Sikkerhed i styresystemer i henhold til EN ISO

Transkript

1 Sikkerhed i styresystemer i henhold til EN ISO F1 S1 F2 S2 F1 F2 PLr a b c d e

2 Nye standarder for sikkerhed i styresystem At bygge et sikkerhedssystem som fungerer i praksis og giver tilstrækkelig høj sikkerhed kræver viden indenfor flere områder. Konstruktion af sikkerhedsfunktionerne i sikkerhedssystemet så der opnås tilstrækkelig pålidelighed er en vigtig del. Som en hjælp til dette findes eksempelvis standarden EN ISO Med denne skrift vil vi give en introduktion til standarden og dennes anvendelse sammen med vores produkter. Introduktion till ny standard Generationsskiftet for standarder om sikkerhed i styresystemer indebærer nye begreber og beregninger for maskinbyggeren og maskinbrugeren. Standarden EN (kategorier) ud fases og erstattes af EN ISO (PL, performance level/præstationsniveau) og EN (SIL, Safety Integrity Level). Selv om sidste dato for anvendelse af EN er sat til , så er det godt at begynde at bruge de nye standarder allerede nu, da flere nye standarder ikke længere henviser til EN ller SIL? Hvad skal jeg vælge? Vilken standard du skal anvende afhænger blandt andet af teknik valget, erfaring og kundens ønske. Teknikvalg PL (Perfomance Level) er et teknikneutralt begreb som kan anvendes for elektriske, mekaniske, pneumatiske og hydrauliske sikkerhedsløsninger. SIL (Safety Integrity Level) kan derimod kun anvendes for elektriske, elektroniske eller programmerbare sikkerhedsløsninger. Erfaring I EN ISO anvendes kategorierne fra EN til at definere systemets struktur, og dermed bliver skridtet til de nye beregninger ikke så stort hvis man har tidligere erfaringer med kategorierne. I EN defineres strukturerne noget anderledes. Kundens ønske Hvis kunden kommer fra en branche hvor man er vant til at anvende SIL (eksempelvis processindustrien) kan kravet om at også sikkerhedsfunktioner for maskinsikkerhed skal være SIL-klassificerede komme derfra. Vi oplever at de fleste af vores kunder foretrækker PL da det er teknikneutralt og man kan bruge sine tidligere erfaringer om kategorierne. I denne skrift viser vi nogle eksempler på hvordan man opbygger sikkerhedsløsninger iht. EN ISO og beregner pålideligheden for de sikkerhedsfunktioner som anvendes for en maskine. Eksemplerne i dette skrift er forenklede for at give forståelse for principperne. De værdier der anvendes i eksemplerne kan ændre sig. Hvad er PL (Performance Level)? r en værdi for pålideligheden i en sikkerhedsfunktion. PL opdeles i 5 niveauer (a-e). Hvor er højest pålidelighedsniveau og modsvarer det der kræves ved højeste risikoniveau. For at beregne hvilket PL-niveau systemet opnår skal du kende følgende: Systemets struktur (kategorierne B, 1-4) Komponenternes middeltid til farlig fejl (MTTFd) Systemets fejldetekteringsformåen (DC) Desuden skal du: sikre systemet imod at en enkelt fejl slår begge kanaler ud samtidigt (CCF) sikre systemet imod at systematiske fejl indbygges i konstruktionen følge visse regler således at programmering foretages og valideres korrekt. De fem PL-niveauer (a-e) modsvarer visse intervaller af PFH D værdien (probability of dangerous failure per hour). Disse værdier angiver sandsynligheden for at en farlig fejl indtræffer pr. time. Ved beregning er det en fordel at anvende PFH D -værdien direkte, da r en forenkling der ikke giver et lige så eksakt resultat. Hvordan følger jeg lettest standarden? 1. Anvend færdigberegnede komponenter. Anvend i størst mulige omfang komponenter med færdigberegnede PL og PFH D -værdier. Så minimere du antallet af de beregninger som skal udføres. Alle ABB/Jokab Safetys produkter har færdigberegnede PFH D -værdier. 2. Anvend beregningsværktøj. Med det gratis program SISTEMA (se side 16) slipper du for at beregne værdierne manuelt. Du får også hjælp til at strukturere dine sikkerhedsløsninger og oprette den nødvendige dokumentation. 3. Anvend Pluto eller Vital Anvend sikkerheds-plcen Pluto eller sikkerhedsmodulet Vital. Dels er det enklere at udføre beregningerne, men fremforalt er det lettere at opnå et højt sikkerhed niveau. 2

3 Vi udvikler innovative produkter og løsninger indenfor maskinsikkerhed Vi gør det let at bygge sikkerhedssystemer. At udvikle innovative produkter og løsninger til maskinsikkerhed har været vores forretningside siden Jokab Safety startede i Vores vision er at blive Din partner indenfor maskinsikkerhed globalt og lokalt. Mange industrier, både i Danmark og udenlands, har opdaget hvor meget lettere det er at bygge beskyttelse og sikkerhedssystemer med produkter og vejledning fra os. Målsætningen for vores produktudvikling er at nå et højt sikkerhedsniveau (). Dette for at understøtte dig, som kunde til at skabe sikre arbejdspladser uafhængigt af hvem der bedømmer risikoniveauet. Erfaring Vi har lang erfaring for praktisk anvendelse af foreskrifter og standarder både fra myndigheds- og produktionssiden. Vi er repræsenteret i standardiseringsorganer indenfor maskinsikkerhed og vi arbejder dagligt med praktisk tilpasning af sikkerhedskrav i kombination med produktionskrav. I kan udnytte vores kompetencer indenfor undervisning og rådgivning om det nye maskindirektiv, risikoanalyse og sikkerhed i styresystemer. Systemer Vi leverer alt fra en enkelt sikkerhedsløsning til komplet installerede sikkerhedssystemer for en enkelt maskine til hele produktionslinjer. Vi kombinere produktionskrav med sikkerhedskrav for produktionsvenlige løsninger. Produkter Vi har et komplet program af sikkerhedskomponenter som gør det let at bygge sikkerhedssystemer. Disse innovative produkter udvikler vi kontinuerligt, og ofte i samarbejde med vores kunder. Indhold: Side 2 Introduktion Side 4 Arbejdsmetode iht. EN ISO Side 8 Praktisk eksempel med RT9 Side 10 Praktisk eksempel med Vital Side 12 Praktisk eksempel med Pluto Side 14 Hvordan defineres en sikkerhedsfunktion? Side 16 SISTEMA Side 17 Sikkerhedsrelæ, Vital eller Pluto? Begreber iht. EN ISO PL Performance Level (Præstationsniveau) Inddeles fra a til e. T 10d Middeltid til 10% af komponenterne får farlige fejl (Komponentens driftstid begrænses til T 10d ) PL r Required Performance Level (Påkrævet præstationsniveau for en bestemt sikkerhedsfunktion) MTTF d Mean Time To Dangerous Failure (Middeltid til farlig fejl) Deles ind i Lav, Middel og Høj. B 10d Antal cykluser til 10% af komponenterne får farlige fejl (for pneumatiske og elektromekaniske komponenter) CCF DC PFH D Common Cause Failure Fælles svigt med samme årsag. Diagnostic Coverage (Fejldetekteringsformåen) Deles in i Lav, Middel og Høj. Probability of Dangerous Failure per Hour (Gennemsnitlig sandsynlighed for farlig fejl pr. time) Beskrivelser og eksempler i dette skrift viser hvordan produkterne fungerer og kan anvendes. Det indebære ikke at de opfylder kravene for alle typer af maskiner og processer. Køberen/brugeren har ansvar for at produktet installeres og anvendes iht. gældende foreskrifter og standarder. Ret til ændringer i produkt og produktdata uden foregående advisering forbeholdes. 3

4 Arbejdsmetode iht. EN ISO Step 1 Start Bestem maskinens begrænsninger (pladskrav, anvendelse, tid, miljø) Risikobedømmelse Risikoanalyse Identificere risikokilder (alle arbejdsmomenter under livscyklusen) Step 2 Risikoskøn (anvend eventuelt. S, F og P) Risikoevaluering (kræves andre foranstaltninger?) Er risikoniveauet reduceret tilstrækkeligt? Nej Ja Slut Nej Ja Er der genereret nye risici? Nej Risiko reduktion ved (konstruktion, beskyttelsesudstyr, informere) Er løsningen afhængig af styresystemet? Ja Risikobedømmelse og risikonedsættelse Iht. maskindirektivet har maskinbyggeren (alle som bygger eller ændre en maskine) pligt til at lave en risikovurdering af maskinkonstruktionen og bedømme alle de arbejdsmomenter der skal udføres ved den. Standarden EN ISO (sammenlægning af EN ISO samt EN ISO /-2) angiver hvad der kræves ved en risikovurdering af en maskine. Det er denne vurdering, som EN ISO lægger sig op af, en gennemført risikovurdering er en forudsætning for at kunne arbejde med standarden. Step 1 Risikobedømmelse En risikovurdering begynder med at fastlægge maskinens begrænsninger. Herunder indgår det behov, der kræves til maskinen og operatører ved alle forudsete arbejdsmomenter og alle operationsfaser under hele maskinens livscyklus. Alle farerkidler skal således identificeres for alle arbejdsmomenter for hele maskinens livscyklus. For hver farerkilde foretages et risikoskøn, dvs. angivelse af hvor stor risikoen er. Iht. EN ISO skønnes risikoen ved hjælp af tre faktorer: skadens alvorlighed (S, severity), hvor ofte man udsættes for faren (F, frequency) og om man har nogen mulighed at undvige eller begrænse skaden (P, possibility). For hver faktor gives to alternativer. Hvor grænsen imellem de to alternativer går angives ikke præcist i standarden, men følgende er gængse fortolkninger: S1 blå mærker, mindre skrapesår, stiksår og lettere klemskader S2 skeletskader, amputation og dødsfald F1 F2 sjældent, ugentlig, kort tid ofte, dagligt, længere tid ad gangen langsomme maskinbevægelser, god plads, små kræfter hurtige maskinbevægelser, lidt plads, store kræfter Ved at angive S, F og P for risikoen kommer du frem til PL r (Performance Level required) der kræves for sikkerhedsfunktionen. Sidst i risikobedømmelsen vurderes om risikoen skal/kan reduceres yderligere eller om rest risikoen er acceptabel. 4

5 Risikovurdering For at finde det krævede præstationsniveau (PL r ). PL r a Lav risiko S Skadens alvorlighed S1 let (sædvanligvis genoprettelig skade) S2 alvorlig (sædvanligvis ubodelig skade eller dødsfald) S 1 F 1 F 2 b F Frekvens og/eller eksponeringstid for faren F1 sjælden til mindre ofte og/eller kort eksponeringstid F2 ofte til kontinuerlig og/eller lang eksponeringstid P Mulighed for at undvige faren eller begrænse skaden muligt under visse omstændigheder ikke muligt / usandsynligt S 2 F 1 F 2 c d e Høj risiko Step 2 Risiko reduktion Hvis man kommer frem til at det er nødvendigt at reducerer risikoen skal man følge maskindirektivets prioriteringsordning ved valg af beskyttelsesanordning: Step 3 Identificerer sikkhedsfunktionerne Bestem det krævede PL niveau = PL r 1. Fjern risikoen allerede på designstadiet. (Eksempelvis reducere kraften, forebyg indgreb i risikoområdet). 2. Anvend afskærmning og/eller sikkerhedsanordninger. (eksempelvis hegn, lysbom eller tohåndsbetjening). 3. Informere om hvordan maskinen kan anvendes på sikker vis.(eksempelvis i manualer og via skiltning). Hvis risikoreduceringen udføres ved hjælp af beskyttelsessanordninger skal styresystemet som overvåger disse sikkerhedsfunktioner udføres efter EN ISO Udføres for alle sikkerhedsfunktioner Designe og implementere løsningen/sikkerhedsfunktionen Beregn/evaluer PL Verificere at PL PL r Ja Validering Er alle krav opfyldt? Ja Nej Nej Step 3 Design og beregning af sikkerhedsfunktionerne Først skal du identificere sikkerhedsfunktionerne på maskinen. (Eksempler på sikkerhedsfunktioner kan være nødstop, overvågning af låger og lysgitre). For hver sikkerhedsfunktion skal der fastlægges en PL r (hvilket ofte allerede er gjort i risikobedømmelsen). Derefter designes og implementeres løsningen/sikkerhedsfunktionen. Når designet er klar beregnes hvilken PL sikkerhedsfunktionen opnår. Kontroller at det beregnede PL niveau er mindst lige høj som PL r og valider efterfølgende systemet efter valideringsplanen. I valideringen kontrolleres at specifikationerne for systemet er rigtigt udført og at konstruktionen følger specifikationen. Du skal også kontrollere at de krav som ikke indgår i beregningerne af r opfyldt, det vil sige, se efter at eventuel programmeringssoftware er korrekt foretaget og valideret samt at der er gjort tiltag for at sikre den tekniske løsningen imod systematiske fejl. 5

6 PFH D PL 10-4 a 10-5 b 3x10-6 c 10-6 d MTTF d lav MTTF d middel MTTF d høj 10-7 e 10-8 DC ingen DC ingen DC lav DC middel DC lav DC middel DC høj Kat. B Kat. 1 Kat. 2 Kat. 3 Kat. 4 Forholdet mellem kategorier, DC avg, MTTF d for hver kanal og PL. Tabellen viser hvilket PFH D -interval der modsvarer det respektive PL-niveau. PL-beregningen step 3 Når du beregner PL for en sikkerhedsfunktion er det lettest at dele funktionen op i separate, veldefinerede blokke (også kaldet subfunktioner). Oftest er det mest logiske at opdele efter indgang, logik og udgang (eksempelvis afbrydere sikkerhedsrelæ kontaktorer), men det kan give mere end tre blokke afhængig af indkobling og det antal komponenter der anvendes (et ekspansionsrelæ eksempelvis medfører en logikblok). For hver blok beregner du en ller PFH D -værdi. Det letteste er at få disse værdier fra komponentleverandøren så du ikke selv skal beregne dem. Leverandørene af afbrydere, sensorer og logikenheder har som regel PL og PFH D -værdierne for deres komponenter, mens leverandøre af udgangsenheder(eksempelvis kontaktorer og ventiler) normalt ikke har disse værdier, da værdien er afhængig af hvor ofte komponenten skal koble. Så her må du enten selv beregne værdien iht. EN ISO eller anvende færdigberegnede eksempler/løsninger fra eksempelvis Jokab Safety. For at kunne beregne ller PFH D for en blok skal du kende dens kategori, DC og MTTF d. Desuden beskytte systemet imod systematiske fejl, sikre at en fejl ikke slår begge kanaler ud samtidigt, samt udfører og validere eventuel software korrekt. Følgende tekst gennemgår i korthed hvad der skal gøres. Sikkerhedsfunktion (SF) Indgang Logik Udgang PL/PFH D PL/PFH D PL/PFH D PFH D, Total = PFH D, indgang + + PFH D, Logik PFH D, udgang 6

7 Kategori Strukturen for komponenten erne i blokken vurderes for at afgøre hvilken kategori (B, 1-4) det modsvarer. For eksempelvis kategori 4 må enkelt fejl ikke medfører tab af sikkerhedsfunktionen. For at opnå kategori 4 med kontaktorer kræver det at du har to kanaler dvs. to kontaktorer som hver for sig kan bryde energien til maskinen og at Kontaktorene overvåges ved at bryde kontakterne kobles i serie til en testindgang på eksempelvis et sikkerhedsrelæ. For at en sådan overvågning skal fungere kræves det at kontaktorene har tvangsførte kontakter. Fejldetekteringsformåen (DC) En enkelt metode til at bestemme DC angives i Bilag E i EN ISO Her listes forskellige foranstaltninger og hvilken DC de modsvarer. Eksempelvis kan DC=99% (hvilket modsvarer DC høj) opnås for to kontaktorer ved at overvåge kontaktorene via logikenheden. Middeltid til farlig fejl (MTTF d ) Ved beregning af MTTF d for en blok går man ud fra B 10d - værdien (middelantallet af cykluser til 10% af komponenterne får farlige fejl). For at beregne MTTFd skal du også kende middelantallet af cykluser pr. år som komponenten kommer til at koble. Beregning af middelantallet af cykluser udføres således: MTTF d = hvor n op = n op d op h op B 10d 0,1 n op d op h op 3600 t cyklus = Antal cyklus pr. år = Driftsdage pr. år = Driftstimer pr. dag t cycle = Cyklustid (sekunder) Observer at når du beregner MTTFd skal du beregne ud fra det totale antal cykluser som komponenten kommer til at arbejde.et typisk eksempel på dette er kontaktorer som oftest arbejder for flere sikkerhedsfunktioner samtidigt. Det indebærer at du skal addere antallet af cykluser pr. år fra alle sikkerhedsfunktioner som anvender de selvsamme kontaktorer. For elektromekaniske, mekaniske og pneumatiske komponenter hvis MTTFd beregnes ud fra en B10d-værdi gælder følgende. Tænk på at selvom MTTF d -værdien overstiger 200 år skal komponenten udskiftes efter 10% af MTTF d -værdien (pga. T 10d -værdien). Dvs. at en komponent med MTTF d = 160 år skal udskiftes efter 16 år for at forudsætningerne for det opnåede PL forsat skal være gyldige. Dette beror sig på at EN ISO baserer sig på en mission time på 20 år. Fejl med samme årsag (CCF) I Bilag F i EN ISO findes en tabel med foranstaltninger, som skal følges for at sikre imod CCF således at en fejl ikke medfører svigt i begge kanaler samtidigt. Systematiske fejl I Bilag G i EN ISO beskrives desuden en række foranstaltninger som bør anvendes for at sikre imod indbygning af systematiske fejl i konstruktionen. PL for sikkerhedsfunktioner PL angives i tabellen på modstående side. Hvis du i stedet vil anvende mere præcise PFH D -værdier kan disse slås op i tabel K.1 i Bilag K i EN ISO Når du har fundet PL for hver blok kan du finde det totale PL for sikkerhedsfunktionen i tabel 11 i EN ISO Denne giver et groft skøn af PL. Hvis du i stedet har beregnet PFH D for hver blok, kan du beregne den totale PFH D for sikkerhedsfunktionen ved at addere alle værdierne for blokkene. Sikkerhedsfunktionens totale PFH D modsvarer et vist PL iht. tabel 3 i EN ISO Eksempel: d op =365 dage, h op =24 timer og t cyklus = 1800 sekunder (2 gange i timen) giver n op =17520 cykluser. Med en B 10d = giver det en MTTF d =1141 år hvilket modsvarer MTTF d =høj. Krav til sikkerhedsrelateret software Hvis man anvender en sikkerheds-plc til at realisere sikkerhedsfunktioner stilles der krav til hvordan softwaren udvikles og valideres. For at undgå fejltilstande skal softwaren være læsbar, forståelig, samt mulig at teste og vedligeholde. Der skal laves en specifikation for softwaren, så man kan kontrollere programmets funktioner. Det er vigtigt at opdele programmet i moduler som kan deltestes. Stykke 4.6 samt bilag J i EN ISO angiver krav til sikkerhedsrelateret software. Følgende er et eksempel på kravene til software iht. EN ISO : En udviklingslivscyklus skal indeholde valideringsforanstaltninger som angiver hvordan og hvornår programmet skal valideres, eksempelvis efter en ændring. Specifikationen og konstruktionen skal dokumenteres. Funktionstester skal udføres. Validerede funktionsblokke skal anvendes i bredest mulige omfang. Data og kontrol flow skal beskrives med eksempelvis tilstandsdiagrammer eller programflowskema. 7

8 PRAKTISK EKSEMPEL SIKKERHEDSRELÆ RT9 Sikkerhedssystem med RT9 Sikkerhedslayout for en pakkemaskine med lave risici. Nøgleafbrydere JSNY8 Overvåger at dørene er lukket. Sikkerhedsrelæ RT9 Overvåger sikkerhedskomponenter. Nødstopstryk For at kunne stoppe maskinen ved fare. Step 1 Risikobedømmelse Produktet der skal pakkes lastes manuelt ind i cellen gennem den bagerste dør. En batch forberedes på pakkebåndet ved indfødningstrakten. Cellen resettes og startes. Pakkemaskinen med transportbånd er kun i drift når begge døre er lukket og sikkerhedssystemet er resat. I risikobedømmelsen er det fastlagt at maskinen skal køre i treholdsskift (8 timer pr. skift) 365 dage om året. Det forudsættes at driftforstyrrelser rettes på mindre end et minut i risikområdet, og dette er nødvendigt 2 gange pr. time (F2). Uventet start vurderes ikke at give alvorlige skader men kun lettere skader der læges (S1). Operatøren har ringe mulighed for at undvige skader da maskinen bevæger sig hurtigt (). Antal cykluser for sikkerhedsfunktionen = 365 dag/år (3 8) timer/dag 2 cykluser/timen = cykluser/år Valg af PL for sikkerhedsfunktionen som kræves for adgang til maskinen bliver PL r =c (S1, F2, ). udover denne sikkerhedsfunktion er der også en nødstopsfunktion, denne bedømmes også til PL r =c. Step 2 Risiko reduktion Som beskyttelse vælges en aflåst dør med nøgleafbryder JSNY8. Stoptiden er tilstrækkelig kort til at de farlige bevægelser kan nå at stoppe inden operatøren kan nå dem. Nødstop placeres let tilgængeligt, på begge sider af cellen ved de låste døre. S 1 S 2 F 1 F 2 F 1 F 2 Valg af det PL-niveau som kræves for sikkerhedsfunktionen låste døre i dette eksempel. PL r a b c d e lav risiko høj risiko OBS! Bedømmelsen skal foretages for hver sikkerhedsfunktion. 8

9 * S1 Nødstop S2 Nødstop RT9 Kontaktor B2 Nøgleafbryder B1 Nøgleafbryder Q2 Kontaktor * overvågning af kontaktorer med Step 3 Beregning af sikkerhedsfunktioner Udgangsblokken som består af 2 overvågede kontaktorer er beregnet til 2, Sikkerhedsfunktionerne repræsenteres ved hjælp af blokdiagram. Sikkerhedsfunktion 1 og 2 er identiske. Derfor vises kun sikkerhedsfunktion 1. Sikkerhedsfunktion 3 og 4 er identiske. Derfor vises kun sikkerhedsfunktion 3. Hvor sikker er en mekanisk afbryder? En mekanisk afbryder skal være monteret og anvendt iht. leverandørens specifikationer for at være pålidelig. Livslængden gælder ved korrekt montage. Låsehovedet skal være fikseret så det ikke går løs. Miljøet omkring låsehuset skal holdes rent. Selv to mekaniske afbrydere på en dør kan gå i stykker af samme årsag. Sikkerhedsfunktion 1 Indgang Logik Udgang Resultat PL r =c B1 Nøgleafbryder JSNY8 PL c Sikkerhedsrelæ RT9 /Q2 Dublerede overvågede kontaktorer PFH D, JSNY8 + PFH D, RT9 + PFH D, /Q2 = 1, , , = 1, PL c Sikkerhedsfunktion 3 Indgang Logik Udgang Resultat PL r =c S1 Nødstopstryk Smile PL c Sikkerhedsrelæ RT9 /Q2 Dublerede overvågede kontaktorer PFH D,Smile + PFH D, RT9 + PFH D, /Q2 = 1, , , = 1, PL c Årsagen til at man ikke opnår mere end PL c med denne løsning er at man kun har en nøgleafbryder pr. dør. PL d skulle kunne opnås hvis man havde to nøgleafbrydere pr. dør, men det ville også kræve yderligere foranstaltninger til overvågning af de respektive afbrydere. Observerer! At hvis risikovurderingen havde vist at alvorlige skader, S2, kunnen opstå, var resultatet blevet PL r =e. Det havde medført at ovenstående løsning ikke havde været tilstrækkelig. For nødstopsfunktionen kan PL d opnås under forudsætning af at visse fejludelukkelser kan retfærdiggøres. Disse sikkerhedsfunktioner kan du downloade fra vores hjemmeside som et SISTEMA-projekt, 9

10 PRAKTISK EKSEMPEL SIKKERHEDSMODUL VITAL Sikkerhedssystem med Vital Sikkerhedslayout for en robotcelle med høje risici. Berøringsfri føler Eden Overvåger om døren er lukket. Sikkerhedsmodulet Vital Overvåger sikkerhedskomponenter. Nødstopstryk Smile Tina For at stoppe maskinen ved fare. Lysgitter Focus (med integreret muting funktion) Forhindrer adgang. Nødstopstryk INCA Tina For at stoppe maskinen ved fare. Step 1 Risikobedømmelse Produktet føres ind i anlægget og transporteres efter en fejlfri prøvning ud igen. Ved hjælp af en robot lægges produktet i en maskine for test. Ikke godkendte produkter placeres af robotten til efterbearbejdning i en manuelt betjent arbejdsstation. Det arbejde som skal udføres i robotcellen er at rette driftsforstyrrelser ved prøvningsudstyret og på transportbanen (ca. en gang i timen), efterbearbejdning og udtagning fra manuel stationen (ca. en gang i timen), programjusteringer (1 gang pr. uge) og rengøring (1 gang pr. uge) (F2). Uventet start af robotten vurderes til at kunne give alvorlige skader (S2). Det vurderes at Operatøren ikke har mulighed for at undvige skader da robotten bevæger sig hurtigt (). Valg af det PL-niveau som kræves for sikkerhedsfunktionen ved adgang til maskinen bliver PL r =e (S2, F2, ). I den kommende standard EN ISO for robotsystemer/-celler er kravet generelt PL d for sikkerhedsfunktioner (hvis ikke risikoanalysen begrunder et andet PL-niveau). For robottens sikkerhedsstop-og nødstopsindgange er kravet mindst PL d (iht. standarden EN ISO ). I dette tilfælde viste risikovurderingen dog PL r =e. Step 2 Risiko reduktion Som beskyttelse vælges en dør overvåget med den berøringsfri føler Eden. For at sikre imod at man får adgang til cellen ad andre veje, skal ind- og ud transport af materialer sikres samt forsynes med muting for at skille materialer fra mennesker. Der er krav om nødstop som en supplerende sikkerhedsfunktion. Energien til alle farlige maskinfunktioner skal brydes af alle sikkerhedsfunktioner. Løsningen med Vital gør det muligt at realisere en robotapplikation med kun et sikkerhedsmodul, der hverken skal konfigureres eller programmeres. Med Vital er det muligt at tilslutte op til 30 sikkerhedskomponenter i samme kreds, og stadig opnå iht. EN ISO S 1 S 2 F 1 F 2 F 1 F 2 PL r a b c d e lav risiko høj risiko Valg af det PL-niveau som kræves for sikkerhedsfunktionen overvåget dør i dette eksempel. OBS! Bedømmelsen skal foretages for hver sikkerhedsfunktion. 10

11 B1 Focus med Tina 10A S1 Inca Tina B5 Eden Vital B2 Focus med Tina 10A S2 Smile Tina B4 Focus med Tina 10A med mutingenhed MF-T B3 Focus med Tina 10A med mutingenhed MF-T Step 3 Beregning af sikkerhedsfunktioner PFH D -værdien for robottens sikkerhedsstopindgang er 5, (værdien gælder for en fiktiv industrirobot). Sikkerhedsfunktionerne vises ved hjælp af blokdiagrammer. Sikkerhedsfunktion 3 Ved beregning af sikkerhedsfunktionen skal PFH D - værdierne for både lysbommen og mutingenheden tages med i samme funktion. Se nedenstående sikkerhedsfunktion 3. Sikkerhedsfunktion 1 Indgang Logik Udgang Resultat PL r =e B5 Sikkerhedsføler Eden Sikkerhedsmodul Vital Sikkerhedsstop indgang robot, dubleret PFH D, Eden + PFH D, Vital + PFH D, Robot = 4, , , = 7, Sikkerhedsfunktion 2 Indgang Logik Udgang Resultat PL r =e S2 Nødstopstryk Smile Tina Sikkerhedsmodul Vital Sikkerhedsstop indgang robot, dubleret PFH D, Smile Tina + PFH D, Vital + PFH D, Robot = 4, , , = 7, Sikkerhedsfunktion 3 Indgang Logik Udgang Resultat PL r =e B4 Lysbom Focus med mutingenhed MF-T Tina 10A Sikkerhedsmodul Vital Sikkerhedsstop indgang robot, dubleret PFH D, Focus + PFH D, Tina 10 + PFH D, Vital + PFH D, Robot = 2, , , , = 7, Disse sikkerhedsfunktioner med Vital opfylder iht. EN ISO Observere at ovenstående funktioner kun er nogle eksempler af de sikkerhedsfunktioner som vises i robotcellen. 11

12 PRAKTISK EKSEMPEL PLUTO SIKKERHEDS PLC Sikkerhedssystem med Pluto Sikkerhedslayout for en bearbejdsningsmaskine og industrirobot med høje risici. Sikkerheds-PLC Pluto Overvåger sikkerhedskomponenter. Dør 4 Dør 3 Dør 2 Station 2 Station 1 Dør 1 Step 1 Risikobedømmelse De emner der skal bearbejdes føres ind i cellen via et transportbånd og placeres af operatøren i den pneumatiske bearbejdsningsmaskine i station 1. Operatøren starter station 1 manuelt. Den pneumatiske bearbejdsningsmaskine bearbejder emnet i station 1. Derefter placere operatøren det bearbejdede emne på rullebåndet, som føre det til station 2. Robotten tager så emnet og placere det i den hydrauliske presse. Emnet transporteres ud fra cellen på rullebåndet. De arbejdsrutiner der skal udføres i station 2 er eksempelvis afhjælpning af driftsforstyrrelser på pressen og robotten (nogle gange om ugen, F2). Uventet start af robotten bedømmes til at kunne medfører allvorlige skader (S2). Operatøren forventes ikke at have mulighed for at undvige faren, da robotten bevæger sig hurtigt (). Vurderingen af kravet til sikkerhedsfunktionen for adgang til station 2 bliver PLr=e (S2, F2, ). Vurderingen bliver det samme for pressen. Kravet til sikkerhedsfunktionerne for risici ved transportbåndet bedømmes til S1, F2, hvilket giver PLr=b. Step 2 Risiko reduktion Som beskyttelse vælges overvågede døre med berøringsfri følere Eden. Station 1 med den pneumatiske bearbejdningsmaskine betjenes med en tohåndsbetjening. Når tohåndsbetjeningen slippes, stopper den farlige bevægelse. Station 2 kan køre automatisk drift da et lysgitter (Focus) og en berøringsfri føler ved dør 4 (Eden) sikre imod 12 ind passage. Hvis døren åbnes eller lysgitteret brydes stoppes station 2 på en sikker måde. Ved at åbnes dørene 2 eller 3 (som også overvåges af Eden) vil transportbåndet og den pneumatiske bearbejdningsmaskine også stoppe sikkert. Manuel reset skal altid ske efter påvirkning af en sikkerhedsanordning. Når sikkerhedssystemet består af flere sikkerhedsanordninger og flere maskiner skal kontrolleres, er sikkerheds-plcen Pluto den mest effektive løsningen. Hvis sikkerhedssystemet desuden skal fungere zonevis og i forskellige driftsformer, er dette yderligere tungtvejende argumenter for at bruge Pluto. Med Pluto kan man opnå PL e uanset antallet af tilsluttede sikkerhedsanordninger. Robot PLr a F1 S1 S2 F2 Transportbånd F1 b S1 a S2 d F1 F2 høj risiko b c d e PLr=e for robot og hydrauliskpresse samt PLr=b for transportbåndet. lav risiko F2 c e PLr F2 F1 lav risiko høj risiko

13 S1 Tohåndsbetjening Safeballl S2 S4 Nødstop Smile & Inca Tina B1 B3 Berøringsfri følere Eden B4 B5 Berøringsfri føler Eden/Lysgitter Focus med Tina 10A Robot Q2 Hydraulisk presse Q3 Pneumatisk bearbejdsningsmaskine Step 3 Beregning af sikkerhedsfunktioner for robotcellen PFH D -værdien for robottens sikkerhedstopindgang er 5, (værdien gælder for en fiktiv industrirobot). Nedenfor vises kun sikkerhedsfunktioner til at bryde energien til industrirobotten. Dette er kun en delmængde af sikkerhedsfunktionerne. Når energien til flere maskiner i en celle skal afbrydes kan sikkerhedsfunktionerne defineres på forskellig vis afhængig af risikoanalysen. Sikkerhedsfunktionerne vises ved hjælp af blokdiagrammer. Sikkerhedsfunktion 1 Indgang Logik Udgang Resultat PL r =e B1 Berøringsfri følere Eden Sikkerheds-PLC Pluto Sikkerhedsstop indgang robot, dubleret PFH D, Eden + PFH D, Pluto + PFH D, Robot = 4, , = 6, Sikkerhedsfunktion 2 Indgang Logik Udgang Resultat PL r =e S2 Nødstopstryk Smile Tina Sikkerheds-PLC Pluto Sikkerhedsstop indgang robot, dubleret PFH D, Smile Tina + PFH D, Pluto + PFH D, Robot = 4, , = 6, Sikkerhedsfunktion 3 Indgang Logik Udgang Resultat PL r =e B5 Lysgitter Focus Tina 10A Sikkerheds-PLC Pluto Sikkerhedsstop indgang robot, dubleret PFH D,Focus + PFH D, Pluto + PFH D, Robot = 5, , = 6, Disse sikkerhedsfunktioner med Pluto opfylder iht. EN ISO Observere at ovenstående funktioner kun er eksempler på nogle af de sikkerhedsfunktioner som vises i robotcellen. 13

14 Hvordan defineres en sikkerhedsfunktion? At beregne at du har opnået det PLr der kræves er ikke så svært, specielt ikke hvis du anvender færdigberegnede sikkerhedsanordninger og logikenheder. Derimod er det sværere at bestemme hvilke dele der skal indgå i den respektive sikkerhedsfunktion? Dette må du løse inden du kommer til beregningstrinet. En forenklet sammenfatning er at hver sikker hedsanordning giver hver sin sikkerhedsfunktion pr. maskine som påvirkes af sikkerhedsanordningen. For tre sikkerhedsanordninger som alle bryder energien til tre maskiner i en celle giver dette altså ni sikkerhedsfunktioner. I teksten der følger forklarer vi baggrunden for dette. Flere sikkerhedsfunktioner til en maskine Til en maskine anvendes ofte flere sikkerhedsanordninger for at opnå en god og praktisk beskyttelse af operatørerne. I følgende eksempel sikres maskinen af tre sikkerhedsanordninger koblet til en logikenhed. Følgende figur illustrerer skematisk sammenkoblingen. Tre sikkerhedsfunktioner (SF) definieres for maskinen og beregnes således: SF1: PFH D, F1 + PFH D, + PFH D, = PFH D, SF1 SF2: PFH D, B1 + PFH D, + PFH D, = PFH D, SF2 SF3: PFH D, S1 + PFH D, + PFH D, = PFH D, SF3 SF1 F1 Lysgitter SF2 B1 Lågeovervågning Logikenhed Udgang til maskine SF3 S1 Nødstopstryk Flere sikkerhedsfunktioner til flere maskiner i en celle Ofte skal flere maskiner i samme celle/område sikres af flere sikkerhedsanordninger. Følgende figur illustrerer skematisk sammenkoblingen af et sådan eksempel. Hver enkelt af maskinerne Q3 stoppes separat af logiken- heden. Hvis operatøren går ind i cellen eksponeres han i dette tilfælde for samme type af risiko fra alle tre maskiner. Energien til alle tre maskiner skal afbrydes når operatøren går ind i cellen via døren der overvåges af B1. F1 Lysgitter B1 Lågeovervågning S1 Nødstopstryk Logikenhed Maskine 1 Q2 Maskine 2 Q3 Maskine 3 14

15 Teoretisk tilgang ved flere maskiner Den teoretiske tilgang for beregning af sikkerhedsfunktionen er som følgende: Praktisk tilgang ved flere maskiner En mere praktisk tilgang kan være at opdele sikkerhedsfunktionen i tre, en for hver af de tre maskiner. B1 Lågeovervågning Logikenhed Maskine 1 Q2 Maskine 2 Q3 Maskine 3 B1 Lågeovervågning Logikenhed Maskine 1 For at hele sikkerhedsfunktionen bliver udført skal alle dele fungerer. Observer at hvis B1 eller har en farlig fejlfunktion forsvinder hele sikkerhedsfunktionen. Hvis derimod maskine har en farlig fejlfunktion og ikke stopper så vil maskinerne Q2 og Q3 stoppe alligevel. En ulempe ved at betrakte sikkerhedsfunktionen på denne måde er også at du kan få problemer med at opnå det PL r der kræves. Men hvis du opnår det krævede PL r kan du sagtens anvende denne metode. Kilde: infoblatt/deutsch.html (Nr 047, Datum 05/2010) B1 Lågeovervågning B1 Lågeovervågning Logikenhed Logikenhed Q2 Maskine 2 Maskine 3 Denne tilgangsmåde kan give et mere retvisende billede af sikkerhedsfunktionerne når der kræves forskellig PL r for sikkerhedsfunktionerne. Hvis maskine er en robot og maskine Q2 er en transportbane der er konstrueret så den udgør ubetydelige risici så vil de forskellige PL r der kræves for at sikre imod risici fra respektivt Q2 blive forskellige. Den praktiske tilgang vil derfor være at anbefale. Tolkningen baseres på information fra IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung). For mere information om dette og andre spørgsmål henvises til kilden. Eksempel med sikkerhedsfunktioner fra praktisk eksempel 3 sikkerheds-plc Pluto Risikovurderingen for de sikkerhedsfunktioner som krævedes imod risiciene fra robotten blev S2, F2, hvilket gav PL r =e. Samme bedømmelse gjaldt for den hydrauliske presse: PL r =e. Vurderingen for den pneumatiske bearbejdningsmaskine var S2, F2, hvilket gav PL r =d af den grund at man anså det for muligt at kunne undvige faren. Praktisk tilgang Hvis du anvender den praktiske tilgangsmåde ser sikkerhedsfunktionerne således ud: Robotten: PFH D, B1 + PFH D, + PFH D, = 4, , = 6, Hydraulisk presse: PFH D, B1 + PFH D, + PFH D, Q2 = 4, = 8, Pneumatisk bearbejdningsmaskine: PFH D, B1 + PFH D, + PFH D, Q3 = 4, = 2, Lågeovervågningen B1, Eden, skal afbryde energien til alle maskiner i riskområdet: Robotten (PFHD, = 5, ) Hydraulisk presse Q2 (PFHD, Q2 = ) Pneumatisk bearbejdningsmaskine Q3 (PFH D, Q3 = ). Samme øvelse skal gennemføres for de øvrige sikkerhedsfunktioner i cellen. For hver sikkerhedsanordning definere du de maskiner den påvirker og opretter de forskellige sikkerhedsfunktioner efter det. Teoretisk tilgang Hvordan havde det set ud hvis du havde anvendt den teoretisk tilgang? Havde sikkerhedsfunktionen opnået? Samtlige maskiner: PFH D, B1 + PFH D, + PFH D, + PFH D, Q2 + PFH D, Q3 = 4, , = 3, PL d I dette tilfælde havde sikkerhedsfunktionen altså ikke opnået hvilket krævedes for risiciene ved robot og hydraulisk presse. Konklusion Anvend den praktiske tilgangsmåde. Anvend sikkerhedsanordninger/logikenheder med høj pålidelighed (lav PFHD ) for lettest muligt at opnå det PL r som kræves. Med Vital eller Pluto er det lettere at opnå det PLr som kræves. PL d 15

16 SISTEMA Værktøj til fastlæggelse af præstationsniveau (PL) samt teknisk dokumentation EN ISO kræver beregninger. Som hjælp til at håndtere dette kan man anvende en software. ABB/Jokab Safety har valgt at anvende SISTEMA, en software udviklet af BGIA, nu IFA, i Tyskland. Værktøjet er gratis og kan downloades fra IFAs hjemmeside, Med SISTEMA er det muligt at opbygge sikkerhedsfunktioner, verificere dem og generere den tekniske dokumentation der kræves. For at kunne arbejde med SISTEMA på en effektiv måde har vi udviklet et bibliotek med vores produkter, det kan downloades fra vores hjemmeside. Vi anbefaler at du jævnligt besøger siden for at få opdateringer og nye versioner. For at downloade SISTEMA, gå til pra/softwa/sistema/index.jsp eller søg på internette efter sistema. Skærmbillede fra SISTEMA. 16

17 Sikkerhedsrelæ, Vital eller Pluto? Forskellige fordele i forhold til EN ISO Fleksibilitet Programmerbart Pluto AS-i Ikke programmerbar Vital Dynamisk "dubleret" sikkerhedssignal som tester f.eks. en føler 200 gange/sekundet. Pluto All-Master Sikkerheds-PLC med statiske og dynamiske sikkerhedsindgange. Master Sikkerhedsmodul Dublerede statiske indgange som kun tester afbrydere hver gang de anvendes. Slaver Traditionel sikkerheds-plc Master Slave med statiske indgange Antal maskiner/forskellige stop For at opnå med et konventionelt sikkerhedsrelæ, f. eks. RT9, kræver det at man bruger begge kanaler på indgangssiden og kun tilslutter en sikkerhedsanordning pr. relæ. Under visse forudsætninger kan PL d opnås ved tilslutning af flere tokanals sikkerhedsanordninger til et sikkerhedsrelæ, men dette gælder ikke generelt. Vital er et sikkerhedsmodul som gør det muligt at tilslutte og over- våge flere sikkerhedskomponenter i serie samt opnå iht. EN ISO Vital modulet bygger på et dynamisk enkanals koncept og kan erstatte flere sikkerhedsrelæer. En lignende men mere fleksibel løsning, er sikkerheds-plc Pluto. Pluto har, ligesom Vital, mulighed for at anvend dynamiske signaler for at opnå højeste pålidelighed (PLe). Fordele ved Vital Det er muligt at tilslutte op til 30 sikkerhedskomponenter via en kanal iht. Der kræves ingen programmering Der er muligt at kombinere forskellige sikkerhedskomponenter (f.eks. nødstopstryk og dørkontakter) Enkel konfiguration af kredsen Elektromekaniske afbrydere kan også anvendes (ved hjælp af tilpasningsenhed Tina) Flere end Vital-systemer er installeret med succes. Fordele ved Pluto Pluto er et all-master-system med kommunikation via egen sikkerhedsbus Stor fleksibilitet letter konstruktionen af sikkerhedssystemer En software til alle systemer (Gratis) Enkel programmering for ved anvendelse af funktionsblokke (certificerede af TÜV) Flere end Pluto-systemer installeret med succes. 17

18 Produktionsvenlige beskyttelse systemer fra ABB/Jokab Safety Hegnssystem Quick-Guard forhindrer uønsket adgang og dæmper støj Magnetlås Magne Nødstop Smile holder døren elektrisk lukket under processen for stop af maskinen ved fare Føleren Eden overvåger at døren er lukket Trepositionshåndtag for fejlsøgning Sikkerheds-PLC Pluto, Vital og sikkerhedsmoduler overvåger alle sikkerhedskomponenterne Tohåndsbetjening Safeball ergonomisk og sikker tohåndsbetjening Lysgitter Focus lysstrålebeskyttelse med fingerbeskyttelse Lysbom Focus lysstrålebeskyttelse ved indpassage 18 Stoptidsmåler Smart beregner afstanden for sikkerhedens placering

19 Produktgrupper Undervisning & Rådgivning Praktisk tilpasning til anvisninger og standarder ved CE-mærkning. Proceslås Dalton holder døren elektrisk lukket under processen Profibus DP DeviceNet CANopen Ethernet HMI Nødstop Inca AS-i Pluto sikkerheds-plc Unik All-Master sikkerheds-plc for dynamiske og statiske sikkerhedskredse. Pluto AS-i Programmerbart sikkerhedssystem AS-i hvor alle enheder forbindes til samme buskabel og enhedens funktion bestemmes i PLCprogrammet. for indbygning Vital sikkerhedssystem Dynamisk sikkerhedskreds for flere typer følere iht. højeste sikkerhedskategori. Tina tilpasningsenheder Omdanner statiske signaler til dynamiske sikkerhedssignaler mm. Sikkerhedsmoduler Markedets mest fleksible sikkerheds moduler for forskellige beskyttelses anordninger og kategorier. Stoptid & maskindiagnose Anvendes for stoptidsmåling, årligt eftersyn og fejlsøgning på maskiner. Klemliste Lysgitter/lysbom/scanner Komplet program af lysbomme, lysgitre og scanner. beskytter mod klemskader Rulleport Følere/afbrydere/Låse Dynamiske berøringsfrie følere, nøgleafbrydere, magnetaftastere og låse. opnå korte sikkerhedsafstande og støjdæmpning Betjeningsgreb Ergonomiske trepositionshåndtag, tohåndsbetjeninger og fodpedaler. Driftsposition låst og resat Sikkerhedslås Knox Resat Kan åbnes Åben Nødstop Nødstop for dynamiske og statiske sikkerhedskredse. sikrer elektrisk at døren er låst Klembeskyttelse/sikkerhedsmåtter Klemlister, bumpers og trædemåtter. Hegnssystem/SafeCAD/Rulleport Et stabilt og fleksibelt hegnssystem med nem montage. 19

20 Hoved kontor i Danmark Farum Jokab Safety DK A/S Rugmarken Farum Tel: Fax: info@jokabsafety.dk