Sicherheitsgerichtete Schalttechnik SIRIUS Safety Integrated

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1 Functional Example Sicherheitsgerichtete Schalttechnik SIRIUS Safety Integrated Schutztürüberwachung mit automatischem Start bis SIL nach IEC 6206 bzw. PL c nach ISO mit ET 200S Safety Motorstarter Solution local

2 Vorbemerkung Die Funktionsbeispiele zum Thema Safety Integrated sind funktionsfähige und getestete Automatisierungskonfigurationen auf Basis von I IA/DT-Standardprodukten für die einfache, schnelle und kostengünstige Realisierung von Automatisierungsaufgaben in der Sicherheitstechnik. Jedes der vorliegenden Funktionsbeispiele deckt dabei eine häufig vorkommende Teilaufgabe einer typischen Kundenproblemstellung innerhalb der Sicherheitstechnik ab. Neben der Aufzählung aller benötigten Soft- und Hardwarekomponenten und Beschreibung deren Verschaltung miteinander, beinhalten die Funktionsbeispiele getesteten und kommentierten Code. Damit können die hier beschriebenen Funktionalitäten innerhalb kurzer Zeit nachgestellt und so auch als Basis für individuelle Erweiterungen genutzt werden. Wichtiger Hinweis Die Safety Funktionsbeispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten. Die Safety Funktionsbeispiele stellen keine kundenspezifische Lösungen dar, sondern sollen lediglich Hilfestellung bieten bei typischen Aufgabenstellungen. Sie sind für den sachgemäßen Betrieb der beschrieben Produkte selbst verantwortlich. Diese Safety Funktionsbeispiele entheben Sie nicht der Verpflichtung zu sicherem Umgang bei Anwendung, Installation, Betrieb und Wartung. Durch Nutzung dieser Safety Funktionsbeispiele erkennen Sie an, dass Siemens über die oben beschriebene Haftungsregelung hinaus nicht für etwaige Schäden haftbar gemacht werden kann. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen an diesen Safety Funktionsbeispielen jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichungen zwischen den Vorschlägen in diesen Safety Funktionsbeispielen und anderen Siemens Publikationen, wie z.b. Katalogen, hat der Inhalt der anderen Dokumentation Vorrang. SIRIUS Safety Integrated Seite 2/7

3 Inhaltsverzeichnis Gewährleistung, Haftung und Support Funktion Beschreibung der Funktionalität Vorteile/Kundennutzen Erforderliche Komponenten Aufbau und Verdrahtung Der Hardwareaufbau in der Übersicht Verdrahtung der Hardwarekomponenten Wichtige Einstellungen an den Hardwarekomponenten Bewertung nach IEC 6206 und ISO 3849-: Sicherheitsfunktion Bewertung nach IEC Bewertung nach ISO 3849-: Zusammenfassung Ansprechpartner Historie... 6 SIRIUS Safety Integrated Seite 3/7

4 Gewährleistung, Haftung und Support Für die in diesem Dokument enthaltenen Informationen übernehmen wir keine Gewähr. Unsere Haftung, gleich aus welchem Rechtsgrund, für durch die Verwendung der in diesem Safety Funktionsbeispiel beschriebenen Beispiele, Hinweise, Programme, Projektierungs- und Leistungsdaten usw. verursachte Schäden ist ausgeschlossen, soweit nicht z.b. nach dem Produkthaftungsgesetz in Fällen des Vorsatzes, der grober Fahrlässigkeit, wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit, wegen einer Übernahme der Garantie für die Beschaffenheit einer Sache, wegen des arglistigen Verschweigens eines Mangels oder wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten zwingend gehaftet wird. Der Schadensersatz wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist jedoch auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht Vorsatz oder grobe Fahrlässigkeit vorliegt oder wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit zwingend gehaftet wird. Eine Änderung der Beweislast zu Ihrem Nachteil ist hiermit nicht verbunden. Copyright 2007 Siemens I IA/DT. Weitergabe oder Vervielfältigung dieser Applikationsbeispiele oder Auszüge daraus sind nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich von Siemens I IA/DT zugestanden. SIRIUS Safety Integrated Seite 4/7

5 2 Funktion 2. Beschreibung der Funktionalität Dieses Safety Functional Example beschreibt eine trennende Schutzeinrichtung in Form einer Schutztür. Die am häufigsten eingesetzte Lösung im Bereich von Anlagen und Maschinen ist die Absicherung von Gefahrenbereichen mit mechanisch trennenden Schutzeinrichtungen oder Zugangsklappen. Hier gilt es das unbefugte Betreten von Anlagenbereichen zu überwachen, sowie eine gefahrbringende Maschinenfunktion zu verhindern, wenn die Schutzeinrichtung nicht geschlossen ist. Die Schutztür wird mit einem SIRIUS mit zwangsöffnendem Kontakt durch einen Safety Modul PM-D-F2 überwacht. Dieser Aufbau ist bis SIL nach IEC 6206 bzw. PL c nach ISO geeignet. Wird diese Schutztür geöffnet, schaltet das Safety Modul PM-D-F2 die ihm zugeordneten Motorstarter gemäß Stopp-Kategorie 0 nach EN ab. In diesem Beispiel wird ein Antrieb stillgesetzt. Wird die Schutztür geschlossen, erfolgt nach Überprüfung des s ein automatischer Start. In diesem Beispiel wird nur auf die Sicherheitsfunktion eingegangen. Das betriebsmäßige Schalten des Motorstarters erfolgt durch eine Standart SPS und wird hier nicht weiter betrachtet. 2.2 Vorteile/Kundennutzen Reines Hardware- Engineering ohne Softwareprojektierung für die Sicherheitstechnik. Umfangreiche Profibusdiagnose der Motorstarter und des Safety Moduls PM-D-F2. Durch geringeren Material- und Verdrahtungsaufwand, werden die Einbauflächen im Schaltschrank reduziert, und somit auch die Stellflächen in der Anlage. SIRIUS Safety Integrated Seite 5/7

6 Meldung Schütz verschweisst Mit diesem Schaltungsbeispiel kann die Kategorie 2 nach nur dann erfüllt werden, wenn bei dem Versagen des Aktors automatisch eine Warnung erfolgt oder die Maschinensteuerung einen sicheren Zustand einleitet. Ansonsten ist ein zweiter Abschaltweg erforderlich. Diese Meldung kann mit Hilfe des Prozessabbildes der Motorstarter generiert werden. ET200S Standard ET200S HF PAE 0.0 Betriebsbereit 0.0 Bereit (Automatik) 0. Schütz ein 0. Motor ein (Strommessung) 0.2 Leistungsschalter ausgelöst 0.2 Sammelfehler 0.3 Sammelwarnung 0.4 Eingang 0.5 Eingang Eingang Eingang Motorstrom I akt.6 Betriebsart H-V-O.7 Rampenbetrieb (nur DSSe-x) PAA 0.0 Motor rechts 0.0 Motor rechts 0. Motor links 0.2 Bremse 0.2 Bremse lösen 0.3 Trip-Reset 0.4 Notstart 0.5 Selbsttest SIRIUS Safety Integrated Seite 6/7

7 Beispiel Baustein: Meldung Schütz verschweisst für Motorstarter Standard Mit dem Standard Ausgang Schütz verschweisst kann ein Leuchtmelder angesteuert werden. Durch diese Meldung ist ein zweiter Abschaltweg nicht mehr notwendig. Hinweis sind so anzuordnen, dass sie beim An- und Überfahren nicht beschädigt werden. Deshalb dürfen sie nicht als mechanischer Anschlag verwendet werden. SIRIUS Safety Integrated Seite 7/7

8 SIRIUS Safety Integrated Seite 8/7

9 3 Erforderliche Komponenten Hardwarekomponenten Komponente Typ MLFB / Bestellangaben Anzahl. Hersteller SIRIUS 3SE RV40 Schutztür Radiusbetätiger für 3SE AV05 Direktstarter, erweiterbar 5,5 kw; 9,0 Abis 2 A 3RK30-KB00-0AA2 Terminalmodul für Direktstarter mit Zuleitungsanschluss 3RK903-0AB00 TM für PM-D F/2; einzelner o. übergeorndn. Sicherheitskreis 3RK903-AA00 ET200S - Station SIMATIC S7 TM für Connectionmodul PM-X PM-D F2 Powermodul für Schutztür; Autostart Failsafe-Kit für Direktstarter IM 5 Basic zum Anschluss der ET200S an PROFIBUS DP optional Einspeisebaustein M45- PEN-F Stromversorgung PS307 5 A SIMATIC S7-300, CPU 35-2DP 3RK903-AB00 3RK903-BB00 3RK903-CA00 6ES75-CA00-0AB0 3RK903-2AA00 6ES7307EA00-0AA0 6ES735-2AG0-0AB0 Siemens AG Micro Memory Card MMC 52 kb 6ES LJ0-0AA0 Hinweis Die Funktionalität wurde mit den angegebenen Hardwarekomponenten getestet. Es können auch ähnliche, von dieser Liste abweichende Produkte (z.b. ein anderer ET200S Motorstarter) verwendet werden. Bei der Verwendung von ET200S Motorstarter High Feature kann auf das F-Kit verzichtet werden, das dieses schon in den Motorstartern integriert ist. SIRIUS Safety Integrated Seite 9/7

10 IM 5 BASIC PM-D F SF PWR CON STAT PE N PM-X SF PWR CON Schutztürüberwachung mit automatischem Start Kategorie 2 nach 4 Aufbau und Verdrahtung 4. Der Hardwareaufbau in der Übersicht Standard-SPS Auswerten PROFIBUS DS-x 0 I Einspeisung Erfassen Reagieren Schutztür SIRIUS In einer ET200S Station können auch weitere Motorstarter vor dem PM-X Modul gesteckt werden. Diese werden dann auch durch Öffnen der Schutztür abgeschaltet (Gruppenabschaltung). 2 T 4 T2 6 T3 ET200S mit PM-D-F2 und Motorstarter mit F-Kit SIRIUS Safety Integrated Seite 0/7

11 4.2 Verdrahtung der Hardwarekomponenten SPS Master IM 5 PM-D F2 DS PM - X Abschlussmodul LL2 L3 24V M PROFIBUS-DP 24V M TM-PF 30 S47 B0 F-Kit TM-X5 S27-0 Abschlussdeckel SIRIUS Safety Integrated Seite /7

12 L+ U OUT+ RF M OUT- 4 RF A+ U2 A Schutztür AUX 2 AUX 3 SIRIUS Safety Integrated Seite 2/7

13 4.3 Wichtige Einstellungen an den Hardwarekomponenten Nachfolgend werden zur Übersicht einige wichtige Einstellungen aus der Hardwarekonfiguration von STEP7 gezeigt. SIRIUS Safety Integrated Seite 3/7

14 5 Bewertung nach IEC 6206 und ISO 3849-: Sicherheitsfunktion Für die weitere Betrachtung wird die folgende Sicherheitsfunktion zu Grunde gelegt: Sicherheitsfunktion SF Wird die Schutztür geöffnet, muss der Motor ausgeschaltet werden. Im Folgenden wird die oben genannte Sicherheitsfunktion nach den beiden Normen IEC 6206 und ISO 3849-:2006 bewertet. SIRIUS Safety Integrated Seite 4/7

15 5.2 Bewertung nach IEC 6206 Parameter zur Berechnung von PFH D für und Motorstarter Parameter Wert Begründung Festlegung B0 Schütz Anteil gefahrbringender Ausfälle Schütz T Gebrauchsdauer C Anzahl Betätigungen der Anzahl Betätigungen Schütze T2 Diagnose-Testintervall Positionschalter β (CCF-Faktor) Anfälligkeit gegenüber Ausfällen in Folge gemeinsamer Ursache DC Diagnosedeckungsgrad Diagnosedeckungsgrad Motorstarter * 0 6 * 0 6 Herstellerangabe 0,2 0, h (20Jahre) 0,25/h 0,25/h Herstellerangabe (20%) (73%) Herstellerangabe Annahmen: Einmal pro Schicht, d. h. alle 8 Stunden, erfolgt eine Betätigung. An allen Tagen im Jahr (365 Tage) finden Betätigungen statt. 68h Bei Öffnen der Schutztür wird im PM-D F2 ein defekter Kontakt erkannt. Eine Betätigung erfolgt jede Woche (7 * 24 Stunden) (siehe C ). 0, Bei kann bei Installation nach IEC 6206 darf ein CCF-Faktor von 0, (0%) angenommen werden. Mit diesem Wert liegt man dann auf der sicheren Seite ( konservativer Wert ). 0,99 (99%) 0 (0%) Diskrepanzauswertung bei ; Es wird keine Fehlerreaktion eingeleitet. (Worst Case Betrachtung). Siemens Anwender Parameter Auswerten Parameter Komponente Wert Festlegung PFH D (PMD-F2) PM-D F2 Modul 9,0 * 0-09 Siemens Ergebnis IEC 6206 SILCL PFH D Erfassen 2 Hardwarefehlertoleranz: HFT = 2,50 * 0-0 Architektur: Basis- Anteil sicherer Ausfälle: SFF 90 (90%) Teilsystemarchitektur D SILCL ist auf SIL 2 beschränkt (wegen Fehlerausschluss, Bruch des getrennten Auswerten 3 Betätigers). Herstellerangabe 9,0 * 0-09 Herstellerangabe Reagieren Hardwarefehlertoleranz: HFT = 0 9,2 * 0-09 Architektur: Basis- Anteil sicherer Ausfälle: SFF = 0 (0%) Teilsystemarchitektur A Verwendung von bewährten Bauteilen Ergebnis SILCL aller Aufgaben der ergänzenden Sicherheitsfunktion ist mindestens. Der PFH D (=,83 * 0-08 ) der gesamten ergänzenden Sicherheitsfunktion ist kleiner als SIL. SIRIUS Safety Integrated Seite 5/7

16 5.3 Bewertung nach ISO 3849-:2006 Parameter zur Berechnung von MTTF d für und Schütz Parameter Wert Begründung Festlegung B0 - B0 Wert B0 Wert Schütz Anteil gefahrbringender Ausfälle Schütz d op mittlere Betriebszeit in Tagen pro Jahr h op mittlere Betriebszeit in Stunden pro Tag t Zyklus mittlere Zeit zwischen dem Beginn zweier aufeinander folgender Zyklen des Bauteils Schütz Zwischenergebnisse: Zwischenergebnis * 0 6 * 0 6 0,2 0, Tage pro Jahr 24 Stunden pro Tag 8h/Zyklus 8h/Zyklus Begründung MTTF d hoch MTTF d 30 Jahre DC mittel DC Motorstarter kein DC = 0% Maßnahmen gegen CCF erfüllt Maßnahmen gegen CCF Motorstarter Kategorie 3 Kategorie Motorstarter nicht relevant Herstellerangabe Herstellerangabe Annahme: An allen Tagen im Jahr finden Betätigungen statt. Annahme: Zwischen dem Öffnen der Schutztür und dem Betätigen der Schütze liegen 8 Stunden(eine Schicht). DC=90% Diskrepanzauswertung bei Siemens Anwender Es wird angenommen, dass vom Anwender die erforderlichen Maßnahmen ergriffen werden. Systemverhalten: Ein einzelner Fehler führt nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion. MTTF d: hoch, DC: hoch, Maßnahmen gegen CCF: erfüllt Der einzelne Fehler wird erkannt. Einige, aber nicht alle Fehler werden erkannt. Systemverhalten: Das Auftreten eines Fehlers kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen Parameter Auswerten Parameter Komponente Wert Festlegung PFH D (PM-D F2) PM-D F2 Modul 9,0 * 0-09 Siemens Ergebnis ISO 3849-:2006 PL PFH D Erfassen d 4,29 * 0-08 (aus Anhang K; siehe Hinweis) Auswerten e 9,0 * 0-09 Reagieren c,4 * 0-06 (aus Anhang K; siehe Hinweis) Ergebnis c PL aller Aufgaben der ergänzenden Sicherheitsfunktion ist mindestens c. Hinweis: Die MTTF d für jeden Kanal ist auf ein Maximum von 00 Jahren begrenzt! SIRIUS Safety Integrated Seite 6/7

17 5.4 Zusammenfassung IEC 6206 ISO 3849-:2006 SILCL PFH D PL PFH D Erfassen 2 2,50 * 0-0 d 4,29 * 0-08 Auswerten 3 9,0 * 0-09 e 9,0 * 0-09 Reagieren 9,2 * 0-09 c,4 * 0-06 Ergebnis SIL PL c 6 Ansprechpartner Technical Assistance für Niederspannungs-Schalttechnik Persönlich von Mo - Fr bis 7.00 (CET) Telefon: +49 (9) technical-assistance@siemens.com Internet: Per Fax rund um die Uhr Fax: +49 (9) Historie Tabelle 7- Historie Version Datum Änderung V Erste Ausgabe V Aktualisierung der Bestellnummern für den - Überarbeitung der Übersicht zum Hardwareausbau - Neues Kapitel: Bewertung nach IEC 6206 und ISO V Änderung des Titels und der Funktionsbeschreibung - Änderung des Anteils gefahrbringender Ausfälle bei Schützen auf 73% und Aktualisierung der daraus resultierenden PFH D -Werte SIRIUS Safety Integrated Seite 7/7