DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Festo – Partner für langfristigen Erfolg
Intelligentes Automatisieren mit elektrischer und pneumatischer Antriebstechnik:
• Produkte
• Services
• Aus- und Weiterbildung
Über Festo
Kompetenz
Portfolio
1
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Zahlen und Fakten eines unabhängigen Familienunternehmens
Über 30.000 Katalogprodukte
Über 7 % vom Umsatz fließen in F&E
Dienstleistung in 176 Ländern
• 300.000 Kunden weltweit
• 2,6 Milliarden Euro Umsatz
• 18.700 Mitarbeiter
Über Festo
Kompetenz
Portfolio
2
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Jede Branche erwartet Know-how in ihrer Sprache
• Kompetenz in der Automatisierung
• Zahlreiche Produktzertifizierungen nach Branchenanforderungen
• Viele reinraumtaugliche Produkte
• Branchenspezifisches Produktangebot und anwendungsoptimierte Lösungen
• Weltweites Netz von Spezialisten fürdie Vor-Ort-Betreuung
Über Festo
Kompetenz
Portfolio
Nahrungsmittel
und Getränke
Automobil und
Zulieferer
Biotechnologie
und Pharma
Flat Panel und
Solar
Wasser undAbwasser
Elektronik und
Light Assembly
6 von über 200 Branchen mit denen Festo zusammenarbeitet:
3
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Ein Portfolio, das individuellen Kundenanforderungen gerecht wird
Produkte
• Pneumatik• Elektrik• Sensorik• Steuerung
Services
• Engineering• Beschaffung• Montage• Betrieb
Beratung
• Consulting• Qualifizier-
ung
30.000 Katalog-
produkte, vormon-
tierte Lösungen,
Handlingsysteme
Luftqualitäts-
analyse, Logistik-
lösungen, Energy
Saving Services
Industrietraining,
berufliche Aus-
und Weiterbildung,
Teachware
Über Festo
Kompetenz
Portfolio
4
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Was erwartet Sie heute
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
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Änderungen der ISO 13849-1
Die wichtigsten Änderungen:
Begriffe, Formelzeichen und Abkürzungen
Schreibweisen PFHD, MTTFD, B10D,
Abschnitt 4 Gestaltungsaspekte und Anhang K
MTTFD Wert Begrenzung in Kat. 4 wird von 100 auf 2500 Jahre angehoben
Testhäufigkeit in Kategorie 2
Anforderungsrate von ≤ 1/100 der Testrate. Alternativ kann die Testung auch unmittelbar bei der Anforderung erfolgen, wenn die Gesamtzeit zum Erkennen des Ausfalls und zur Überführung der Maschine in einen sicheren Zustand kürzer ist als die Zeit zum Erreichen der Gefährdung.
6
Quelle: IFA, www.dguv.de/ifa
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Änderungen der ISO 13849-1
Neues vereinfachtes Verfahren für den Ausgangsteil des SRP/CS (Energieübertragungselemente)
zur Bestimmung von PL und PFHD ohne MTTFD. Nur in bestimmten Fällen anwendbar.
Das neue Verfahren zur Bestimmung von PL und PFHD ist nur in besonderen Fällen anwendbar, und zwar:
• für den Ausgangsteil des SRP/CS und
• wenn für mechanische, hydraulische oder pneumatische Bauteile keine anwendungs-spezifischen Zuverlässigkeitsdaten (MTTFD, Ausfallrate, B10D o. Ä.) verfügbar sind.
Zusatzbedingungen:
• in Kategorie 1: Verwendung bewährter Bauteile und bewährter Sicherheitsprinzipien (wie bisher)
• in Kategorie 2: MTTFD des Testkanals beträgt mindestens 10 Jahre
• in Kategorie 2, 3 und 4: Verwendung bewährter oder betriebsbewährter Bauteile, Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien. Bei Kategorie 2 gilt dies nach der Norm auch für den Testkanal.
• in Kategorie 2 und 3: ausreichende Maßnahmen gegen CCF und für jedes Bauteil DC mindestens „niedrig“
• in Kategorie 4: ausreichende Maßnahmen gegen CCF und für jedes Bauteil DC „hoch“
7
Quelle: IFA, www.dguv.de/ifa
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Änderungen der ISO 13849-1
Umgang mit Anforderungen an SRESW (Sicherheitsbezogene Embedded Software) bei Verwendung
von Standardkomponenten
In Änderung 1 wird für solche Standardkomponenten nun der Verzicht auf den Nachweis der SRESW-Anforderungen erlaubt unter folgenden Bedingungen:
• das SRP/CS ist auf PL a oder PL b begrenzt und verwendet Kategorie B, 2 oder 3;
• das SRP/CS ist auf PL c oder PL d begrenzt und darf mehrere Bauteile für zwei Kanäle in Kategorie 2 oder 3 verwenden. Die Bauteile dieser beiden Kanäle verwenden diversitäre Technologien. Die geforderten diversitären Technologien in beiden Kanälen führen dazu, dass die Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls des SRP/CS durch einen Fehler in der SRESW stark verringert wird.
8
Quelle: IFA, www.dguv.de/ifa
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Änderungen der ISO 13849-1
Sicherheitsfunktionen
Hier wurde ein Hinweis ergänzt, dass es je nach Anwendung hilfreich ist, eine separate Sicherheits-funktion für den Ausfall der Energie zu definieren. Ein Beispiel sind Vertikalachsen, deren Absinken durch die Schwerkraft auch im Fall des Energieverlustes verhindert werden soll. Bei vorhandener Energie wird die Achse z. B. durch einen elektrischen Antrieb hochgehalten, während bei Energie-verlust eine mechanische Bremse zum Einsatz kommt.
Kategorien
In der Kat. 2 ist es jetzt in Abhängigkeit des PL nicht mehr ausreichend bei einem erkannten Fehler nur eine Warnung auszugeben.
Für PLr a bis zu einschließlich PLr c muss die Ausgabe (OTE) wenn möglich einen sicheren Zustand einleiten, der bis zur Behebung des Fehlers beibehalten wird.
Für PLr d muss der Ausgang (OTE) einen sicheren Zustand einleiten, der bis zur Behebung des Fehlers beibehalten wird. Eine Warnung ist in diesem Fall nicht mehr ausreichend
Anhänge
Diverse Erläuterungen, Ergänzungen und Klarstellungen
9
Quelle: IFA, www.dguv.de/ifa
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Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
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Risikobeurteilung
11
Quelle: www.new.m-gruppe.de
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Risikobeurteilung
• Die Risikobewertung untersucht, ob die funktionale Sicherheit notwendig ist, um einen ausreichenden Schutz gegenüber signifikante Gefährdungen gewährleisten zu können.
• Ergebnis:
Für jede Gefährdungsstelle ist die Notwendigkeit einer Risikominderung definiert und der notwendige Performance Level (PLr) festgelegt.
13
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Einricht / Servicebetrieb (Auswahl ?)
Störung beseitigen
Einrichten
(Um-) Rüsten
Reinigen
Reparatur
Betriebsbeobachtung
Normal – Betrieb (Auswahl ?)
Hand-Beschickung
Automatik
Kooperationsbetrieb
Notfall-Betrieb (Auswahl ?)
Schutztür öffnen
Not-Halt/Aus
Eingriff in Arbeitsraum (BWS)
Stillstand (Auswahl ?)
Energieloser Stillstand
Grundstellung
Stopp Kategorie 2
Bestimmung aller Betriebsarten und Zustände
14
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Definition der (passiven) Schutzmaßnahme
16
Quelle: www.rolltech.ch; www.elektro4000.de; www.sick.com;
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Bestimmung des erforderlichen Niveaus der SF
17
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Übersicht Steuerungskategorien
18
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
B10D-Wert
Hinweis: Lebensdauerwerte B10 x 2 = B10D
19
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Datenblatt Produktzuverlässigkeit
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Datenblatt Produktzuverlässigkeit
Sicherheitsbezogene Kennwerte im Katalog
21
Datenblatt Produktzuverlässigkeit
(Standard) DatenblattxDKIDatenblatt
Produktzuverlässigkeit
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Technische Reports
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Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
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Sicherheitsfunktionen in der Pneumatik (Entwurf)
Schutz vor Wiederanlauf - belüftet
Schutz vor Wiederanlauf - entlüftet
SLS: Safe Limited speed
SDI: Safe Direction
STO: Safe Torque off
SSB: Safe Stopping and Blocking
SLT: Safe Limited Torque
SET: Safe Equilibrium of Torque
Pneumatische Antriebe
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Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
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Sicherheitsfunktionen in der elektr. Antriebstechnik (EN 61800)
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Definition der Sicherheitsfunktionen aus EN 61800-5-2
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Definition der Sicherheitsfunktionen aus EN 61800-5-2
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Rechtliche Hinweise
Die in dieser Präsentation dargestellten Skizzen, Baugruppen und Produktzusammenstellungen sind ausschließlich Beispiele welche als Hilfestellung zum Thema Sicherheitstechnik zusammengestellt wurden.
Sie stellen keine verbindlichen Lösungs- und Anwendungsvorschläge für den konkreten Anwendungsfall des Kunden dar. Der jeweilige Kunde/Anwender hat selbstständig und in eigener Verantwortung für den jeweiligen Anwendungsfall die für die Konstruktion, Herstellung und Produktinformation einschlägigen Gesetze, Richtlinien und Normen zu prüfen, zu beachten und bei der Umsetzung zu berücksichtigen und einzuhalten. Sie richten sich deshalb an ausreichend ausgebildetes und qualifiziertes Personal.
Vor diesem Hintergrund übernehmen wir keine Gewähr und Haftung für die vom Kunden für seinen jeweiligen, konkreten Anwendungsfall konzipierte, erarbeitete und umgesetzte Lösung.
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Hinweise zu Lösungsbeispielen
Die Anwendungsbeispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten für Ihren konkreten Einzel-/Einsatzfall. Die Funktionsbeispiele sind keine kundenspezifische Lösung, sondern sollen lediglich Hilfestellung bei typischen Aufgabenstellungen bieten. Sie als Systemintegrator und/oder Anwender tragen für Ihren konkreten Einzel-/Einsatzfall und für den sachgemäßen Betrieb der beschriebenen Produkte in diesem Zusammenhang selbst die Verantwortung.
Diese Anwendungsbeispiele entheben Sie nicht, eine Risikobeurteilung und eine Validierung Ihrer spezifischen Anwendung vorzunehmen.
Die Anwendungsbeispiele sind nur für ausreichend ausgebildetes und qualifiziertes Personal gedacht.
Bei Abweichungen zwischen diesen Anwendungsbeispielen und der Produktdokumentation, hat der Inhalt der Produktdokumentation Vorrang. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen.
Durch Nutzung dieser Anwendungsbeispiele erkennen Sie an, dass Festo über die zwingende Haftung nach dem Produkthaftungsgesetz hinaus für etwaige Schäden nur im Falle von Vorsatz oder grober Fahrlässigkeit oder schuldhaft verursachten Personenschäden haftbar gemacht werden kann.
Ungeachtet der Sorgfalt, die auf die Erstellung von Text und Abbildungen verwendet wurde, kann der Autor für mögliche Fehler und deren Folgen eine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung nicht übernehmen.
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Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
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Schutz vor Wiederanlauf belüftet
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Modell S-Luft-Abschaltung
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Schnittbild
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Sicherheitsbezogenes Blockschaltbild der SF
Vermeidung von ungewolltem Anlauf (Hauptluft nicht abgeschaltet)
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Einsatz von externer, dauerhafter anstehender S-Luft
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Schutz vor Wiederanlauf in der Kategorie 3
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Projektierung Sicherheitsfunktion – Schutz vor unerwartetem Anlauf
Ventil ohne Schaltstellungsabfrage
Ventil mitSchaltstellungsabfrage
Für Ventile ISO 02 (18mm) und ISO 01 (26mm)
oder
OptionalerAnschluss fürDruckschalter
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Vermeidung von unerwartetem Anlauf entlüftet
40
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Vermeidung von ungewolltem Anlauf (Hauptluft abgeschaltet)
Bemerkung:
Da Antrieb 1A bei aktiver Sicherheitsfunktion kraftfrei geschalten ist, sind extern ansetzende Kräfte in der Risikobeurteilung zu beachten.
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STO – Entlüften
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Hinweise für die Sicherheitsfunktion Entlüften (STO)Zylinder kommt evtl. unkontrolliert zum Stehen
Zylinder ist durch äußere Kräfte frei beweglich
• Bei Belüften der Anlage können sich Antriebe bewegen
• Diese Eigenschaften müssen in der Risikobeurteilung berücksichtigt werden
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Hinweise für die Sicherheitsfunktion Entlüften (STO)Entlüften in Verbindung mit Luftfedern
Undefinierte Schaltstellung des Ventiles 1V1 (auch Mittelstellung) möglich
• Bei Belüften der Anlage kann ein Ventil eine Zwischenposition haben
• Diese Eigenschaft muss in der Risikobeurteilung berücksichtigt werden
44
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Hinweise für die Sicherheitsfunktion Entlüften (STO)Entlüften in Verbindung mit Luftfedern
Definierte Schaltstellung des Ventiles 1V1 kann durch zeitversetztes Ein/Aus Schalten der Ventile 1V2 und 1V3 erreicht werden
• Bei Neustart zuerst 1V2 schalten, so dass 1V1 in definierte Stellung geschaltet wird, danach erst 1V3 schalten
• Achtung: Die Einspeisung der Luftfeder bei den unterschiedlichen Ventiltypen beachten
45
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Schaltung
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Schaltung
47
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Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
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Einschaltventil Typ HEE mit Kolbenstellungsabfrage
Beschreibung
• Elektrisches Einschaltventil
zum Be- und Entlüften von pneumatischen
Anlagen
• Mit Magnetspule ohne Steckdose
• 3 Spannungsbereiche wählbar
• Direkte Stellungsabfrage des Kolbenschiebers
• Einsetzbar in Schaltungen mit höherem
Diagnosedeckungsgrad
• Keine Druck- sondern Positionsabfrage
• Einkanalig
49
Entlüften von Anlageteilen
Spannung24 V DC
Druck2,5 … 16 bar
Temperaturbereich-10 … + 60 °C
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MS6/9-SV –C Restdruckfreies Entlüften
50
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Sicheres Be- und Entlüftungsventil - Typ MS-…-SV-E
Beschreibung
• Zwei-kanaliges Be- und Entlüften von Anlagen
• Steuerungskategorie 4, PL = e
• Stellungsabfrage von 3 integrierten
Kolbensitzventilen
• Auswertung/Test der Sensorik intern
zyklisch – teilweise auch permanent
• Diversitäre Redundanz – dadurch
Reduzierung der Fehler gemeinsamer
Ursache
• Sicherheitsbauteil
51
Mechanik
Elektronik
ElektrischesInterfaceSub-D 9-pol
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sicheres Be- und Entlüftungsventil - Typ MS-…-SV-D
Beschreibung
• Elektrischer Anschluss 2x 2-polig nach EN
175301-803 Form C
• Steuerungskategorie 3, PL d/e
• Stellungsabfrage von 3 integrierten
Kolbensitzventilen
• Diagnose über Sensoren möglich
52
Mechanik
Spulen Anschluss
Sensoren
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Entlüften bis KAT4 Ple
T-Nr: 574011 + 574012
VOFA-L26-T32C….
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
54
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
US1
US2
Bildquelle: http://www.automation.siemens.com
Sicher elektrisch Abschalten – So oder …Typische Ausgangssituation:
• Zentrale Safety-Ausgangsklemmen im Schaltschrank
• Eine Safety-Klemme versorgt mehrere VINot-Halt wirkt auf mehrere Ventilinseln
55
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Quelle: www.automation.siemens.com / www.euchner.com
so, oder …
US1
US2
56
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
US1
US2
Bildquelle: http://www.automation.siemens.com
… dezentral direkt vor Ort. Alternative:
• Safety-Klemmen im Schaltschrank entfallen
• Jede Ventilinseln schaltet US2 eigenständig
• Not-Halt wirkt nur auf eine Ventilinsel
• Verarbeitung lokaler, sicherer Ausgänge
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
CPX-FVDA-P mit ProfisafeBeschreibung
• Das CPX Profisafe-Modul stellt ein Sicherheitsbauteil dar.
• Galvanische Trennung der Spannungen
• CPX-FVDA-P kann mit jeder Profisafe fähigen Steuerung arbeiten.
• Zweikanalige, selbstüberwachende, elektrische Abschaltung.
• M12- oder Cage-Clamp Anschlussblock.
Anwendung
• Sicheres internes Abschalten der Lastspannung von VTSA oder MPA Ventilen über das Bussystem
• Sicheres Abschalten von zwei externen Verbrauchern bis max. 1,5A
59
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
CPX-FVDA-P – Sicher über den Feldbus abschaltenFunktion
• Betriebsmäßiges Schalten über den Feldbusmöglich
• Zweipoliges sicheres Abschalten über Profisafe
• Kontaktlos ohne mechanischen Verschleiß
• Selbstüberwachend
60
MPA oder VTSA
Feld
bu
s
CPX-FVDA-P
Monitoring
Monitoring
24V
0V
Switch 1
Switch 2
Monitoring
Monitoring
Kat. 3, PL e, SIL 3
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Bildquelle: www.automation.siemens.com / www.euchner.com
Jetzt auch mit der Verarbeitung von Sensoren
US1
US2 US1/US2
Inkl. Vorverarbeitung
61
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
CPX-F8DE-P8-kanaliges PROFIsafe-Eingangsmodul
• 4/8/16 fehlersichere digitale Type 2*)
EingängePle / Kat.4 / SIL3
• Vorverarbeitung auf dem Modul (z.B. 2-Hand, 1 aus n, ID-Auswertung mit Parity)
• Sichere Parameterdaten über Prozessabbild
• 4 Anschlussblöcke
• M12 High Power – OSSD
• M12 Test Pulse – Kontaktbehaftet/OSSD
• Cage Clamp – Kontaktbehaftet/OSSD
• ID-Anschlussblock
• Kanalgranulare Passivierung
• PROFIsafe v2 über PROFINET und PROFIBUS
• Firmware-Update über PROFINET
*) nach IEC 61131-2
62
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Geeignet für alle Arten von sicherer SensorikUnterschiede bei der Signalerfassung von
sicherheitsgerichteten Eingängen
• Bei Schaltgeräte mit mech. Schaltkontakten muss die Verdrahtung durch das Safety-Eingangsmodul getestet werden. Die Prüfung erfolgt über Taktung, d.h. die Spannung wird kurz abgeschaltet und dabei überprüft, ob ein Querschluss vorliegt (Verbindung zu einer anderen Spannungsquelle).
• Bei Schaltgeräten mit eigener Elektronik/Logik testet das Gerät die Verdrahtung selbst (OSSD-Geräte - Output Signal Switching Device).In diesem Fall müssen sichere Eingänge resistent gegen Testimpulse (Taktung) sein.
63
SicherheitsSensoren mitmech. Kontakten
SicherheitsSensoren mitelektr. Ausgängen
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Mit oder ohne TestimpulsenKontaktbehaftete Geräte
• Z. B. Not-Halt Befehlsgerät. Testung auf Querschluss der Leitung durch das CPX Profisafe Eingangsmodul (Gegenseite ist passiv)
OSSD Geräte
• Z. B. Lichtgitter: Testung auf Querschluss der Leitung findet im sicherheits-gerichteten Gerät statt.
Das CPX Profisafe Eingangsmodul ist in diesem Fall bzgl. der Testung passiv. Auswertung: 1oo2
64
Testung intern
Kontakt-behaftete Geräte
Takt
Takt
Kanal 0
Kanal 1
24V
0V
Kanal 0
Kanal 1
OSSD Geräte
Testimpulse
Testimpulse
Testimpulse
Testimpulse
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
CPX-F8DE-P – Anschlusstechnik / Mögliche Sensoren/Geräte
Licht-schranken
Fußschalter
Bildquellen: www.euchner.de / www.sick.de / www.fissler.de / www.schlegel.biz / www.directindustry.de / www.mark.de / www.schmersal.com / www.teichcomputer.de / http://de.farnell.com, ABB.com
Rollen-hebel
Not-HaltBefehlsgerät
Wahlschalter
Zweihandstart
Transpondersysteme
Türverriegelungen
Schlüsselschalter
Zustimm-schalter
Laser-scanner
65
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Signalauswertung Typische Sensoren / Funktion Modus
Keine Signalauswertung 0
1oo1 (T0, T2, T4, T6 statisch ein)Taster, Schlüsselschalter, Endschalter, Zustimmung-schalter, Fußschalter, SPS Bausteine
1
1oo1 Test (T0, T2, T4, T6 statisch aus)Taster, Schlüsselschalter, Endschalter, Zustimmung-schalter, Fußschalter, Not-Halt Befehlsgerät
2
1oo1 T (mit Taktüberwachung)Schutztür, Schutztür mit Verriegelung, Lichtvorhang, Zustimmungsschalter, Fußschalter
3
1oo1 D (antivalent) Zylinderendlagen-Überwachungen 4
1oo2 (äquivalent) Lichtgitter, Zuhaltungen, allgemein: OSSD Geräte 5
1oo2 T (mit Taktüberwachung, äquivalent) Not-Halt Befehlsgerät 6
1oo2 D Zweihandbedienung Zweihand-Bediengeräte nach EN574 Typ IIIC 7
1oo2 T (mit Taktüberwachung, robust, äquivalent) Rollenhebelschalter, Türkontakte 8
1ooN (Eins aus N)Betriebsartenwahlschalter, Stellungsabfragen von Rundtakttischen
9
DIL-Schalter ID-AnschlussblockWerkzeugwechsel. Sichere Erkennung der eingestellten ID am Anschlussblock
10
CPX-F8DE-P – Modus Auswahl
66
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Parametierungsmöglichkeiten von Safety-Modulen
Vorauswahl von möglichen Gerätetypen. Selektion über Modus-Auswahl.
Fixe Parameter für jede Gerätetype!
Eine Parametrierung entfällt. Es findet lediglich die „sichere“ Modus-Einstellung im F-Programm statt.
„Parametrierung“ aller 4/8 Kanäle über
Modus-Einstellung
Modus 1, 5, 4, und 7
67
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Programmbeispiel: Modus-Einstellung
CPX-F8DE-P – Übersicht Parametrierung
Modus: 6-5-4-7Kanal 1/0 (Zwei-Hand / 1oo2D)
Kanal 3/2 (Zyl.endlage / 1oo1D)
Kanal 5/4 (OSSD LS / 1oo2 äquiv.)
Kanal 6/7 (Not-Halt / 1oo2T)
Bildquelle: http://www.etl-prueftechnik.de / www.euchner.de / www.Fissler.de / www.schmersal.de
X1T
X2T
X3T
X4T
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
X1T
X2T
X3T
X4T
Programmbeispiel: Modus-Einstellung
CPX-F8DE-P – Übersicht Parametrierung
Modus: 5-6-6-5Kanal 1/0 (OSSD / 1oo2 äquiv.)
Kanal 3/2 (Not-Halt / 1oo2T)
Kanal 5/4 (Not-Halt / 1oo2T)
Kanal 6/7 (OSSD LS / 1oo2 äquiv.)
Bildquelle: http://www.pilz.de/ www.sick.de / www.schmersal.de
w#16#6565
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Modus
Übersicht Modi – Techn. Daten
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Auswertung
Sensor-analyse
1oo1
1oo1
1oo1T
1oo1D
1oo2
1oo2T
2-Hand
1oo2T
1ooN
---
Sensor-valenz
---
---
---
Antivalenz
Äquivalenz
Äquivalenz
2x Antivalent
Äquivalent
Antivalent
---
Testung
Pin 1
24V
offen
Takt
Takt
24V
Takt
Takt
Takt
24V
24V
Pin 5
Takt
Takt
Takt
Takt
Takt
Takt
Takt
Takt
Takt
Takt
Diskrepanz-zeit
---
---
---
500ms
500ms4)
500ms
500ms
0->1=60s1->0->1=2s 3)
2s
---
Diskrepanz-fehler-
beseitigung
---
---
---
Funktionstest1)
Funktionstest1)
Funktionstest1)
---
Funktionstest1)
---
Eingangs-filter
2ms
2ms
2ms
2ms
2ms
2ms
2ms
400ms
2ms
---
Diskrepanz-
fehler
---
---
---
Sofort
Sofort
---
Sofort
2s
---
Max. int. Reaktions-
zeit 2)
20ms
20ms
70ms
120ms
20ms
70ms
120ms
580ms
20ms
---
1) z. B. Not-Halt Befehlsgerät -> Nulldurchgang beider Kontakte2) TWCDT Worst Case Delay Time
3) Zeit bis zum Diskrepanzfehler (Signalflanken-abhängig)4) max. akzeptierte Testpulsdauer am Eingang: 0,7ms
70
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
71
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Wie wird ein elektrischer Antrieb sicher?
72
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sicher abgeschaltetes Moment (STO)Geeignete Maßnahmen:
• Schütz zwischen Netz und Antriebssystem (Netzschütz) oder zwischen Leistungsteil und Antriebsmotor (Motorschütz)
• Impulssperre (Sperren der Ansteuerung der Leistungshalbleiter)
• Wegnahme Reglerfreigabe
• Sollwert = 0
*Power Drive System (Safety Related)
Dem Motor wird keine Energie zugeführt, die eine Drehung oder eine Bewegung verursachen kann
Beispiel für den zeitlichen Ablauf der Sicherheitsfunktion STO (Safe torque off, sicher abgeschaltetes Moment)
73
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
STO über ImpulssperreAnwendungsbeispiel für FU mit integrierten Sicherheitsfunktionen (PDS(SR))
• Die Übertragung der Impulsmuster wird verhindert, indem V+ für die Optokoppler abgeschaltet wird. Der Motor trudelt aus.
• Kombiniert mit dem Wegschalten der Reglerfreigabe, wird zweikanalig verhindert, dass der Wechselrichter angesteuert wird.
• Mit Fehlererkennung lässt sich somit die Kategorie 3 oder 4 nach ISO 13849-1 realisieren.
Unterbrechung der Versorgungsspannung für die Optokoppler
74
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Fehlerbetrachtung FUFehlererkennung der Impulssperre (PDS(SR))
• Der Öffner Kontakt von K1 wird von der SPS auf Plausibilität mit der Stellung der Schutztür geprüft.
• Ein Fehler von K1 kann aufgedeckt werden. Zwangsgeführte Kontakt in K1 notwendig.
Fehlererkennung der Impulssperre
75
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Stoppkategorien nach EN 60204-1
Stopp-Kategorie 0:
• Stillsetzen durch sofortiges Unterbrechen der Energiezufuhr zu denMaschinen- Antriebselementen (ungesteuertes Stillsetzen)
Stopp-Kategorie 1:
• Ein gesteuertes Stillsetzen, wobei die Energiezufuhr zu den Maschinen- Antriebselementen beibehalten wird, um das Stillsetzen zu erzielen. Die Energiezufuhr wird erst dann unterbrochen, wenn der Stillstand erreicht ist.
Stopp-Kategorie 2:
• Ein gesteuertes Stillsetzen, bei dem die Energiezufuhr zu den Maschinen- Antriebselementen beibehalten wird
Die in DIN EN 61800-5-2 definierten Sicherheitsfunktionen berücksichtigen diese Stopp-Kategorien
76
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
CAMC-G-S1 – STO Modul für CMMP-AS-_-M3
1. 2-kanalige Abschaltung der –Versorgungsspannung der Endstufen
2. Zertifiziert nach PL e, Kat. 4 (EN 13849) bzw. SIL 3 (EN61800-5-2, EN 62061, EN 61508)
3. Ermöglicht die einfache Realisierung sicherheitstechnischer Applikationen
77
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sicherer Stop 1 (Safe Stop 1, SS1) Während der Zeitverzögerung wird die Stillsetzfunktion nicht überwacht
Zeitlicher Ablauf der Sicherheitsfunktion SS1
Das PDS(SR) führt eine dieser Funktionen aus:
• Auslösen und Steuern der Motorverzögerung und Auslösen der STO-Funktion nach Stillstand, oder
• Auslösen und Überwachen der Motorverzögerung und Auslösen der STO-Funktion, nach Stillstand, oder
• Auslösen der Motorverzögerung und nach spezifischer Zeitverzögerung Auslösen der STO-Funktion.
78
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sicherer Stop 2 (Safe Stop 2, SS2) Während der Zeitverzögerung wird die Stillsetzfunktion nicht überwacht und der Motor könnte bis zum Auslösen der STO-Funktion weiterlaufen.
Zeitlicher Ablauf der Sicherheitsfunktion SS2
Das PDS(SR) führt eine dieser Funktionen aus:
• Auslösen und Steuern der Motorverzögerung und Auslösen der SOS-Funktion, wenn Drehzahl unter Grenzwert fällt, oder
• Auslösen und Überwachen der Motorverzögerung und Auslösen der SOS-Funktion, wenn Drehzahl unter Grenzwert, oder
• Auslösen der Motorverzögerung und nach Zeitverzögerung Auslösen der SOS-Funktion.
79
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
80
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Safey Limited Speed (SLS) – Sicher reduzierte Geschwindigkeit
81
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Safe Limited Speed (SLS) – Sicher reduzierte Geschwindigkeit
Was ist zu beachten?
• Einbaulage
• Sind beide Bewegungsrichtungen gefährlich ?
• Startvoraussetzungen
• Sind die Zylinderkammern ent-/belüftet
• Stoppkanal (bei Kat 2)
82
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
SLS – Auswirkung der Einbaulage und der gefahrbringenden Richtung
83
mögliche Reaktionen:• Anhalte Verhalten durch Entlüften ausreichend?• Stoppen• Reversieren
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Reduzierte GeschwindigkeitUmschalten auf reduzierte Geschwindigkeit Kat. 2
Bemerkungen:
• Ist das Anhalte Verhalten ausreichend?
• SLS funktioniert nur bei belüfteter ZylinderkammerErstbelüftung beachten
• Wenn 1V2 entfällt ist eine Kat 2 umgesetzt
• Mit 1V2 kann für „Schutz vor unerwartetem Umschalten auf hohe Geschwindigkeit“ in Kat 3 umgesetzt werden
84
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Reduzierte Geschwindigkeit (Kat. 2-Struktur)
85
Für eine geschwindigkeitsreduzierte Abwärtsbewegung wird 1V4 und das Richtungsventil 1V1 angesteuert, so dass der Volumenstrom abluftseitig über die Festblende 1V7 begrenzt wird.
Bei einer erkannten Unplausibilität von Ansteuerung des Ventils 1V5 und dem Ausgangssignal des Druckschalters 1S3 darf die Abwärtsbewegung durch den übergeordneten Abschaltpfad, bestehend aus 1V2, 1V3 und 1V4 nicht eingeleitet bzw. muss diese gestoppt werden. Ein eventuell auftretender Nachlaufweg ist zu berücksichtigen.
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Reduzierte Geschwindigkeit
86
Einkanalige Steuerung
Ruhestellung des Zylinders in oberer Endposition
Für die geschwindigkeitsreduzierte Abwärtsbewegung wird 1V2 angesteuert und abluftseitig durch die Festblende 1V4 begrenzt.
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
87
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Manipulationsgesicherte Drossel
Funktion
• Zum Einstellen definierter Geschwindigkeiten
• Durch Absicherung mit dem Splint kann die
Drossel mit einem üblichen Werkzeug nicht
mehr verändert werden
• 6 verschiedene Größen von M5 bis ¾"
88
Fläche für zusätzlichen Sicherheitsaufkleber desAnlagenherstellers oder Montagebetriebes
Durchfluss0 … 2500 l/min
Druck0,2 … 10 bar
Temperaturbereich-10 … + 60 °C
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Safe Limited Torque SLT Reduzierte Kräfte
89
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Reduzierter Druck (Kraft)/ Safe Limited Torque (SLT )
• Kräfte < 150 N
z.B. DIN EN 13736 Pneumatische Pressen
• Flächenpressung < 50 N/cm2
z.B. DIN EN 13736 Pneumatische Pressen
• Maximale Flächenpressung und maximale Kräfte bezogen auf Körperbereiche
BGIA – Empfehlung für kollaborierende Roboter (ab Seite 30) http://publikationen.dguv.de/dguv/pdf/10002/bg_bgia_empf_u001d.pdf
90
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Druck- Kraft - Tabelle
91
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Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
92
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Variante 1
93
Druckreduzierung an Anschluss 2 von 1V5
Bemerkungen:
• Fehlerausschluss für 1V5Gleizeitiger Verschluss von 2---> 3 und 2---> 1
• Druck 2 stellt den sicheren Zustand dar
• Druck 1 > Druck 2
• 1V4: z. B. VOFA 3/2….PLe
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Entlüften einer Zylinderkammer bei Verlassen der sicheren Endlage
Entlüften der oberen Zylinderkammer bei Verlassen der sicheren Position (1S1)
Bemerkungen:
• Die Abwärtsbewegung erfolgt ausschließlich durch die Gewichtskraft + evtl. zusätzliche ansetzende Kraft (z. B. manuell)
• Die Abwärtsgeschwindigkeit wird durch 1V3 so eingestellt, dass die Risikominderung ausreichend realisiert wird.
• Die Gewichtskraft + evtl. zusätzliche ansetzende Kraft dürfen kein erhöhtes Risiko darstellen
94
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sicheres Entlüften VOFA-L26-T32C-M....
Beschreibung
• Sicherheitsfunktion: Entlüften
• Ventilfunktion: 3/2 Wegeventil
• ISO Größe 01
• Positionssensor mit M8 Anschluss
• Baubreite Ventil 26 mm
95
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
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DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sicherer Betriebshalt (Safe Operation Stop, SOS) SOS verhindert, dass der Motor von der Halteposition abweicht. Das PDS(SR) liefert dem Motor die Energie, um dem Angreifen äußerer Kräfte standzuhalten.
Zeitlicher Ablauf der Sicherheitsfunktion SOS
Um das Antriebssystem an einem bestimmten Punkt zu stoppen, ohne die Position zu verlieren, müssen im Stillstand alle Regelfunktionen erhalten bleiben.
• Sichere Überwachung des Stillstands, während der Motor in Lageregelung verbleibt.
• Ein unerwarteter Anlauf wird schnell erkannt. Es wird STO eingelegt.
98
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sichere BewegungssteuerungAußer STO erfordern alle anderen Überwachungsfunktionen komplexe Berechnungen von Drehzahlen, Positionen usw. und werden daher mit entsprechenden redundanten Rechnersteuerungen realisiert.
Konzept einer zweikanaligen sicheren Bewegungssteuerung
99
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sichere Bewegungssteuerung
*Die Anzahl der zu verwendenden Geber ist abhängig von der Sicherheitsfunktion und dem erforderlichen PL bzw. SIL. Sie kann ggf. durch zusätzliche Maßnahmen zur Erkennung von Geberfehlern reduziert werden.
• Die Messung der Motordrehzahl oder der Achslagepositionen erfolgt über Geber.
• Die Überwachungen erfolgt zweikanalig.
• Alle Eingänge, für die Anwahl der sicherheitsrelevanten Maschinenfunktionen sind ebenfalls redundant ausgeführt.
• Der Block „Impulssperre“ führt den STO zweikanalig aus.
Konzept einer zweikanaligen sicheren Bewegungssteuerung
100
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sicher begrenzte Geschwindigkeit (Safely Limited Speed, SLS) Eine sichere Überwachung verhindert, dass der Antrieb einen vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert überschreitet. Bei Überschreiten des Grenzwerts wird SOS ausgelöst
• Keine allgemeine Festlegung für Drehzahl-oder Geschwindigkeitsgrenzwerte
• IFA-Handbuch Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (Kennzahl 330216)
• C-Normen
101
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sicher begrenzte Geschwindigkeit (Safely Limited Speed, SLS)
Auszug aus DGUV (BGR 223) „Sicheres Arbeiten in der Kunstoffindustrie“
… den Tippbetrieb der Fördereinrichtung mit einer maximalen Umfangsgeschwindigkeit von 200 mm/s für die Transportbewegung und von maximal 50 mm/s für die Öffnungs- oder Schließbewegung zulässt?
oder
– zwangsläufig die Umfangsgeschwindigkeit der Transporteinrichtung auf maximal 200 mm/s und für das Öffnen und Schließen auf maximal 50 mm/s reduziert?
Auszug aus BGI 5003 Maschinen der Zerspanung
102
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Angabe sicherheitstechnischer Kennwerte
• Frequenzumrichter mit integrierten Sicherheitsfunktionen (PDS(SR)) sind Sicherheitsbauteile und Logikeinheiten für Sicherheitsfunktionen gemäß 2006/42/EG Anhang IV, für deren Einsatz Angaben zu den sicherheitsrelevanten Eigenschaften erforderlich sind.
• Um beurteilen zu können, ob ein PDS(SR) eingesetzt werden kann, muss der PL bekannt sein.
• Eine Angabe von MTTFd und DC ist für PDS(SR) nicht erforderlich, da diese Werte bereits bei der Ermittlung von PL und/oder PFH berücksichtigt wurden.
• Ebenso ist die Angabe der realisierten Kategorie nicht erforderlich für die Anwendung des Frequenzumrichters, allerdings verlangt DIN EN ISO 13849-1 im Abschnitt „Benutzerinformation“ diese Angabe und einige C-Normen enthalten Kategorie Anforderungen.
103
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Positionsgeber in SicherheitsanwendungenBenötigt der Frequenzumrichter bzw. Servoregler als Feedback zur Regelung.
Werden sicherheitstechnisch verwendet um Bewegung zu erfassen und entsprechend reagieren zu können.
Geschlossener Regelkreis
Steuerung ermittelt hieraus
• Drehzahl
• Geschwindigkeit
• Beschleunigung.
Am Markt weit verbreitet sind:
• Inkrementalgeber mit Rechtecksignalen
• Inkrementalgeber mit sin/cos-Signalen
• Inkremental- und Absolutwertgeber mit Bus-Schnittstellen
• Resolver
104
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Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
105
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Stillstands- und Drehzahlüberwachung mit CMMP-AS…S3 und EGC
106
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
System Konzept
107
24 VDC
230V
SPS via EA/PB/CO/DN
EGC mit Motor und 2. linearMesssystem
FCT Software
FCT Software mit Safety Plugin
Netzteil
230V
STO SS1/2 SLS SOS
Motor Controller mitCMCA –G1–S3 Karte
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
System Architektur
108
• 1. Abschaltpfad: Unterbrechung derEndstufe
• 2. Abschaltpfad: Unterbrechung derAnsteuerung zur Endstufe
• 1. Kanal: Encoder des Servo Motors
• 2. Kanal: siehe Tabelle nächste Seite
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
CAMC-G-S3 – Safety Modul für CMMP-AS-_-M3
1. Ermöglicht die Sicherheitsfunktionen STO, SS1, SS2, SOS, SLS, SSM, SBC, SSR
2. Zertifiziert nach PL e, Kat. 4 (EN 13849) bzw. SIL 3 (EN61800-5-2, EN 62061, EN 61508)
3. Ermöglicht die einfache Realisierung sicherheitstechnischer Applikationen ohne zusätzliche Hardware
110
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Vorteile gegenüber externen Lösungen
• Kürzere Reaktionszeiten
• Schneller und direkten Zugriff auf Signale und Messgrößen im Motorcontroller
• Auswertung einer Vielzahl von Positionssensoren, wie z. B. Resolver, SIN/COS-Geber, Hiperface-
• Geber, ENDAT 2.2, BISS, ...)
• Direkter Zugriff auf Gebersignale
• Bei Bedarf direkter Zugriff auf die Sollwerte / Steuerung des Antriebsreglers
• Direkte Interaktion zwischen Motorcontroller und Sicherheitsmodul
• Programmierung eines Ablaufs in der funktionalen Steuerung kann entfallen
111
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Eigenschaften S3 Karte
Sicherheitskennzahlen (Teil 1)
112
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Eigenschaften S3 Karte
Sicherheitskennzahlen (Teil 2)
113
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Eigenschaften S3 KarteBestimmungsgemäße Verwendung
Funktionen nach EN 61800-5-2
114
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Eigenschaften S3 Karte
Zusätzliche Funktionen (Software)
Die USF dienen der Überwachung der Zustandsgrößen (Weg, Geschwindigkeit …) des Motors / der Achse. Es stehen 4 USF-Funktionen (USF0 … USF3) zur Verfügung.
In der Ausprägung „Safe Speed Funktion“ (SSF) können damit durch entsprechende Parametrierung folgende SF realisiert werden:
115
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Safety ToolKonfiguration der Eingänge
Die zweikanaligen digitale Eingänge DIN40A/B bis DIN43A/B dienen unmittelbar der Steuerung der Sicherheitsfunktionen und sind daher in 1oo2-Architektur aufgebaut.
116
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Safety ToolKonfiguration der Eingänge
Die Eingänge DIN45, DIN46 und DIN47 können nur als Eingang zur Betriebsartenwahl konfiguriert werden.
Die Logikfunktion führt eine 1/N-Überwachung mit Diskrepanz-Zeit Überwachung durch - es darf zu jedem Zeitpunkt nur ein einzelner Eingang aktiv sein.
Die Logikfunktion stellt die sicheren logischen Eingangssignale LIN_D45_SAFE, LIN_D46_SAFE, LIN_D47_SAFE für die Steuerung der Sicherheitsfunktionen zur Verfügung.
117
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
EGC – Lineares Messsystem• Extern montierter Magnetstreifen• Messkopf direkt auf dem Laufwagen
118
Option EGC-_-M1 EGC-_-M2
Auflösung [µm] 2.5 10
Länge [m] Bis zur max. Achsenlänge
MTTF / MTTFd [a] 517 / 1034
Signal TTL TTL
Geschwindigkeit mit CMM_ [m/s] 4 4
Geschwindigkeit mit CMGA [m/s] 1 4 Messkopf
Magnetstreifen
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Sicher reduzierte Geschwindigkeit PL d/e – Kategorie 3/4
Applikation
• 2-kanalige Überwachung von Bewegungen
• 1ter Kanal: Encoder des Motors mit emuliertem Ausgang am Controller
• 2ter Kanal: Lineares Messsystem
• Sicherheitsfunktionen: SLS, SOS
Vorteile
• Komplette Überwachung der mechanischen Komponenten wie Riemen oder Umlaufkugeln
• Riemengetriebene Achsen können in Sicherheitsanwendungen eingesetzt werden
• Kostenvorteil gegenüber anderen Lösungen
119
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
EGC-_-_H_-PN – Klemmeinheit
1. Klemmeinheit mit formschlüssiger klemmung auf dem Laufwagen
2. 1- oder 2-kanalige Lösung, mit zusätzlicher Überwachung der Luft bis zu Kat. 2/3 möglich
1-kanalige Klemmeinheit 2-kanalige Klemmeinheit
120
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
121
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Stoppen, Anhalten, Blockieren
122
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Maschinenrichtlinie 2006/42/EG
...1.7.4.2 Inhalt der Betriebsanleitungs) Anweisungen zum sicheren Einrichten und Warten einschließlich der dabei zu treffenden Schutzmaßnahmen;….q) bei Unfällen oder Störungen erforderliches Vorgehen; falls es zu einer Blockierung kommen kann, ist in der Betriebsanleitung anzugeben, wie zum gefahrlosen Lösen der Blockierung vorzugehen ist;…
.
...1.6.3. Trennung von den Energiequellen……Die Restenergie oder die gespeicherte Energie, die nach der Unterbrechung der Energiezufuhr noch vorhanden sein kann, muss ohne Risiko für Personen abgeleitet werden können….…ist es zulässig, dass bestimmte Kreise nicht von ihrer Energiequelle getrennt werden, z. B. um Teile in ihrer Position zu halten,…… In diesem Fall müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um die Sicherheit des Bedienungspersonals zu gewährleisten
123
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
EN 1037:1995 Schutz vor unerwartetem Anlauf
124
5.3 Einrichtungen zur Ableitung gespeicherter Energie oder deren Rückhaltung…5.3.1.1 Einrichtungen zur Ableitung oder Rückhaltung gespeicherter Energie müssen an der Maschinevorhanden sein, wenn gespeicherte Energie Anlass zu Gefährdungen geben kann.……5.3.1.4 Die zur Energieableitung oder deren Rückhaltung erforderlichen Verfahrensweisen müssen in der Betriebsanleitung der Maschine beschrieben oder als Warnung an der Maschine angebracht sein….5.3.2 Mechanische TeileWenn mechanische Teile Anlass für einen gefährlichen Zustand geben können…müssen Vorkehrungen getroffen werden, sie in den niedrigsten Energiezustand zu bringen … entweder durch die üblichen Stellteile der Maschine oder durch speziell für diese Funktionen konstruierte und gekennzeichnete Geräte.Wenn mechanische Teile nicht in einen eigenen sicheren Zustand gebracht werden können, müssen sie durch Bremsen oder mechanische Halteeinrichtungen…gesichert werden.
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
ISO 4414 Allgemeine Regeln und sicherheitstechnische Anforderungen an Pneumatikanlagen
und deren Bauteile
125
5.2.6 Anforderungen an den Betrieb und die Funktion von Pneumatikanlagen
…
j) Notfall- und Sicherheitsanforderungen und Anforderungen zur Energietrennung;
5.2.8 Sichere Trennung von den Energiequellen Die Anlage muss so ausgelegt sein, dass eine sichere Trennung von den Energiequellen …ermöglicht wird. In Pneumatikanlagen kann dies z. B. erfolgen durch: •Trennung der Versorgung durch ein geeignetes Absperrventil, das abschließbar sein sollte und zugänglich sein muss, ohne eine Gefährdung hervorzurufen, oder Trennung und Druckentlastung der Anlage mittels eines geeigneten Absperrventils mit Druckentlastungseinrichtung, das gegebenenfalls abschließbar sein muss; •Ablassen oder Unterstützung/Halten mechanischer Lasten wenn die Anlage druckentlastet ist; •Trennung der elektrischen Versorgung (siehe IEC 60204-1:2009, 5.3). Die Anlage muss eine Druckentlastung ermöglichen. Vorkehrungen sollten getroffen werden, wenn nach Trennung oder Druckentlastung die Versorgung wiederkehrt.
5.4.3.8 DreistellungsventileBei Anlagen, in denen Dreistellungsventile verwendet werden, besonders solche mit geschlossener Mittelstellung, sollte untersucht werden, ob Leckage der Anlage und/oder eines Ventils unerwünschte Effekte, wie unerwartete Zylinderbewegung, hervorrufen könnte.
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Stoppen einer Bewegung pneumatisch – 5/3GSchutz vor unerwartetem Anlauf
SSC (Safe Stopping Closing)
Bemerkungen:
Es ist immer Restenergie gespeichert, dies gilt es zu lösen
Nachfolgende Prozesszustände beachten
Personenbefreiung /Energiefreischalten muss gelöst werden
Diagnose von 1V1 über Prozess(1S1, 1S2)
126
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Stoppen einer Bewegung pneumatisch – 5/3E + ReglerBemerkungen:
• Annahme: Der Ausfall einer der Regler 1V1 oder 1V2 führt zu einer langsamen/ungefährlichen Bewegung – dann darf 1V1/1V2 aus der Betrachtung entfallen
• Keine Fehlererkennung für 1V3/1V4
• Fehlererkennung über 1V5 über Testung
• Schutz vor unerwartetem Anlauf
• Über 1V1 und 1V2 ist ein Leckageausgleich + Erstbelüftung möglich
• Wie sieht die Personenbefreiung aus?
SSC (Safe Stopping Closing), Betrachtung ohne anstehende Druckluft an 1V1 und 1V2
127
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Stoppen einer Bewegung pneumatisch – entsperrbare RückschlagventileSchutz vor unerwartetem Anlauf
SSC (Safe Stopping Closing)
Bemerkungen:
• Fehlererkennung 1V2 und 1V3 über Testroutine
• Fehlererkennung von 1V1 über Schaltstellungsabfrage
• Personenbefreiung muss realisiert werden
• Leckage-Ausgleich ist je nach Arbeitsventil möglich
128
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Stoppen einer Bewegung pneumatisch – 2/2-VentileSchutz vor unerwartetem Anlauf
SSC (Safe Stopping Closing)
Bemerkungen:
• Fehlererkennung 1V2 und 1V3 über Testroutine
• Fehlererkennung von 1V1 über Schalstellungsabfrage
• Personenbefreiung muss realisiert werden
• Leckageausgleich nur schwer möglich
• Es kann keine Luft in die Zylinder nachströmen im Vergleich zu entsperrbarenRückschlagventilen
129
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Stoppen einer Bewegung pneumatisch – mechanisch
Schutz vor unerwartetem Anlauf + Anhalten
Bemerkungen:
• Achtung: Bestimmungsgemäßen Gebrauch der Klemmung/Bremse beachten
• Klemmung/Bremse mittels Testroutine testen
• Fehlererkennung von 1V1 über Schaltstellungsabfrage oder Druckschalter
• Personenbefreiung muss realisiert werden
• Leckage-Ausgleich ist je nach Arbeitsventil möglich
130
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Lösungsbeispiel – Stoppen einer Bewegung
Achtung:
• Bei pneumatischem Stoppen ist immer Restenergie gespeichert
• SF aus nachfolgenden Prozess-Zuständen beachten (z.B. Lösen)
131
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Lösungsbeispiel – Druck freischalten
Achtung:
• Entlüftungspunkte im Bereich der Gefährdung (da direkt am Zylinder)
• Entlüftung der beiden Zylinderkammer nur sequentiell möglich
• Erstbelüftung muss für Wiederanlauf gelöst werden
132
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Lösungsbeispiel – Druckfreischalten (alternative Lösung)
Entlüftungsventil im ungefährdeten Zugangsbereich in Verbindung mit Druck-Anzeige
133
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Baugruppe für sichere Restentlüftung
DE-VKP\Johannes Hopp TA Maschinensicherheit 2016 Entwurf Vertraulich
Lösungsbeispiel – Stoppen einer Bewegung mechanisch
SF Schutz vor unerwartetem Anlauf 2- kanalig
SF Anhalten einer Bewegung 2-kanalig
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Achtung:
• Zu Lösen ist die Befreiung Eingeschlossener Personen
• Reglereinstellung entsprechend Kräftegleichgewicht
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Lösungsbeispiel – Stoppen einer Bewegung mechanisch + pneumatisch
SF Schutz vor unerwartetem Anlauf 2- kanalig
SF Anhalten einer Bewegung 2-kanalig
Druckluftausfall kann durch Rückschlagventile
kompensiert werden
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Achtung:
• Zu Lösen ist die Befreiung Eingeschlossener Personen
• Regler Einstellung entsprechend Kräftegleichgewicht
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Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
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Bremseinheiten vom Typ DNCKE-S, KEC-S
Einsatz
Als Halteeinrichtung (statische Anwendung)
• Halten und Klemmen bei Energieausfall
• Absicherung gegen Druckausfall und Druckabfall
• Festhalten der Kolbenstange bei Zwischen-stopps, für operative Vorgänge eines Prozesses
• Als Bremseinrichtung (dynamische Anwendung)
• Abbremsen oder Anhalten von Bewegungen
• Unterbrechen einer Bewegung bei Eingriff in einen Gefahrenbereich
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Durchmesser40, 63, 100 mm
Hublänge10 … 2000 mm
Haltekraft1300 … 8000 N
Technische Daten
FunktionFunktion
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Klemmen und Bremsen mit der KEC
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Endlagenverriegelung vom Typ … EL …
Beschreibung
Mechanische Verriegelung bei Erreichen der Endlage
• Automatisches Lösen der Verriegelung nur unter Druckzufuhr an den Zylindern
• Endlagenverriegelung ein-oder beidseitig
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FunktionDurchmesser32 … 100 mm
Hublänge10 … 2000 mm
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EndlagenverriegelungWenn bei Luftausfall der Zylinder in der Endlagegehalten werden soll, ist die EL (Endlock) eine Möglichkeit. Die EL ist ein integriertes Bauteil.
• Die EL kann von Hand gelöst werden.
• Dauerhaftes Verriegeln durch Schraube die den Bolzen blockiert
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Klemmeinheit vom Typ KP
Beschreibung
• Klemmpatrone zur Aufnahme
einer statischen Kraft
• Geeignet für Steuerungen höherer Kategorie
• DNC-…-KP; KPE; KP und ADN-…-KP
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Durchmesser des zu Klemmenden Rundmaterials4 … 32 mm
Statische Haltekraft80 … 7500 N
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Feststelleinheit KP / KPE
Bremsen ist KEIN bestimmungsgemäßer Gebrauch der KP/KPE!
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DGSL mit Feststelleinheit oder Endlagenverriegelung
Einsatz Feststelleinheit
• mechanische Klemmung zur Fixierung des
Führungs-schlittens an beliebiger Position
• Klemmt reibschlüssig an beliebiger Stelle
• Klemmung durch Feder, Lösen durch Druckluft
Einsatz Endlagenverriegelung
• mechanische Verriegelung bei Erreichen der
Endlage
• Verriegelt formschlüssig nur in der
eingefahrenen Endlage
• Verriegeln durch Feder, Entriegeln durch
Druckluft
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Durchmesser6 … 25 mm
Statische Haltekraft80 … 600 N
Druck3 … 8 bar
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DGC-…-1H-PN mit FeststelleinheitProduktbeschreibung
Pneumatischer, kolbenstangenloser Antrieb mit externer Feststelleinheit für Sicherheitsanwendungen
Adaptive Feststelleinheit
• DGC-Baugrößen 25, 32, 40 und 50
• Statische Haltekraft von 320 bis 1200N
• Sicherheit: Keine Bewegung des Mitnehmers in drucklosem Zustand (Antrieb ist drucklos)
• Sicherheit : Für Notbremsungen (40, 50) und z. B. Absturzsicherung
Klemmen auf Führungsschiene
• Flexibel: Jeder X-Hub ist in 1 mm Schritten konfigurierbar (nicht festgelegt auf Standardhübe)
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DGC mit FeststelleinheitFunktion
• Druckloser Zustand = geklemmter Zustand
• Die Feststelleinheit klemmt direkt auf der Führungsschiene der Linearführung
• Die Laufflächen der Kugelführung bleiben dabei unberührt
• Die Feststelleinheit sitzt bei allen Größen an der seitlichen Oberfläche der Linear-führung
• Bei Ø 40 und 50 Die Feststelleinheit kann für Notbremsungen eingesetzt werden
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Feststelleinheit für DGC-25-KF und DGC-32-KF
Feststelleinheit für DGC-40-KF und DGC-50-KF
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Technische Daten DGC
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Technische Daten EGC
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Neue innovative pneumatische Steuerelemente
Platzsparend
Montagefreundlich
Effizient Leise
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Heute - Externe Bauteile GRLA + HGL + HAB
149
kg
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Zukunft - Ein Bauteil VFOF-LE-BAH …
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Flexible Montage
Zum Ändern der Betätigungsrichtung wird das Gehäuse einfach gedreht
kg
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Agenda
• Änderungen der DIN EN ISO 13849-1
• Risikobewertungsverfahren
• Sicherheitsfunktionen
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Schaltungsbeispiele
• Pneumatisch
• Elektrisch
• Komponenten
• Sistema
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Stoppen einer Bewegung pneumatisch – Option „Gleichdruck-Entlüften“Bemerkungen:
• Gleichdruckgesteuertes Entlüften, sinnvoll bei großen Zylinderkammern, da es sonst zu ungewollten Bewegungen kommen kann
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Safe Direction SDI – Sichere Bewegungsrichtung
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VOFA 5/2 VOFA-L26-T52-M-G14-1C1-APP #569819
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Bewegungsumkehr
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Diagnose über Zylinderschalter SMx-xxPositionsbestimmung bzw. Abfrage über Zylinderschalter.
• Schalter ist kein sicheres Bauteil:
• Keine sichere Befestigung und kein Manipulationsschutz.
• Einkanalige Lösung
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SAMH-S – die sichere Befestigung für ZylinderschalterApplikationen
Die Position von Schutztüren und Schutzklappen, die pneumatisch betätigt werden (Bild), kann sicher und direkt über den Antrieb rückgemeldet werden. Die zusätzliche Abfrage über externe Endtaster entfällt.
SMx-8M und SAMH-S
• Sichere Position
• Überwachung Verriegelung
• Überwachung Schutztüren
Nutzen
• Wegfall von zusätzlichen Komponenten
• Zeitersparnis in der Montage
• Reduzierter Platzbedarf
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ZylinderschalterSMx-8M
BefestigungSAMH-S
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Formschlüssige Befestigung für Zylinderschalter in der Sicherheitstechnik
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Ventil
Energiefreischaltung (Abschalten der Ventile im Fehlerfall)
Sicherheitsschaltgerät
Sichere Auswertung der zwei Schaltersignale
SMx-8M und SAMH-S
Sichere Schalterbefestigung nach MRL und 2 Zylinderschalter für eine Position• Redundante Positionserfassung• Kategorie 3 bzw. PL d ist erreichbar
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Sistema
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Sistema Datenbank von Festo
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Beispiel Sistema
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Weitere Unterstützung
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