Klub Paragraf 34, Bronisławów dr in. Marek Dwiarek. Centralny Instytut Ochrony Pracy Pastwowy Instytut Badawczy

Transkrypt

1 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 dr in. Marek Dwiarek Centralny Instytut Ochrony Pracy Pastwowy Instytut Badawczy

2 Tematyka dyskusji Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Wymagania dotyczce bezpieczestwa systemów sterowania Normy dotyczce bezpieczestwa systemów sterowania Definicje i pojcia Bezpieczestwo funkcjonalne Walidacja systemów sterowania Sektorowe dokumenty normatywne

3 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Wymagania dotyczce bezpieczestwa systemów sterowania Dyrektywa Maszynowa, Załcznik 1, p "Uszkodzenia obwodu sterowania" : "Uszkodzenie logicznych obwodów sterowania, defekt lub uszkodzenie obwodu sterowania nie mog prowadzi do sytuacji niebezpiecznych" P "Wymagania specjalne dotyczce urzdze ochronnych : "Urzdzenia ochronne powinny by tak zaprojektowane i włczone w układ sterowania maszyny, aby brak lub uszkodzenie jednego z ich elementów uniemoliwiało uruchomienie lub zatrzymywało ruch czci ruchomych

4 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Wymagania dotyczce bezpieczestwa systemów sterowania Dyrektywa dotyczca maszyn uytkowanych, Załczniku p. 2.1: "Układy sterowania musz by bezpieczne. Awaria lub zniszczenie układu sterowania nie mog stwarza sytuacji niebezpiecznej Wymagania te dotycz zachowania si urzdze w warunkach defektu

5 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Wymagania dotyczce bezpieczestwa systemów sterowania projektant systemu sterowania musi zagwarantowa spełnienie dwu celów: wytworzenie systemu umoliwiajcego maszynie realizacj załoonych funkcji, z uwzgldnieniem wymaga bezpieczestwa zbudowanie systemu który funkcjonuje w warunkach defektu w przewidywalny sposób i z okrelon niezawodnoci przez cały cykl ycia maszyny

6 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Dokumenty dotyczce bezpieczestwa systemów sterowania PN-EN 954-1:2001 Maszyny. Bezpieczestwo. Zwizane z bezpieczestwem elementy systemów sterowania. Ogólne zasady projektowania. EN-ISO :2006 Safety of Machinery Safety related parts of control systems Part 1: General principles for design PN-EN ISO :2005 Bezpieczestwo maszyn - Elementy systemów sterowania zwizane z bezpieczestwem - Cz 2: Walidacja PN-EN Bezpieczestwo funkcjonalne elektrycznych/elektronicznych/programowalnych elektronicznych systemów zwizanych z bezpieczestwem PN-EN 62061:2005 (U) Bezpieczestwo maszyn -- Bezpieczestwo funkcjonalne elektrycznych, elektronicznych i programowalnych elektronicznych systemów sterowania zwizanych z bezpieczestwem

7 Podstawowe pojcia Bezpieczestwo funkcjonalne: Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 cz bezpieczestwa maszyny która zaley od poprawnego funkcjonowania systemu sterowania Funkcja sterowania: funkcja, która porównuje informacje lub sygnały wejciowe i wytwarza informacj wyjciow lub powoduje działanie Funkcja bezpieczestwa: funkcja, której uszkodzenie moe powodowa bezporedni wzrost ryzyka Funkcja zwizana z bezpieczestwem: funkcja realizowana przez system sterowania o okrelonym poziomie nienaruszalnoci, która przeznaczona jest do utrzymania warunków bezpieczestwa maszyny lub zapobiegania bezporedniemu wzrostowi ryzyka

8 Podstawowe pojcia Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Przykłady funkcji bezpieczestwa: funkcja zatrzymywania stop funkcja zatrzymywania awaryjnego stop awaryjny rczne przywracanie funkcji rczne resetowanie start i start ponowny start i restart czas zadziałania sterowanie lokalne automatyczne zawieszanie funkcji rczne zawieszanie funkcji reakcja na wahania zaniki i przywrócenie zasilania

9 Podstawowe pojcia Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 System sterowania zwizany z bezpieczestwem: system sterowania elektrycznego maszyny, którego uszkodzenie moe skutkowa bezporednim wzrostem ryzyka (wg 62061) System sterowania zwizany z bezpieczestwem: cz systemu sterowania która odpowiada na zwizane z bezpieczestwem sygnały wejciowe i generuje zwizane z bezpieczestwem sygnały wyjciowe (wg 954-1)

10 uszkodzenie: defekt: Podstawowe pojcia Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 przerwanie zdolnoci urzdzenia do spełniania wymaganych funkcji stan urzdzenia charakteryzujcy si niezdolnoci do wypełniania wymaganych funkcji (defekt moe by skutkiem uszkodzenia, ale moe wystpowa bez wczeniejszego uszkodzenia) uszkodzenie sprztu przypadkowe: uszkodzenie wystpujce w przypadkowym czasie, które jest wynikiem jednego lub wielu moliwych mechanizmów degradacji sprztu uszkodzenie systematyczne: uszkodzenie, zwizane w sposób deterministyczny, z pewnymi przypadkami, które mog by wyeliminowane tylko przez modyfikacj konstrukcji lub procesu wytwarzania, procedur działania, dokumentacji lub innych odpowiednich czynników

11 Norma PN-EN 954-1:2001 Stosuje podejcie jakociowe Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Wprowadza klasyfikacje systemów na 5 kategorii (B, 1,2,3,4) Klasyfikacja zalena jest od zachowania si systemu w warunkach defektu Walidacja odbywa si poprzez analiz FMEA Nie uwzgldnia defektów systematycznych, nie moe wic by stosowana do systemów programowalnych

12 Dokument EN ISO :2006 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Stosuje podejcie jakociowo-ilociowe Wprowadza ilociow klasyfikacj na poziomy zapewnienia bezpieczestwa (PL=a,b,c,d,e) Definiuje architektur systemów poszczególnych kategorii Szacowanie osignitego PL odbywa si na podstawie architektury (kategorii) oraz oszacowania parametrów niezawodnociowych

13 Architektury ESSZB (1) Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Kategoria B, 1 Struktura jednokanałowa w klasycznym układzie: czujnik, układ logiczny, element wykonawczy. C Sygnał czujnika S Sygnał sterujcy EW C czujnik, S sterownik, EW element wykonawczy

14 Architektury ESSZB (2) Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Kategoria 2 Struktura jednokanałowa: czujnik, układ logiczny, element wykonawczy oraz dodatkowy zewntrzny układ monitorowania. Inicjowanie testu Monitoring C Sygnał czujnika S Sygnał sterujcy EW Sygnał aktywujcy Monitorowa nie WT WT Drugi tor wyłczania C, S, EW, WT

15 Architektury ESSZB (3) Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Kategoria 3, 4 Struktura dwutorowa (redundantna). W kadym torze czujnik, układ logiczny i element wykonawczy. Dodatkowe funkcje monitorowania toru. Równie wzajemne monitorowanie torów. C1 Sygnał czujnika S1 Sygnał sterujcy Monitoring EW1 Wymiana danych C2 Sygnał czujnika S2 Monitoring Sygnał sterujcy EW2

16 Dobór kategorii wg EN ISO SPL a b c d e Kategoria za wysoka w stosunku do wymaga DC H DC M DC DC L Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 M DC L DC N DC N Wymagane dodatkowe rodki bezpieczestwa Kierunek wyboru B Kategoria MTTF niski Uwaga: MTTF dotyczy podzespołów wykorzystanych do budowy ESSZB MTTF wysoki DC N brak pokrycia diagnostycznego DC L pokrycie diagnostyczne niskie DC M pokrycie diagnostyczne rednie DC H pokrycie diagnostyczne wysokie Wytypowane architektury relacja pomidzy kategori i SPL

17 Walidacja - podstawy Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Walidacja jest to proces potwierdzania zgodnoci projektu ESSZB z ogólnymi wymaganiami bezpieczestwa maszyn (954) Walidacja powinna wykaza, e kady element systemu sterowania zwizanego z bezpieczestwem: - ma właciwoci (charakterystyki) bezpieczestwa okrelone w procesie racjonalnego projektowania - spełnia wszystkie wymagania dotyczce ustalonej kategorii (954) lub osiga wymagany poziom nienaruszalnoci bezpieczestwa SIL (62061) - spełnia wymagania w zakresie odpornoci i wytrzymałoci na przewidywane warunki rodowiskowe Walidacja powinna by prowadzona przez osoby niezwizane z procesem projektowania (stopie niezalenoci powinien by odpowiedni do bezpieczestwa zwizanego z ESSZB).

18 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 PN-EN PN-EN :2004 Wymagania ogólne PN-EN :2005 Wymagania dla układów elektrycznych, elektronicznych i elektronicznych programowalnych zwizanych z bezpieczestwem PN-EN :2004 Wymagania dla oprogramowania PN-EN :2004 Definicje i skróty PN-EN :2005 Przykłady metod okrelania poziomów nienaruszalnoci bezpieczestwa PN-EN :2003 (U) Przewodnik stosowania PN-EN oraz PN-EN PN-EN :2003 (U) Ogólny przegld rodków i technik

19 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Koncepcja bezpieczestwa funkcjonalnego Ogólna strategia zapobiegania defektom: rodki Zasady niezawodnoci Dobór struktury System jakoci projektowania i produkcji zapobiegania defektom Przypadkowym Systematycznym

20 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Koncepcja bezpieczestwa funkcjonalnego Metodologia bezpieczestwa funkcjonalnego: defekty systematyczne eliminuje za pomoc działa prewencyjnych defekty przypadkowe eliminuje si poprzez odpowiedni dobór struktury systemu oraz stosowanie niezawodnych elementów i podzespołów drog do uzyskania bezpieczestwa funkcjonalnego jest przestrzeganie odpowiednich procedur przez odpowiednio wyszkolony personel poprzez audity i ocen realizowanych działa uzyskujemy pewno, e osignlimy wymagany poziom bezpieczestwa funkcjonalnego miernikiem osignitego poziomu bezpieczestwa funkcjonalnego s wskaniki probabilistyczne

21 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Koncepcja bezpieczestwa funkcjonalnego Cykl ycia bezpieczestwa systemów: czynnoci konieczne do zaimplementowania systemów zwizanych z bezpieczestwem, wystpujce podczas okresu czasu jaki rozpoczyna si od fazy koncepcji projektu i koczy si gdy wszystkie systemy E/E/PE zwizane z bezpieczestwem nie s dłuej dostpne do uycia

22 PN-EN 62061:2004 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Implementuje metodologi bezpieczestwa funkcjonalnego do obszaru bezpieczestwa maszyn Stosuje podejcie ilociowe Klasyfikuje systemy według poziomów nienaruszalnoci bezpieczestwa (SIL=1,2,3) Zaleca dekompozycj systemu na podzespoły wykonane zgodnie z wymaganiami dotyczcymi kategorii wg PN-EN lub SIL wg. PN-EN Formułuje wymagania dotyczce cyklu ycia

23 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Zasady stosowania norm dotyczcych systemów sterowania maszynami Projekt i ocena ryzyka PN-EN 12100, PN-EN 1050, Projektowanie systemu sterowania maszyny (SRECS) Podejcie systemowe Stosowana metodologia: Podejcie jakociowe - Ilociowy wskanik bezpieczestwa (SIL) - Metodologia wyznaczania SIL dla SRCS - Dostosowanie architektury - Wymagania dotyczce uszkodze systematycznych - Jakociowy wskanik bezpieczestwa: kategoria lub poziom zapewnienia bezpieczestwa - Wyznaczenie wskanika na podstawie jakociowego grafu oceny ryzyka (PN-EN 954-1, ISO/FDIS Dobór architektury systemu Bezpieczestwo elektryczne - PN-EN Projektowanie podsystemów o duej złoonoci (SIL) PN-EN złoone programowalne SRPCS - due elektryczne i elektroniczne SRPCS Projektowanie podsystemów o małej złoonoci PN-EN 954-1, ISO/FDIS i 2 - Nie-elektryczne SRPCS: mechaniczne, pneumatyczne itp. - elektryczne SRPCS - proste programowalne SRPCS Bezpieczestwo funkcjonalne - PN-EN 62061

24 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Sektorowe dokumenty normatywne sektor procesów przemysłowych PN-EN 61511:2005 (U) Bezpieczestwo funkcjonalne - Przyrzdowe systemy bezpieczestwa do sektora procesów przemysłowych dotyczy stosowania systemów zawierajcych oprzyrzdowanie zwizane z bezpieczestwem w procesach przemysłowych okrela zasady prowadzenia analizy zagroe oraz oceny ryzyka w celu formułowania wymaga dotyczcych oprzyrzdowania zwizanego z bezpieczestwem uwzgldnia oba podstawowe aspekty bezpieczestwa: cykl ycia oraz poziomy nienaruszalnoci bezpieczestwa okrela sposób postpowania w poszczególnych etapach cyklu ycia bezpieczestwa niezbdny do spełnienia wymaga bezpieczestwa

25 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Sektorowe dokumenty normatywne sektor procesów przemysłowych PN-EN 61511: okrela wymaganie przeprowadzenia oceny zagroe i ryzyka w celu okrelenia ogólnych wymaga bezpieczestwa wymaga przeprowadzenia alokacji wymaga bezpieczestwa dotyczcych układów zawierajcych oprzyrzdowanie zwizane z bezpieczestwem zaleca zastosowanie wszystkich metod uzyskiwania bezpieczestwa funkcjonalnego wymaga stosowania działa organizacyjnych, takich jak zarzdzanie bezpieczestwem, które mog mie zastosowanie we wszystkich etapach osigania bezpieczestwa funkcjonalnego

26 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Sektorowe dokumenty normatywne napdy z regulowan prdkoci IEC/CDV :2006 Adjustable speed electrical power drive systems - Part 5-2: Safety Requirements Functional Safety okrela metodologi identyfikacji udziału PDS ów w realizacji funkcji bezpieczestwa okrela zasady projektowania oraz walidacji działania podaje rodki potrzebne do koordynacji działania PDS a z wymaganiami redukcji ryzyka, z uwzgldnieniem prawdopodobiestwa i skutków jego przypadkowego i systematycznego defektu jest norm przedmiotow, w której okrelone s wymagania i podane zalecenia dotyczce projektowania, integracji i walidacji PDS poprzez analiz ich bezpieczestwa funkcjonalnego okrela zasady analizy aspektów bezpieczestwa PDS ów zakresie okrelonym przez PN-EN w

27 Sektorowe dokumenty normatywne Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 Inne normy sektorowe i przedmiotowe, przykłady: PN-EN 50402:2005 (U) przemysłowe systemy detekcji gazów PN-EN 50126:2002 (U) sektor kolejnictwa IEC 61513:2001 energetyka jdrowa PN-EN medyczne urzdzenia elektryczne PN-EN :2002+A3:2004 aspekty bezpieczestwa funkcjonalnego w odniesieniu do kompatybilnoci elektromagnetycznej elektrycznych urzdze przemysłowych ISO/IEC/TR domowe systemy bezpieczestwa

28 Klub Paragraf 34, Bronisławów 2006 dr in. Marek Dwiarek Centralny Instytut Ochrony Pracy Pastwowy Instytut Badawczy