mit der neuen Sicherheitsnorm EN ISO , welche die EN abgelöst hat, wird häufig die Frage gestellt:

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1 SICK AG Postfach Waldkirch Deutschland Waldkirch, 09. März 2012 Auswahl optoelektronischer Schutzeinrichtungen Funktionale Sicherheit und optische Leistungsmerkmale Sehr geehrte Damen und Herren, mit der neuen Sicherheitsnorm EN ISO , welche die EN abgelöst hat, wird häufig die Frage gestellt: Ist die Beachtung des Performance Levels allein für die Auswahl optoelektronischer Schutzeinrichtungen ausreichend? Wir informieren Sie heute über die praktischen und normativen Hintergründe zu diesem Thema. Mit einer Entscheidungshilfe möchten wir Sie in Ihrem Konstruktions- und Auswahlprozess unterstützen. Falls Sie weitere Fragen haben oder Unterstützung benötigen, stehen Ihnen unsere Experten gern zur Verfügung. Kontakte finden Sie auf der Rückseite. Mit freundlichen Grüßen i.v. Hans-Jörg Stubenrauch Manager Safety Solutions SICK AG Otto Görnemann Manager Safety Regulations SICK AG

2 Auswahl optoelektronischer Schutzeinrichtungen - Betrachtung der optischen Leistungsmerkmerkmale Bis Ende 2009 wurde bei der Risikoanalyse und Risikobeurteilung das notwendige Sicherheitsniveau einer Steuerungsfunktion überwiegend durch die Kategorien B, 1, 2, 3, 4 der EN von den Maschinenkonstrukteuren festgelegt. Als technische Schutzmaßnahmen werden u.a. optoelektronische Schutzeinrichtugen (BWS) verwendet. Diese sind durch die Typen 2, 3 und 4 nach der Normenreihe IEC klassifiziert. Mit dem Typ wurde ein direkter Bezug zu den Kategorien 2, 3 und 4 der EN hergestellt (siehe Bild 1). Geringe Risikoreduzierung Kategorie nach EN ISO bzw. EN Typ nach IEC Beispiele von SICK 2 2 Einstrahl-Sicherheits-Lichtschranken L2000 Mehrstrahl-Sicherheits-Lichtschranke M2000 Sicherheits-Lichtvorhang C2000 Sicherheits-Lichtvorhang minitwin2 Sicherheits-Laserscanner S200 Sicheres Kamerasystem V Sicherheits-Laserscanner S300 Sicheres Kamerasystem V300 (In der IEC sind Typ 3 Lichtvorhänge nicht definiert) 4 4 Einstrahl-Sicherheits-Lichtschranken L4000 Mehrstrahl-Sicherheits-Lichtschranke M4000 Sicherheits-Lichtvorhang C4000 Sicherheits-Lichtvorhang minitwin4 Hohe Risikoreduzierung Bild 1: Je größer die Risikoreduzierung sein soll, desto höher die Kategorie und desto höher der einzusetzende BWS-Typ. Die EN wurde weiterentwickelt zur EN ISO , bei der die Zuverlässigkeit von sicheren Steuerungsfunktionen mit dem Performance Level (PL) a, b, c, d und e definiert ist. Der PL e stellt das höchste Niveau dar. Hier werden neben den durch die Kategorien beschriebenen Strukturanforderungen auch die Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls, Maßnahmen zur Fehlererkennung und Fehlerbeherrschung, die Vermeidung bzw. Beherrschung von systematischen Fehlern und die Qualität des Designprozesses zusätzlich bzw. intensiver in die Bewertung einbezogen. Die EN mit dem Safety Integrity Level (SIL) 1, 2 und 3 folgt dem gleichen Anspruch. Waldkirch, 09. März 2012 Seite 2 von 9

3 Ist die Beachtung des PL allein für die Auswahl optoelektronischer Schutzeinrichtungen ausreichend? Im Gegensatz zu einfachen Steuerungssystemen, z.b. elektronischen Sicherheitsschaltern müssen für optoelektronische Schutzeinrichtungen zusätzliche Kriterien berücksichtigt werden. Hierzu gehört das notwendige Detektionsvermögen, das aus den optischen Wirkprinzipien resultiert und in der Normenreihe IEC festgelegt ist (siehe Bild 2). Funktionale Sicherheit Resistenz gegen Umwelteinflüsse Elektromagnetische Vertäglichkeit Detektionsvermögen EN ISO beschreibt überwiegend Anforderungen an die funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener Teile von Steuerungen: Struktur (Kategorien) Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls Maßnahmen zur Fehlervermeidung und Fehlererkennung Vermeidung bzw. Beherrschung von systematischen Fehlern Qualität des Designprozesses Dokumentation IEC beschreibt die Anforderungen an optoelektronische Schutzeinrichtungen: Konstruktion der BWS optische Leistungsmerkmale Detektionsvermögen Zuverlässigkeit des Detektionsvermögens EMV Struktur (Kategorien) PL EN ISO Typ IEC Bild 2: Ergänzung der Anforderungen der EN ISO und IEC Die hohe Flexibilität der EN ISO bei der Bewertung der funktionalen Sicherheit von Sicherheitskreisen oder Teilsystemen ermöglicht die Einstufung z.b. eines Lichtvorhangs des Typs 2 (Struktur entsprechend Kategorie 2) in einen weiten Bereich des PL. Nach dem vereinfachten Verfahren zur Abschätzung eines PL in EN ISO sind die Performance Level a bis d möglich (siehe Bild 3). Waldkirch, 09. März 2012 Seite 3 von 9

4 Bild 3: Ermittlung des PL eines Teilsystems nach dem vereinfachten Verfahren der EN ISO Die notwendigen systematischen Fähigkeiten des Lichtvorhangs sind durch den PL allein aber nicht abgedeckt! Um die erforderliche Risikoreduzierung zu erreichen, sind u.a. unbedingt das bereits erwähnte Detektionsvermögen und die Zuverlässigkeit des Detektionsvermögens zu beachten! Das Detektionsvermögen beschreibt das Vermögen der sicheren Erkennung von Objekten mit bestimmter Größe (z.b. 14, 30, 40 mm bei Sicherheits-Lichtvorhängen), die das Abschalten der Ausgänge (OSSDs) der optoelektronischen Schutzeinrichtung bewirkt. Es ist einer der Hauptparameter, um den Einsatz, z.b. für Finger-, Hand-, oder Körpererkennung und den Mindestabstand zur Gefahrstelle festzulegen. Die Zuverlässigkeit des Detektionsvermögens wird durch die Typ-Klassifizierung bestimmt. Dabei spielen Anforderungen gegenüber optischen Störquellen (Sonnenlicht, verschiedene Lampenarten, Geräte gleicher Bauart, etc.), gegenüber reflektierenden Flächen, bei Fehlausrichtung im Normalbetrieb und an diffuse Reflexion bei Sicherheits-Laserscannern eine wichtige Rolle (siehe Bild 4). Waldkirch, 09. März 2012 Seite 4 von 9

5 Typ 2 Typ 4 Vorteil Typ 4 Funktionale Sicherheit EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) Zwischen den Testintervallen ist bei Auftreten eines Fehlers ein Verlust der Schutzfunktion möglich. Grundanforderungen Maximaler Öffnungswinkel 10 5 der Optik 1) Mindestabstand a zu reflektierenden Flächen auf eine Distanz D von < 3 m 262 mm 131 mm Auch bei Auftreten von mehreren Fehlern bleibt die Schutzfunktion erhalten. erhöhte Anforderungen Höhere Risikoreduzierung Höhere Zuverlässigkeit des Detektionsvermögens und höhere Anlagenverfügbarkeit bei schwierigen Umgebungsbedingungen. Mindestabstand a zu reflektierenden Flächen auf eine Distanz D von > 3 m = Distanz x tan (10 / 2) = Distanz x tan (5 / 2) Montage dichter an der Maschine -> Platz sparend Mehrere Sender der gleichen Bauart in einer Anlage keine speziellen Anforderungen (Strahlkodierung wird empfohlen) keine Beeinflussung oder OSSDs schalten bei Beeinflussung aus Bild 4: Haupt-Unterschiede BWS Typ 2 und Typ 4 nach IEC Die Anforderungen an Typ-4-Geräte sind höher im Vergleich zu Typ 2. Wichtig! Für optoelektronische Schutzeinrichtungen müssen zusätzlich zu dem geforderten Performance Level die passenden Typ-Klassifizierungen berücksichtigt werden, um die notwendige Risikoreduzierung vollständig zu realisieren! Für einen geforderten Safety Integrity Level (SIL) gelten die obigen Ausführungen analog. 1) Die Einschränkung des maximalen Öffnungswinkels der Optik bei Typ-4-Geräten auf 5 reduziert die Wahrscheinlichkeit des Nichterkennens von Objekten durch Umspiegelungseffekte und damit die Wahrscheinlichkeit eines Gefahr bringenden Ausfalls. Waldkirch, 09. März 2012 Seite 5 von 9

6 Typ 2 oder Typ 4? Der erforderliche PL oder SIL ist schnell ermittelt. Da aber die aktuelle IEC noch keine Beziehung der Typ-Klassen zum PL oder SIL enthält, ist der Konstrukteur auf umfangreiche Erfahrung oder Unterstützung angewiesen. Folgende Entscheidungshilfen für die Auswahl des Typs 2 oder 4 für AOPDs (Einstrahl-, Mehrstrahl-Sicherheits-Lichtschranken, Sicherheits-Lichtvorhänge) empfiehlt SICK (Stand Januar 2010): 1. Beachtung der Festlegungen in den vorhandenen C-Normen (Produktnormen für spezielle Maschinentypen). Siehe Normenliste im Amtsblatt der europäischen Union unter Waldkirch, 09. März 2012 Seite 6 von 9

7 2. Falls die Festlegungen in den C-Normen noch nicht den neuen Sicherheitsnormen angepasst sind oder eine passende C-Norm nicht existiert, kann nach folgendem Schema vorgegangen werden: Bild 5: Schema zur Auswahl des notwendigen AOPD-Typs 1) Optische Umgebungsbedingungen, Bild 4 2) Es können auftreten: - Hohe Radiosignalfrequenzwerte auf den Leitungen (z.b. Sendeanlagen in der Nähe) - Hohe Spannungen elektrostatischer Entladungen (ESD) - Starke elektromagnetische Felder (z.b. durch Schweißprozesse) - Starke Burst-/Surge-Störpegel (z.b. durch elektrische Schalthandlungen in der Nähe oder gegen Blitzeinschläge schwach geschützte Anlagen). 3) PFHd: Probability of dangerous failure per hour. Waldkirch, 09. März 2012 Seite 7 von 9

8 3. Im Zweifelsfall sollte folgende empfohlene Zuordnung angewendet werden: Erforderliches Sicherheitsniveau EN Safety Integrity Level ISO Performance Level EN Geeignete BWS-Typen 1) PL a PL b/c Typ 2 2) Typ 3 3) Typ 4 4) SIL1 SIL2 PL d Typ 3 3) Typ 4 4) SIL3 Bild 6: Empfohlene Zuordnung SIL/PL zu Typ PL e Typ 4 4) Die Betriebsanleitungen der optoelektronischen Schutzeinrichtungen enthalten weitere Anforderungen, Daten und Prüfanweisungen, die unbedingt zu beachten sind! * Für notwendige externe Tests und deren Anforderungsraten siehe technische Daten. 1) 2) 3) 4) BWS: Berührungslos wirkende Schutzeinrichtung. Typ 2: Z.B. Einstrahl-Sicherheits-Lichtschranken, Sicherheits-Lichtvorhänge. Für notwendige externe Tests und deren Anforderungsraten siehe technische Daten. Typ 3: Z.B. Sicherheits-Laserscanner, sichere Kamerasysteme. Typ 4: Z.B. Einstrahl-Sicherheits-Lichtschranken, Sicherheits-Lichtvorhänge. Waldkirch, 09. März 2012 Seite 8 von 9

9 Deutschland SICK Vertriebs-GmbH Willstätterstraße Düsseldorf Tel Fax Österreich SICK GmbH Straße 2A, Objekt M11, IZ NÖ-Süd 2355 Wiener Neudorf Tel Fax Schweiz SICK AG Breitenweg Stans Tel Fax contact@sick.ch Weltweit in Ihrer Nähe: Australien Belgien/Luxemburg Brasilien China Dänemark Finnland Frankreich Großbritannien Indien Israel Italien Japan Niederlande Norwegen Polen Republik Korea Rumänien Russland Schweden Singapur Slowenien Spanien Taiwan Tschechische Republik Türkei USA Vereinigte Arabische Emirate Standorte und Ansprechpartner unter: Mehr Safety Know-how unter: Industrial Safety Systems. Made by SICK. Waldkirch, 09. März 2012 Seite 9 von 9