PNOZ s30 - Überwachung von Drehzahl und Stillstand

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1 PNOZ s30 - Überwachung von Drehzahl und Stillstand Produkt Typ: Name: Hersteller: Drehzahl, Stillstand PNOZ s30, Näherungsschalter Pilz GmbH & Co. KG, Sichere Automation Dokument Version: 01 Ausgabestand: 9 März 2011

2 Lebenslauf Version Datum Änderung/Erweiterung Kapitel Erstellung alle Haftungsausschluss Wir haben unsere technische Application Note sehr sorgfältig zusammengestellt. Es enthält Informationen über unser Unternehmen sowie über unsere Produkte. Alle Angaben haben wir nach dem heutigen Stand der Technik und bestem Wissen und Gewissen gemacht. Dennoch können wir für die Richtigkeit und Vollständigkeit der Angaben, sofern uns nicht der Vorwurf grober Fahrlässigkeit trifft, keine Haftung übernehmen, da sich trotz aller Sorgfalt Fehler nicht vollständig vermeiden lassen. Insbesondere sind alle Angaben zu geltenden Normen, zu sicherheitstechnischen Einstufungen und zum Zeitverhalten vorläufig. Die Angaben in diesem Katalog haben nicht die rechtliche Qualität von Zusicherungen oder zugesicherten Eigenschaften. Für Hinweise auf Unstimmigkeiten sind wir dankbar. März 2011 Alle Rechte an dieser Druckschrift sind der Pilz GmbH & Co. KG vorbehalten. Technische Änderungen behalten wir uns vor. Kopien für den innerbetrieblichen Bedarf des Benutzers dürfen angefertigt werden. Die verwendeten Produkt-, Waren- und Technologiebezeichnungen sind Warenzeichen der jeweiligen Firmen. Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 2/22

3 Support Technische Hilfe rund um die Uhr! Technische Unterstützung von Pilz erhalten Sie rund um die Uhr. Diesen Service stellen wir Ihnen über unsere Geschäftszeiten hinaus kostenlos zur Verfügung Amerika Brasilien Mexiko USA PILZUSA ( ) Asien China Japan Korea Australien Australien Unsere internationale Hotline erreichen Sie unter: Europa Belgien, Luxemburg Deutschland England Frankreich Irland Italien Niederlande Österreich Schweiz Skandinavien Spanien Türkei oder mailto:support@pilz.com Pilz GmbH & Co. KG Sichere Automation Felix-Wankel-Straße Ostfildern, Germany Telefon: Telefax: pilz.gmbh@pilz.de Internet: Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 3/22

4 Inhalt 1. Hilfreiche Dokumentation Dokumentation von Pilz GmbH & Co. KG Dokumentation aus anderen Quellen Konfiguration der verwendeten Hardware Verwendete Pilz Produkte Hardware-Konfiguration Beschreibung der Applikation Beschreibung Überwachung Drehzahl Überwachung Zuhaltung (Stillstand) und Schutztür Sicherheitsbetrachtung Parametrierung PNOZ s Konfigurationsübersicht PNOZ s Parametrierung Funktionale Sicherheit Einstufung des erforderlichen PL (an den Beispielen Schutztür und Zuhaltung) Einstufung des erforderlichen Performance Levels (PLr) für die Schutztür Einstufung des erforderlichen Performance Levels (PLr) für die Zuhaltung Einstufung der erreichten Sicherheitslevels (PL und SIL) Sicherheitstechnische Kenndaten nach EN ISO Sicherheitstechnische Kenndaten nach EN Einstufung nach EN Schaltplan der Applikation Schaltplan 1/ Schaltplan 2/ Schaltplan 3/ Abbildungsverzeichnis Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 4/22

5 Abkürzungen SF Sicherheitsfunktion RFK Rückführkreis CCF Fehler gemeinsamer Ursache (EN: Common Cause Failure) PLr erforderlicher Performance Level (EN: Required Performance Level) PL Performance Level (EN: Performance Level) SIL Sicherheits-Integritätslevel (EN: Safety Integrity Level) Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 5/22

6 1. Hilfreiche Dokumentation Das Lesen der unten genannten Dokumentation ist für das Verstehen dieser Application Note wichtig. Die Verfügbarkeit der verwendeten Software und der sichere Umgang damit werden ebenfalls vorausgesetzt Dokumentation von Pilz GmbH & Co. KG Nr. Description Sachnr. 1 Pilz internationale Internetseite, Downloadbereich 2 Bedienungsanleitung PNOZ s DE-xx 3 Bedienungsanleitung PNOZ s NL-xx 4 Bedienungsanleitung PSEN me Bedienungsanleitung PSEN me _de 6 Konfigurationsübersicht PNOZ s DE-xx 7 Display-Menü-Übersicht PNOZ s DE-xx Dokumentation aus anderen Quellen Nr. Description Kennung 1 2 Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 6/22

7 2. Konfiguration der verwendeten Hardware 2.1. Verwendete Pilz Produkte Nr. Bezeichnung Bestellnummer Version Anzahl 1 PNOZ s PNOZ s PSEN me1s/1as PSEN me2/2as Hardware-Konfiguration Abb. 1: Hardware-Konfiguration Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 7/22

8 3. Beschreibung der Applikation 3.1. Beschreibung Das Beispiel zeigt die sichere Überwachung von Stillstand und sicher begrenzter Geschwindigkeit (Drehzahl) durch das PNOZ s30. Zur Aufnahme der Motorbewegung werden zwei Näherungsschalter (B1, B2) verwendet. Die sichere Auswertung der Signale wird durch das PNOZ s30 (A2) übernommen. Für die sichere Schutztürüberwachung und Zuhaltung werden zwei PSENmech (S1, S2) verwendet die über ein PNOZ s4 (A1) ausgewertet werden. Das PNOZ s30 wird in diesem Beispiel mit nur einem Parametersatz (Select 0) verwendet. Ein Transportsystem befördert schwere Maschinenteile zur nächsten Bearbeitungseinheit. Um zu gewährleisten, dass der Bediener erst in den Aktionsbereich gelangt wenn keine Gefahr mehr besteht, ist die Anlage mit einer auf Stillstand überwachten Zuhaltung für die Schutztüre versehen. Um ein Kippen der Maschinenteile zu verhindern darf das Transportband eine festgelegte Geschwindigkeit nicht überschreiten. Das Kippen der Teile kann einen Durchbruch der Schutzumhausung zur Folge haben in dessen direkter Konsequenz eine Gefährdung für den Bediener entsteht. Abb. 2: Applikation Transport von schweren Maschinenteilen Der Ablauf gliedert sich in die folgenden Hauptfunktionen: Überwachung Drehzahl Überwachung Stillstand Überwachung Schutztür Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 8/22

9 Überwachung Drehzahl Das PNOZ s30 (A2) überwacht die Drehzahl eines Antriebs auf den eingestellten Grenzwert. Bei Erreichen eines Warnwertes wird am Hilfsausgang OUT1 (Y32) eine Warnung ausgegeben, die über eine Steuerung oder per Leuchtmelder angezeigt werden kann. Wird die konfigurierte Höchstgeschwindigkeit überschritten, schaltet das PNOZ s30 den Sicherheitskontakt Rel. 2 aus. Die Schütze KM1 und KM2 fallen ab und der Motor (M1) wird abgeschaltet. Rückführkreis-Überwachungsfunktion: Drehzahl Die zwangsgeführten Öffnerkontakte der Schütze KM1 und KM2 werden im Rückführkreis S11-Y2 des Sicherheitsschaltgeräts (A2) überwacht. Start PNOZ s30 Rel. 2 Der Sicherheitsschaltkontakt Rel. 2 des PNOZ s30 (A2) kann durch Betätigen (Überwachter Start fallende Flanke) des Starttasters S5 gestartet werden, wenn keine Überdrehzahl erkannt wird und die Schütze KM1 und KM2 abgefallen sind. Einstellungen Der Abschlussstecker am PNOZ s30 muss gesteckt sein. Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 9/22

10 Überwachung Zuhaltung (Stillstand) und Schutztür Das PNOZ s30 (A2) überwacht die Frequenz der Drehbewegung eines Antriebs. Wird Stillstand erkannt schaltet das PNOZ s30 den Sicherheitskontakt Rel. 1 ein. Dadurch ist die Freigabe zum Entriegeln der Zuhaltung durch Betätigen des Taster S4 gegeben und die Schutztür kann anschließend geöffnet werden. Ein Kontakt des Sicherheitsschalter S1 wird geöffnet, sobald die Zuhaltung entriegelt wird. Das Öffnen und Schließen einer Schutztür wird über die Kontakte der beiden Sicherheitsschalter PSENmech (S1, S2) an das Sicherheitsschaltgerät PNOZ s4 (A1) gemeldet. Die Kontakte der Sicherheitsschalter S1, S2 werden geöffnet, sobald die Schutztür geöffnet wird. Der Eingangskreis des Sicherheitsschaltgeräts PNOZ s4 (A1) kann durch jede der beiden Funktionen (Zuhaltung und Schutztür) unterbrochen werden und die Sicherheitskontakte öffnen. Die Schütze KM1 und KM2 fallen dann ab. Rückführkreis-Überwachungsfunktion Schutztür Die zwangsgeführten Öffnerkontakte der Schütze KM1 und KM2 werden im Rückführkreis S12-S34 des Sicherheitsschaltgeräts (A1) überwacht. Start/Reset PNOZ s4 Das Sicherheitsschaltgerät PNOZ s4 (A1) kann durch Betätigen des Starttasters S3 gestartet werden, wenn die Schutztür geschlossen ist und die Kontakte der Sicherheitsschalter S1 und S2 geschlossen sind und die Schutztür zugehalten wird und die Schütze KM1 und KM2 abgefallen sind. Start PNOZ s30 Rel. 1 Der Sicherheitsschaltkontakt Rel. 1 des PNOZ s30 (A2) wird freigegeben, wenn Stillstand erkannt wird. Einstellungen Der Abschlussstecker am PNOZ s30 muss gesteckt sein. Der Abschlussstecker am PNOZ s4 muss gesteckt sein. Der Betriebsartenwahlschalter (mode) des Sicherheitsschaltgeräts PNOZ s4 muss in der Stellung Überwachter Start, fallende Flanke mit Querschlusserkennung (In2-) stehen. Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 10/22

11 Sicherheitsbetrachtung Ein Fehler im PNOZ s30 führt nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion. Der Relaisausgang 2 des Sicherheitsschaltgeräts PNOZ s30 (A2) kann gestartet werden, wenn erst der Rückführkreis von Rel. 2 (Y2) und danach der Starttaster S5 geschlossen und wieder geöffnet wird. Dadurch wird ein unerwünschter Start vor dem Schließen des Rückführkreises oder durch Überbrücken des Starttasters verhindert. Drahtbrüche jeder einzelnen Spur werden erkannt und führen zum sicheren Zustand der Ausgänge. Erdschlüsse und Querschlusse im Eingangskreis werden erkannt. Ein Fehler im PNOZ s4 führt nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion. Das Sicherheitsschaltgerät PNOZ s4 (A1) kann gestartet werden, wenn erst der Eingangskreis und der Rückführkreis von A1 und danach der Starttaster S3 geschlossen und wieder geöffnet wird. Dadurch wird ein unerwünschter Start vor dem Schließen des Eingangskreises oder durch Überbrücken des Starttasters verhindert. Eine Stellungsänderung des Betriebsartenwahlschalters (mode) am PNOZ s4 (A1) während des Betriebs führt zu einer Fehlermeldung, die Sicherheitskontakte von A1 öffnen. Dieser Fehlerzustand kann nur durch Aus- und Wiedereinschalten der Versorgungsspannung am Sicherheitsschaltgerät A1 behoben werden. Das Sicherheitsschaltgerät PNOZ s30 (A2) und die Schütze KM1, KM2 müssen in einem Einbauraum (Schaltschrank) installiert sein, um einen Querschluss am Ausgang auszuschließen. Die angegebenen sicherheitstechnischen Kenndaten des PNOZ s30 können nur erreicht werden, wenn diversitäre Sensoren (d.h. verschiedene Technologien bzw. Hersteller) verwendet werden und die Geberversorgung über den Pin 1 (S) an der Buchse X6 des PNOZ s30 ausgewertet wird. Eine Zwangsdynamisierung muss durchgeführt werden. Der zu überwachende Geber muss innerhalb von 8 Stunden so bewegt werden, dass auf allen angeschlossenen Spuren ein Signalwechsel erfolgt. Die Reaktionszeiten der Applikation müssen betrachtet und für eine konkrete Applikation geprüft werden. Fehler gemeinsamer Ursache (CCF), wodurch beide Gebersysteme gleichzeitig ausfallen können, z.b. Wellenbruch und Schlupf, müssen durch entsprechende Maßnahmen (z.b. konstruktiv) ausgeschlossen werden können, oder erfordern weitere Maßnahmen zur Erkennung. Das Sicherheitsschaltgerät PNOZ s4 (A1) und die Schütze KM1 und KM2 müssen in einem Einbauraum (Schaltschrank) installiert sein, um einen Querschluss am Ausgang auszuschließen. Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 11/22

12 3.2. Parametrierung PNOZ s Konfigurationsübersicht PNOZ s30 Anhand der Konfigurationsübersicht PNOZ s30 (PNOZ_s30_Config_Overview_ DExx.pdf) kann vorab die Verteilung der Schaltfunktionen, Betriebsarten und Ausgänge am PNOZ s30 geplant werden. Abb. 3: Konfigurationsübersicht PNOZ s30 Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 12/22

13 Parametrierung Abbildung 4 zeigt einen Auszug der in diesem Beispiel verwendeten Parametrierung des PNOZ s30. Abb. 4: Parametrierung HINWEIS: Die vollständige Übersicht der Menü-Struktur kann in der Display-Menü-Übersicht PNOZ s30 (PNOZ_s30_Menue_Overview_ DE-xx-xlsx) eingesehen werden. Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 13/22

14 3.3. Funktionale Sicherheit Einstufung des erforderlichen PL (an den Beispielen Schutztür und Zuhaltung) Für die Risikobewertung der Anlage wird der iterative Prozess zur Risikominderung aus EN ISO verwendet. Aus diesem Vorgang heraus wird um die notwendige Sicherheit in unserem Beispiel zu erreichen als technische Schutzmaßnahme ein Schutzgitter mit einer Schutztüre als trennende Schutzeinrichtung um die Maschine gebaut. Da aufgrund der räumlichen Gegebenheiten der notwendige Sicherheitsabstand zwischen Schutztür und der gefährdenden Maschinenbewegung nicht erreicht werden kann, besteht jedoch weiterhin ein Restrisiko in Form der Nachlaufbewegung des Antriebs, welches durch einen erneuten Durchlauf des iterativen Prozesses zur Risikominderung bewertet werden muss. Eine zusätzliche technische Schutzmaßnahme zur Minderung des verbleibenden Restrisikos wird eingefügt. Dies wird mittels einer Zuhaltung an der Schutztür realisiert. Die Zuhaltung verhindert das Eindringen in den Gefahrenraum während sich der Antrieb noch nicht im Stillstand befindet. Die Sicherheitsfunktion (SF) Zuhaltung dient also zur Minderung des Restrisikos der SF Schutztür und ist somit an diese Sicherheitsfunktion gekoppelt. Anhand der Sicherheitsfunktionen Schutztür und Zuhaltung wird im folgenden Beispiel eine mögliche Einstufung des erforderlichen Performance Levels (PLr) nach EN ISO gezeigt. ACHTUNG: Der Anwender muss eine separate, seiner Anwendung entsprechende Einstufung (für alle SF) erstellen, wobei sich dabei auch andere Werte für den jeweiligen PLr ergeben können Einstufung des erforderlichen Performance Levels (PLr) für die Schutztür Die Schwere der Verletzung wird durch die Geschwindigkeit der Maschine und der damit verbundenen Kraft als schwer eingestuft (S2). Die Häufigkeit der Gefährdungsexposition ist selten (F1). Die Möglichkeit zur Vermeidung der Gefährdung ist aufgrund der hohen Geschwindigkeit kaum möglich(p2). Dies ergibt einen PLr = d. Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 14/22

15 Abb. 5: Risikograph Schutztür entsprechend EN ISO Nach dem Abschalten durch die Schutztür besteht wegen des Nachlaufs der Maschine weiterhin ein Restrisiko. Für die dafür verwendete Sicherheitsfunktion muss eine eigene Einstufung des PLr vorgenommen werden Einstufung des erforderlichen Performance Levels (PLr) für die Zuhaltung Die Schwere der Verletzung wird durch die Geschwindigkeit der Maschine und der damit verbundenen Kraft als schwer eingestuft (S2). Die Häufigkeit der Gefährdungsexposition ist selten (F1). Die Möglichkeit zur Vermeidung der Gefährdung kann aufgrund der abrupten Geschwindigkeitsverringerung nach dem Abschalten durch die Schutztürschalter unter bestimmten Bedingungen möglich sein (P1). Dies ergibt einen PLr = c Abb. 6: Risikograph Zuhaltung entsprechend EN ISO Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 15/22

16 Einstufung der erreichten Sicherheitslevels (PL und SIL) Sicherheitstechnische Kenndaten nach EN ISO Nr. Sicherheitsfunktion Erreichter 1 Abschalten einer Maschine, wenn die zulässige Geschwindigkeit überschritten wird. (DREHZAHL) 2 Das Öffnen der Zuhaltung darf nicht möglich sein, solange der sichere Zustand nicht erreicht ist. (ZUHALTUNG - Stillstand) 3 Start muss verhindert werden, wenn die Zuhaltung nicht geschlossen ist. (ZUHALTUNG - Anlauf) 4 Beim Öffnen der Schutztür müssen gefahrbringende Bewegungen abgeschaltet werden; ein Wieder-Ingangsetzen bei geöffneter Schutztür darf nicht möglich sein (SCHUTZTÜR) Voraussetzungen: Performance Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 16/22 Level Sicherheitsbezogene Teile der Steuerung PL e Sensor (INI B1, B2) Logik (PNOZ s30 A2) Aktor (Schütze KM3, KM4) PL c Sensor (INI B1, B2) Logik (PNOZ s30 A2) Aktor (me1/magnet) PL c Sensor (PSEN me1 S1) Logik (PNOZ s4 A1) Aktor (Schütze KM1, KM2) PL e Sensor (PSEN me1/me2 S1, S2) Nr. Beschreibung Kennung Logik (PNOZ s4 A1) Aktor (Schütze KM1, KM2) 1 Ausfall infolge gemeinsamer Ursache (CCF): Anforderungen gelten als erfüllt (muss 2 Gebrauchsdauer: 20 Jahre 3 Betätigungsintervall (elektromechanische Komponenten): Sensor S1/S2 Aktor KM1/2 Aktor me1 bei Realisierung überprüft werden) eine Betätigung pro Stunde eine Betätigung pro Stunde eine Betätigung pro Stunde 4 Kennwerte der Sensoren B1/B2 MTTFd >= 85 Jahre für PL e 5 Kennwerte der Schütze KM1/KM2: B10d Bitte beachten Sie weitergehende Anforderungen der EN ISO , z.b. Anforderungen zur Vermeidung von systematischen Ausfällen.

17 Sicherheitstechnische Kenndaten nach EN Nr. Sicherheitsbezogene Steuerungsfunktion (SRCF): 1 Abschalten einer Maschine, wenn die zulässige Geschwindigkeit überschritten wird. (DREHZAHL) 2 Das Öffnen der Zuhaltung darf nicht möglich sein, solange der sichere Zustand nicht erreicht ist. (ZUHALTUNG - Stillstand) 3 Start muss verhindert werden, wenn die Zuhaltung nicht geschlossen ist. (ZUHALTUNG - Anlauf) 4 Beim Öffnen der Schutztür müssen gefahrbringende Bewegungen abgeschaltet werden; ein Wieder-Ingangsetzen bei geöffneter Schutztür darf nicht möglich sein (SCHUTZTÜR) Voraussetzungen: Erreichter Sicherheits- Integritätslevel Teilsysteme SIL 3 Sensor (INI B1, B2) Logik (PNOZ s30 A2) Aktor (Schütze KM3, KM4) SIL 2 Sensor (INI B1, B2) Logik (PNOZ s30 A2) Aktor (me1/magnet) SIL 1 Sensor (PSEN me1 S1) Logik (PNOZ s4 A1) Aktor (Schütze KM1, KM2) SIL 3 Sensor (PSEN me1/me2 S1, S2) Nr. Beschreibung Kennung Logik (PNOZ s4 A1) Aktor (Schütze KM1, KM2) 1 Ausfall infolge gemeinsamer Ursache (CCF): ß = 2 % (muss bei Realisierung 2 Proof-Test Intervall: 20 Jahre 3 Betätigungsintervall (elektromechanische Komponenten): Sensor S1/S2 Aktor KM1/2 Aktor me1 überprüft werden) eine Betätigung pro Stunde eine Betätigung pro Stunde eine Betätigung pro Stunde 4 Kennwerte der Sensoren B1/B2 MTTFd >= 85 Jahre für SIL 3 Anteil gefährlicher Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 17/22 Fehler 100 % 5 Kennwerte der Schütze KM1/KM2: B10d Anteil gefährlicher Fehler Bitte beachten Sie weitergehende Anforderungen der EN 62061, z.b. Anforderungen zur systematischen Sicherheitsintegrität Einstufung nach EN % Abhängig vom Anwendungsgebiet und den dort geltenden Vorschriften gilt das Anschlussbeispiel nach EN für die SF Drehzahl bis Kategorie 3 für die SF Zuhaltung-Stillstandsüberwachung bis Kategorie 1 für die SF Zuhaltung-Anlauf bis Kategorie 1 für die SF Schutztür bis Kategorie 4

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21 4. Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Hardware-Konfiguration... 7 Abb. 2: Applikation Transport von schweren Maschinenteilen... 8 Abb. 3: Konfigurationsübersicht PNOZ s Abb. 4: Parametrierung Abb. 5: Risikograph Schutztür entsprechend EN ISO Abb. 6: Risikograph Zuhaltung entsprechend EN ISO Empfohlene Druckereinstellungen Adobe Acrobat Reader ( ) PDF-XChange Viewer ( ) Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 21/22

22 Pilz GmbH & Co. KG, Felix-Wankel-Straße 2, Ostfildern, Germany 22/22