Funktionale Sicherheit bei Betriebsmitteln

Transkript

1 Josef Winkelmann CE-Kennzeichnung und Funktionale Sicherheit 16. Arbeitsschutztag für Mittel- und Oberfranken Bad Staffelstein, 20. September 2017

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3 Was ist Funktionale Sicherheit? die wichtigsten Normen zur Funktionalen Sicherheit Funktionale Sicherheit in der Maschinen- und Prozessindustrie Notwendigkeit der Funktionalen Sicherheit für den Maschinenbauer Notwendigkeit der Funktionalen Sicherheit für den Betreiber Der Weg zur sicheren Maschine (drei Prozessphasen) Beispiel mit iterativem Vorgehen nach EN Zuverlässigkeitsnachweis nach EN ISO (Performance Level, PL) Zuverlässigkeitsnachweis nach DIN EN (Safety Integrity Level (SIL) Modifikation und Nachrüstung Sep-17 / 3 / JW

4 Was ist Funktionale Sicherheit? Wenn sicherheitsgerichtete Steuerungen ihre Sicherheitsfunktionen zuverlässig erbringen, sprechen wir von funktionaler Sicherheit (FuSi). Die Definition aus der DIN EN :2011 lautet: funktionale Sicherheit: Teil der Gesamtsicherheit, bezogen auf die EUC und das EUC-Leitoder Steuerungssystem, der von der korrekten Funktion des E/E/PEsicherheitsbezogenen Systems und anderer risikomindernder Maßnahmen abhängt. EUC = equipment under control E/E/PE = electric / electronic / programmable electronic Sep-17 / 4 / JW

5 Funktionale Sicherheit bezeichnet den Teil des Systems, der von der korrekten Funktion der sicherheitsbezogenen Systeme (Elektrik, Pneumatik und Hydraulik) und externer Einrichtungen zur Risikominderung abhängt und unterstützt / beeinflusst Zuverlässigkeit Verfügbarkeit Wartbarkeit Sep-17 / 5 / JW

6 die wichtigsten Normen zur Funktionalen Sicherheit EN IEC 61508: Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme EN ISO 13849: Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen EN IEC 61511: Funktionale Sicherheit - Sicherheitstechnische Systeme für die Prozessindustrie EN IEC 62061: Sicherheit von Maschinen - Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer, elektronischer und programmierbar elektronischer Steuerungssysteme Sep-17 / 6 / JW

7 die wichtigsten Normen zur Funktionalen Sicherheit ISO 26262: Road vehicles - Functional safety ISO 25119: Functional Safety for Tractors and Machinery for Agriculture and Forestry DIN EN Bahnanwendungen - Telekommunikationstechnik, Signaltechnik und Datenverarbeitungssysteme - Sicherheitsrelevante elektronische Systeme für Signaltechnik DIN IEC Kernkraftwerke - Leittechnik für Systeme mit sicherheitstechnischer Bedeutung - Allgemeine Systemanforderungen Sep-17 / 7 / JW

8 die wichtigsten Normen zur Funktionalen Sicherheit DIN EN Elektrische Ausrüstung von Feuerungsanlagen und zugehörige Einrichtungen IEC Medizingeräte-Software - Software-Lebenszyklus-Prozesse IEC Medizinische elektrische Geräte - Teil 1: Allgemeine Festlegungen für die Sicherheit einschließlich der wesentlichen Leistungsmerkmale Sep-17 / 8 / JW

9 Funktionale Sicherheit in der Maschinen- und Prozessindustrie Maschinenindustrie Prozessindustrie SRP/CS Elektrik/Elektronik/ programmierbare Elektronik Pneumatik Hydraulik Mechanik EN ISO EN IEC SRECS EN SIS EN E/E/PES Elektrik/Elektronik/ programmierbare Elektronik Sep-17 / 9 / JW

10 Notwendigkeit der Funktionalen Sicherheit für den Maschinenbauer Jeder Maschinenbauer ist dafür verantwortlich, dass die Konstruktion die grundlegenden Sicherheitsanforderungen erfüllt. Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG fordert in Artikel 7 1. Die Mitgliedstaaten betrachten eine Maschine, die mit der CE- Kennzeichnung versehen ist und der die EG-Konformitätserklärung mit den in Anhang II Teil 1 Abschnitt A aufgeführten Angaben beigefügt ist, als den Bestimmungen dieser Richtlinie entsprechend. 2. Ist eine Maschine nach einer harmonisierten Norm hergestellt worden, deren Fundstellen im Amtsblatt der Europäischen Union veröffentlicht worden sind, so wird davon ausgegangen, dass sie den von dieser harmonisierten Norm erfassten grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen entspricht. Sep-17 / 10 / JW

11 Notwendigkeit der Funktionalen Sicherheit für den Betreiber Jeder Betreiber von Maschinen und Anlagen ist dafür verantwortlich, dass seine Produkte die grundlegenden Sicherheitsanforderungen erfüllen. Die Betriebssicherheitsverordnung fordert in 4 Grundpflichten des Arbeitgebers (1) Arbeitsmittel dürfen erst verwendet werden, nachdem der Arbeitgeber 1. eine Gefährdungsbeurteilung durchgeführt hat, 2. die dabei ermittelten Schutzmaßnahmen nach dem Stand der Technik getroffen hat und 3. festgestellt hat, dass die Verwendung der Arbeitsmittel nach dem Stand der Technik sicher ist. Sep-17 / 11 / JW

12 Notwendigkeit der Funktionalen Sicherheit für den Betreiber Jeder Betreiber von Maschinen und Anlagen ist dafür verantwortlich, dass seine Produkte die grundlegenden Sicherheitsanforderungen erfüllen. Die Betriebssicherheitsverordnung fordert in 5 Anforderungen an die zur Verfügung gestellten Arbeitsmittel (1) Der Arbeitgeber darf nur solche Arbeitsmittel zur Verfügung stellen und verwenden lassen, die unter Berücksichtigung der vorgesehenen Einsatzbedingungen bei der Verwendung sicher sind. Die Arbeitsmittel müssen 1. für die Art der auszuführenden Arbeiten geeignet sein, 2. den gegebenen Einsatzbedingungen und den vorhersehbaren Beanspruchungen angepasst sein und 3. über die erforderlichen sicherheitsrelevanten Ausrüstungen verfügen Sep-17 / 12 / JW

13 Folgen bei einem schweren Unfall: Personenschaden unangenehme Erklärungen gegenüber marktaufsichtsführenden Behörden Keine Produktion Keine Umsatz Keine Gewinn Ansehensverlust Kundenrückgang Umsatzeinbruch Sep-17 / 13 / JW

14 Der Weg zur sicheren Maschine besteht aus drei Prozessphasen Risikobeurteilung Risikominderung Nachweis Nachweis der Ausfallwahrscheinlichkeit gliedert sich in quantifizierbare Aspekte (Performance-Level (PL), Safety Integrity Level (SIL) nicht quantifizierbare Aspekte (systematische Fehler, Umgebungsbedingungen, Verhalten der SF unter Fehlerbedingungen, sicherheitsbezogene Software) Sep-17 / 14 / JW

15 Phase Risikobeurteilung Alle von der Maschine ausgehenden Gefährdungen ermitteln und bewerten z.b. Quetschen, Abschneiden, Abscheren, Eindringen etc. Lebensphasen Risiko einschätzen Sep-17 / 15 / JW

16 Phase Risikominderung 1 2 Sichere Konstruktion Risiko angemessen vermindert? nein Technische Maßnahmen ISO Sep-17 / 16 / JW

17 Phase Risikominderung 1 Sichere Konstruktion 2 3 Risiko angemessen vermindert? nein Technische Maßnahmen Risiko angemessen vermindert? nein Benutzerinformation über Restrisiken SF01: Sicherheitsfunktion Not-Halt SF10: Sicherheitsfunktion Tür (beweglich trennende Schutzeinrichtung) Sep-17 / 17 / JW

18 Phase Risikominderung Ursprungsrisiko Akzeptables Restrisiko Risiko ausreichend gemindert Sep-17 / 18 / JW

19 Phase Risikominderung Sicherheitsstufen ISO IEC IEC Performance Level (PL) Safety Integrity Level (SIL) Safety Integrity Level (SIL) PL a PL b PL c PL d PL e SIL1 SIL2 SIL3 SIL1 SIL2 SIL3 SIL4 Sep-17 / 19 / JW

20 Phase Nachweis (Zuverlässigkeit nach EN ISO 13849) B10D = B10D = Ergebnis DC: 99% DC: 99% 0S10.1 Not Halt Taster Siemens 3SU S10.2 Not Halt Taster Siemens 3SU A1 Sicherheitsschaltgerät Schmersal SRB200X2 0K1 Lastschütz Siemens 3RT10.. 0K2 Lastschütz Siemens 3RT10.. DC: 99% DC: 99% Kategorie 4 PFHD = 2,47E-8 PL = e Kategorie 4 Kategorie 4 + PFHD = 2,0E-8 + PFHD = 2,47E-8 = PL = e PL = e Kategorie 4 PFHD = 6,93E-8 PL = e Sep-17 / 20 / JW

21 Phase Nachweis (Zuverlässigkeit nach EN ISO 13849) Kat 4 PFHD = 2E-8 Ergebnis DC: 99% DC: 99% 0S10.1 Schiebetür Positionsschalter Schmersal AZ16 0S10.1 Schiebetür Positionsschalter Schmersal AZ16 0A1 Sicherheitsschaltgerät Schmersal SRB200X2 0K1 Lastschütz Siemens 3RT10.. 0K2 Lastschütz Siemens 3RT10.. DC: 99% DC: 99% Kategorie 4 PFHD = 2,47E-8 PL = e Kategorie 4 Kategorie 4 + PFHD = 2,0E-8 + PFHD = 2,47E-8 = PL = e PL = e Kategorie 4 PFHD = 6,93E-8 PL = e Sep-17 / 21 / JW

22 S1 Start + + 1A gefahrbringende Bewegung a 1V5 b K1 K1 K1 K1 Eingänge Sicherheits SPS Ausgänge 1S3 G 1V4 1V3 K1 1V5a 1V3 1V5b 1V2 1V1 1Z2 1S1 1Z1 1M M 1P Sep-17 / 22 / JW

23 Modellierung der Schaltung als Blockdiagramm sicheres Erfassen sicheres Auswerten sicheres Reagieren 1V5 Kanal 1 F1 K1 1V3 1V4 Kanal 2 1S3 Tests Sep-17 / 23 / JW

24 Sep-17 / 24 / JW

25 Phase Nachweis (Zuverlässigkeit nach DIN EN 61511) B1211 Durchflussmesser E + H Promag 50P32 B1212 Prozesstransmitter E + H RMA42 A1 F-DI Siemens 6ES7326-1BK02-0AB0 A2 F-CPU Siemens 6ES7315-6FF04-0AB0 A3 F-DO Siemens 6ES7326-1BK02-0AB0 K11 Koppelrelais Phönix PSR P22 K11 Koppelrelais Phönix PSR P22 G1 Frequenzumrichter Siemens SINAMICS G120C Sep-17 / 25 / JW

26 Verifikation und Validierung Verifikation Bewertung der Umsetzung gemäß Spezifikation Validierung Bewertung, ob die Lösungen generell für die notwendige Risikominderung geeignet sind. Sep-17 / 26 / JW

27 Modifikation und Nachrüstung Konzept Gefahren- und Risikoanalyse Sicherheitsanforderungen Planung, Realisierung Installation, Inbetriebnahme Betrieb, Wartung, Reparatur Außerbetriebnahme Entsorgung Modifikation Nachrüstung Sep-17 / 27 / JW

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Josef Winkelmann staatl. gepr. Elektrotechniker Functional Safety Engineer (TÜV Rheinland, #6807/13) Tel / Der Vortrag einschließlich seiner Einzelbeiträge und Abbildungen ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwendung ist ohne Zustimmung des Verfassers unzulässig. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigung, Übersetzung, Mikroverfilmung und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systemen Josef Winkelmann / Ingenieurbüro Lauer Sep-17 / 28 / JW