallrate Plan der funktionalen Sicherheit Spezifikation der Anforderungen für sicherheitsbezogene Steuerungsfunktionen Spezifikation der funktionalen Anforderungen für sicherheitsbezogene Steuerungsfunktionen Spezifikation der Anforderungen zur Sicherheitsintegrität für sicherheitsbezogene Steuerungsfunktionen Anforderungen an das sicherheitsbezogene elektrische Steuerungssystem (SRECS) Anforderungen zum Verhalten bei Erkennen eines Fehlers im SRECS Anforderungen zur systematischen Sicherheitsintegrität Entwurf des sicherheitsbezogenen elektrischen Steuerungssystems (SRECS) Entwurf der Systemarchitektur Entwurf des Teilsystems Entwurf des Teilsystem-Elements Ein exemplarisches System Bestimmung des Sicherheits-Integritätslevels (SIL) des SRECS Realisierung von Teilsystemen Anforderungen für den Entwurf Sicherheitsparameter des Teilsystems Auswahl geeigneter Komponenten und Geräte Bestimmung der sicherheitsbezogenen Leistungsfähigkeit des Teilsystems Strukturelle Einschränkungen der Sicherheitsintegrität der Hardware von Teilsystemen Abschätzung des Anteils sicherer Ausfälle (SFF) Anforderungen zur Wahrscheinlichkeit gefahrbringender zufälliger Hardwareausfälle von Teilsystemen Abschätzung der Wahrscheinlichkeit gefahrbringender zufälliger Hardwareausfälle von Teilsystemen Ausfallrate für elektromechanische Komponenten

7 5.9.2 Empfehlung für BIO-Werte unter Standardbedingungen Basis-Teilsystemarchitekturen A bis D Bestimmung erforderlicher Sicherheits-Integritätslevels Vorgehensweise der Risikoabschätzung bis zur S/L-Zuordnung Faktor der Ausfälle in Folge gemeinsamer Ursache (ß) Benutzerinformationen des sicherheitsbezogenen elektrischen Steuerungssystems (SRECS) Validierung des SRECS Modifikation Dokumentation eines SRECS Leitfaden für den Entwurf eines SRECS Anwendungsbeispiel Spezifikation der Anforderungen der Sicherheitsfunktion [5.2] Funktionsblöcke (FB) der Sicherheitsfunktion [ ] Architekturentwurf [ ] Spezifizierung der Sicherheitsanforderungen jedes Funktionsblocks [ ] Zuordnung der Funktionsblöcke zu den sicherheitsbezogenen Teilsystemen [ und ] Auswahl eines Gerätes für ein Teilsystem [6.7.3] oder Entwurf und Entwicklung der Teilsysteme [6.7.4] Bestimmung des erreichten SIL [6.6.3] Berechnungsbeispiele Eine Schutztür-Überwachung mit einer SIMATIC S Mehrere Schutztür-Überwachungen mit einer SIMATIC S Mehrere Schutztür-Überwachungen mit dem ASIsafe Schlussbetrachtung 279 Abbildungsverzeichnis 287 Quellen 290 Glossar 293 Fachbegriffe Deutsch - Englisch 337 Index

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