Konsequenzen und Umsetzung der neuen Maschinenrichtlinie mit LabVIEW am Beispiel eines Hochdruckprüfstandes. Firmenlogo

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Calvin Neumann
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1 Konsequenzen und Umsetzung der neuen Maschinenrichtlinie mit LabVIEW am Beispiel eines Hochdruckprüfstandes Firmenlogo

2 Einleitung Welche Anforderungen stellt der Gesetzgeber mit der neuen Maschinenrichtlinie an die Sicherheit einer Maschine? Wie baut man Anlagen, die trotz Gefährdungspotential sicher zu betreiben sind? Wie lässt sich LabVIEW in einer Anlage mit Gefährdungspotential konform zur neuen Maschinenrichtlinie einsetzen?

Wie baut man Anlagen, die trotz Gefährdungspotential sicher zu betreiben sind?

3 Kurzdarstellung MS2 & Festo AG MS2 Engineering & Anlagenbau GmbH Festo AG & Co. KG Gegründet im Jahr 2002 akt. Mitarbeiterzahl 25 (2002: 2) Leistungen: Engineering o Technologiestudien o Infrastruktur / Sicherheitstechnik o Softwareentwicklung (Prüf-)Anlagenbau o Konzepterstellung o Aufbau / Montage o Inbetriebnahme / Schulung o Wartung / Kalibrierung Gegründet im Jahr 1925 akt. Mitarbeiterzahl 13500, in 58 Landesgesellschaften Leistungen: Automation o rund Katalogprodukte in mehreren hunderttausend Varianten o pneumatische, servopneumatische und elektrische Automatisierungstechnik Didactic o o Lernsysteme Training/ Consulting

Konzepterstellung o Aufbau / Montage o Inbetriebnahme / Schulung o Wartung / Kalibrierung Gegründet im Jahr 1925 akt.

4 Aufgabenstellung Aufgabenstellung des Prüfstands: Durchflussprüfung bei Drücken von bis zu 40 bar und 6000 m³/h unterschiedliche Prüflinge (Ventile, Regler, Filter ) und unterschiedliche Lastprofile bzw. Prüfaufgaben einfache Umrüstung und Parametrierung für neue Prüflinge / Aufgaben Visualisierung während der Prüfung Messdatenspeicherung

5 Prüfstand: Verfahrensschema ~ 1000l Mögliche Gefahren: Drucktanks speichern große Energiemengen bis 40 bar Bersten des Prüflings ~ 1000l bis 6000 m³/h Lärm

6 Prüfstand: 3D-CAD-Ansicht

7 Prüfstand: Anlagenraum Kompressor mit 130 kw-anschlussleistung

8 Prüfstand: Prüfraum typischer Anwendungsfall: Filtervermessung

9 Maschinenrichtlinie 2006/42/EG Ende 2009 in Kraft getreten Richtlinien sind Gesetze ohne unmittelbare Wirkung müssen in nationales Recht umgesetzt werden in Deutschland: Geräte- und Produktsicherheitsgesetz Ziel: Grundlegende Sicherheitsanforderungen für Bau/Konstruktion von Maschinen festlegen Kennzeichnung durch CE-Kennzeichen Einhaltung kann durch Anwendung harmonisierter Normen erfolgen (s. EU Amtsblatt) Vermutungswirkung zur Verstärkung der Rechtssicherheit

Sicherheitsanforderungen für Bau/Konstruktion von Maschinen festlegen Kennzeichnung durch CE-Kennzeichen Einhaltung

10 Harmonisierte Normen Anwendung ist keine Pflicht spiegeln den Stand der Technik wider dienen der Reduzierung von Sicherheitsrisiken auf ein akzeptables Minimum im Sinne der Maschinenrichtlinie Wichtige Normen: DIN EN ISO Sicherheit von Maschinen Grundbegriffe, allgemeine Gestaltungsleitsätze DIN EN ISO Sicherheit von Maschinen Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen

Wichtige Normen: DIN EN ISO 12100-1 Sicherheit von Maschinen Grundbegriffe, allgemeine

11 Risikobeurteilung Start Risikoanalyse Grenzen der Maschine bestimmen Gefährdungssituation ermitteln Risikoeinschätzung Risikobewertung Konstruktive Schutzmaßnahmen Technische Schutzmaßnahmen Ende Maschine sicher Maschine sicher Instruktive Maßnahmen ausgeschöpft Maschine nicht sicher Maschine nicht sicher nicht ausgeschöpft Konstruktive Maßnahmen z.b. inhärente Sicherheit Technische Schutzmaßnahmen Benutzerinformationen an der Maschine & im Handbuch Risikominderung

Maschine sicher Instruktive Maßnahmen ausgeschöpft Maschine nicht sicher Maschine nicht sicher nicht ausgeschöpft

12 Risikoanalyse: Grenzen bestimmen

13 Risikoanalyse: Grenzen bestimmen

14 Risikoanalyse: Gefährdungssituation ermitteln Risiken ergeben sich aus Gefährdungen Definition: Risiko = f (E, S) E = Eintrittswahrscheinlichkeit des Schadens S = Schwere des möglichen Schadens Eintrittswahrscheinlichkeit des Schadens Häufigkeit der Gefährdungsexposition (z.b.: stündlich, täglich, jährlich ) Dauer der Gefährdungsexposition (z.b.: 1 min, 5 min, 1 h ) Möglichkeiten zur Vermeidung oder Begrenzung des Schadens Wahrscheinlichkeit des Eintritts eines Gefährdungsereignisses

Häufigkeit der Gefährdungsexposition (z.b.

15 Risikoanalyse: Risikoeinschätzung Bestimmung des erforderlichen Performance-Levels (PL r )

16 Risikominderung: techn. Schutzmaßnahmen 1. Auswahl einer technischen Schutzmaßnahme 2. Bestimmung des erreichten Performance Level falls PL PL r weiter zu Punkt 3, ansonsten zurück zu Punkt 1 3. Umsetzung der technischen Schutzmaßnahme

Bestimmung des erreichten Performance Level falls PL PL r

17 Softwareunterstützte Bestimmung von PL SISTEMA (Sicherheit von Steuerungen an Maschinen) Software-Assistent der BGIA zur sicherheitstechnischen Bewertung von Steuerungen an Maschinen und Anlagen. Bestimmung des erreichten PL einer technischen Sicherheitsmaßnahme Daten sicherheitsrelevanter Bauteile div. Hersteller sind in SISTEMA hinterlegt kostenlos & frei verfügbar

18 Möglichkeiten der sicheren Steuerung Sicherheitsgerichtete SPS & Aktoren Hardware + hoher Performance Level möglich (herstellerzertifiziert) LVL (Sprache mit eingeschränktem Funktionsumfang) + vereinfacht Erreichen des PL (s. DIN EN ISO ; & 4.6.3) - Visualisierung (fast) nicht möglich - schlechte Bedienbarkeit - schränkt Prüfablauf ein - Datenspeicherung (fast) nicht mögl. - Parametrierung nicht möglich PC mit LabVIEW & Feldbus Hardware - kein herstellerzertifizierter PL FVL (Sprache mit vollem Funktionsumfang) + Visualisierung + einfache Bedienung + komplexe Prüfaufgaben möglich + Datenspeicherung + Parametrierung - systematische Ausfälle müssen beherrscht werden (s. DIN EN ISO ; & G2) - Validierung der Prüfstandssoftware (inkl. Sicherheitsfunktionen)

- Parametrierung nicht möglich PC mit LabVIEW & Feldbus Hardware - kein herstellerzertifizierter PL FVL (Sprache mit vollem Funktionsumfang) + Visualisierung + einfache Bedienung + komplexe

19 Steuerungskette: Systemübersicht

20 Steuerungskette: elektr. Verschaltung Hardwarekonzept - schematisch normale SPS normale Messkarte normales Bussystem Ausgänge Eingänge Energieabschaltung Sensor 1 Sensor 2 Sicherheits-SPS Sicherheitsrelais Hartverdrahtung Eingänge Ausgänge Spule 1 Spule 2 Voraussetzung: Die Anlage ist energielos im sicheren Zustand!

normales Bussystem Ausgänge Eingänge Energieabschaltung Sensor 1 Sensor 2

21 Steuerungskette: Bild (1) LabVIEW und Festo CPX-Feldbussystem

22 Steuerungskette: Bild (2) Sicherheits-SPS & Festo MS6-SV Einschaltventil

23 Steuerungskette: Bild (3) federrückstellender Kugelhahn

24 Steuerungskette: LabVIEW & SPS

25 Prüfstandssoftware im täglichen Betrieb soll die Sicherheitstechnik nicht eingreifen müssen Eine gute Prüfstandssoftware muss kritische Zustände möglichst vermeiden

26 Anforderungen an SW-Entwicklung anlagenunabhängige, universelle Vorgehensweise schnelle Inbetriebnahme einer Anlage einfache Erweiterbarkeit & Änderung der Funktionen ohne LabVIEW-Entwicklungsumgebung ohne Neuerstellung einer EXE nur durch Konfiguration bzw. Parametrierung Fehler minimieren & Aufwand reduzieren durch: Automatisierung von Abläufen wie z.b. das Ausfüllen von Tabellen Arbeitsteilung nach Fachwissen ( Schuster bleib bei deinen Leisten! ) Verfahrenstechnik-Ingenieure sollen keine Programmierkenntnisse benötigen um die Anlagenfunktionen umzusetzen (und umgekehrt) Einsatz von standardisierten, geprüften Modulen Simulation

27 Ablauf der Softwareentwicklung in LabVIEW Visio automatisiertes Erstellen von Kanalnamen Stückliste Benutzereingabe Excel Kanalbelegungen Alarmtabellen Übergangsbedingungen Zustandstabellen LabVIEW Datenimport

28 Softwarestruktur Alarmverarbeitung Alarmmeldung endlicher Zustandsautomat Start / Stop GUI Prozesssollwerte Software-Regler 1 n Sensorwerte Aktorwerte Hardware-Treiber (CAN, PXI, SCXI, Modbus, Fieldpoint etc.)

29 Zusammenfassung Unfälle sind keine Zufälle Der Weg zu einer sicheren Maschine: Berücksichtigung der Anlagensicherheit in der Konzeption verringerter Aufwand für techn. Sicherheitsmaßnahmen Trennung von Anlagenfunktion & Sicherheitstechnik Erweiterung der Anlagenfunktionen mit LabVIEW unabhängig vom Sicherheitskonzept (und vice versa) keineerneute Validierung der Sicherheitstechnik bei Erweiterung der Anlagenfunktionen Möglichkeit verfügbare, bewährte Technologie einzusetzen (LabVIEW, Feldbus usw.)

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