Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
ń
dr inż. Marek Dz
wiarek
Centralny Instytut Ochrony Pracy  Państwowy Instytut Badawczy
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Tematyka dyskusji
" Wymagania dotyczące bezpieczeństwa systemów
sterowania
" Normy dotyczące bezpieczeństwa systemów sterowania
" Definicje i pojęcia
" Bezpieczeństwo funkcjonalne
" Walidacja systemów sterowania
" Sektorowe dokumenty normatywne
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Wymagania dotyczące bezpieczeństwa systemów
sterowania
" Dyrektywa Maszynowa, Załącznik 1, p.1.2.7
"Uszkodzenia obwodu sterowania" :
"Uszkodzenie logicznych obwodów sterowania, defekt lub
uszkodzenie obwodu sterowania nie mogą prowadzić do
sytuacji niebezpiecznych"
" P. 1.4.3 "Wymagania specjalne dotyczące urządzeń
ochronnych :
"Urządzenia ochronne powinny być tak zaprojektowane i
włączone w układ sterowania maszyny, aby brak lub
uszkodzenie jednego z ich elementów uniemożliwiało
uruchomienie lub zatrzymywało ruch części ruchomych
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Wymagania dotyczące bezpieczeństwa systemów
sterowania
" Dyrektywa dotycząca maszyn użytkowanych, Załączniku
p. 2.1:
"Układy sterowania muszą być bezpieczne.
Awaria lub zniszczenie układu sterowania nie
mogą stwarzać sytuacji niebezpiecznej
" Wymagania te dotyczą zachowania się urządzeń w
warunkach defektu
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Wymagania dotyczące bezpieczeństwa systemów
sterowania
" projektant systemu sterowania musi zagwarantować
spełnienie dwu celów:
wytworzenie systemu umożliwiającego maszynie
realizację założonych funkcji, z uwzględnieniem
wymagań bezpieczeństwa
zbudowanie systemu który funkcjonuje w
warunkach defektu w przewidywalny sposób i z
określoną niezawodnością przez cały cykl życia
maszyny
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Dokumenty dotyczące bezpieczeństwa systemów sterowania
PN-EN 954-1:2001 Maszyny. Bezpieczeństwo. Związane z
bezpieczeństwem elementy systemów sterowania. Ogólne zasady
projektowania.
EN-ISO 13849-1:2006 Safety of Machinery  Safety  related parts
of control systems  Part 1: General principles for design
PN-EN ISO 13849-2:2005 Bezpieczeństwo maszyn - Elementy
systemów sterowania związane z bezpieczeństwem - Część 2:
Walidacja
PN-EN 61508 Bezpieczeństwo funkcjonalne
elektrycznych/elektronicznych/programowalnych elektronicznych
systemów związanych z bezpieczeństwem
PN-EN 62061:2005 (U) Bezpieczeństwo maszyn -- Bezpieczeństwo
funkcjonalne elektrycznych, elektronicznych i programowalnych
elektronicznych systemów sterowania związanych z
bezpieczeństwem
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Podstawowe pojęcia
Bezpieczeństwo funkcjonalne:
część bezpieczeństwa maszyny która zależy od poprawnego
funkcjonowania systemu sterowania
Funkcja sterowania:
funkcja, która porównuje informacje lub sygnały wejściowe i wytwarza
informację wyjściową lub powoduje działanie
Funkcja bezpieczeństwa:
funkcja, której uszkodzenie może powodować bezpośredni wzrost ryzyka
Funkcja związana z bezpieczeństwem:
funkcja realizowana przez system sterowania o określonym poziomie
nienaruszalności, która przeznaczona jest do utrzymania warunków
bezpieczeństwa maszyny lub zapobiegania bezpośredniemu wzrostowi
ryzyka
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Podstawowe pojęcia
Przykłady funkcji bezpieczeństwa:
funkcja zatrzymywania  stop
funkcja zatrzymywania awaryjnego  stop awaryjny
ręczne przywracanie funkcji  ręczne resetowanie
start i start ponowny  start i restart
czas zadziałania
sterowanie lokalne
automatyczne zawieszanie funkcji
ręczne zawieszanie funkcji
reakcja na wahania zaniki i przywrócenie zasilania
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Podstawowe pojęcia
System sterowania związany z bezpieczeństwem:
system sterowania elektrycznego maszyny, którego uszkodzenie może
skutkować bezpośrednim wzrostem ryzyka
(wg 62061)
System sterowania związany z bezpieczeństwem:
część systemu sterowania która odpowiada na związane z
bezpieczeństwem sygnały wejściowe i generuje związane z
bezpieczeństwem sygnały wyjściowe
(wg 954-1)
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Podstawowe pojęcia
uszkodzenie:
przerwanie zdolności urządzenia do spełniania wymaganych funkcji
defekt:
stan urządzenia charakteryzujący się niezdolnością do wypełniania
wymaganych funkcji (defekt może być skutkiem uszkodzenia, ale może
występować bez wcześniejszego uszkodzenia)
uszkodzenie sprzętu przypadkowe:
uszkodzenie występujące w przypadkowym czasie, które jest wynikiem
jednego lub wielu możliwych mechanizmów degradacji sprzętu
uszkodzenie systematyczne:
uszkodzenie, związane w sposób deterministyczny, z pewnymi
przypadkami, które mogą być wyeliminowane tylko przez modyfikację
konstrukcji lub procesu wytwarzania, procedur działania, dokumentacji
lub innych odpowiednich czynników
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Norma PN-EN 954-1:2001
Stosuje podejście jakościowe
Wprowadza klasyfikacje systemów na 5 kategorii (B,
1,2,3,4)
Klasyfikacja zależna jest od zachowania się systemu
w warunkach defektu
Walidacja odbywa się poprzez analizę FMEA
Nie uwzględnia defektów systematycznych, nie
może więc być stosowana do systemów
programowalnych
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Dokument EN ISO 13849-1:2006
Stosuje podejście jakościowo-ilościowe
Wprowadza ilościową klasyfikację na  poziomy
zapewnienia bezpieczeństwa (PL=a,b,c,d,e)
Definiuje architekturę systemów poszczególnych
kategorii
Szacowanie osiągniętego PL odbywa się na
podstawie architektury (kategorii) oraz oszacowania
parametrów niezawodnościowych
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Architektury ESSZB (1)
Kategoria B, 1
Struktura jednokanałowa w klasycznym układzie: czujnik, układ
logiczny, element wykonawczy.
Sygnał Sygnał
czujnika sterujący
C EW
S
C  czujnik, S  sterownik, EW  element wykonawczy
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Architektury ESSZB (2)
Kategoria 2
Struktura jednokanałowa: czujnik, układ logiczny, element wykonawczy
oraz dodatkowy zewnętrzny układ monitorowania.
Inicjowanie
Monitoring
testu
Sygnał Sygnał
czujnika sterujący
C EW
S
Sygnał Monitorowa
aktywujący nie WT
Drugi tor
wyłączania
WT
C  czujnik, S  sterownik, EW  element wykonawczy, WT  wyposażenie testujące
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Architektury ESSZB (3)
Kategoria 3, 4
Struktura dwutorowa (redundantna). W każdym torze czujnik, układ
logiczny i element wykonawczy. Dodatkowe funkcje monitorowania
toru. Również wzajemne monitorowanie torów.
Sygnał Sygnał
czujnika sterujący
C1
S1
EW1
Monitoring
Wymiana
danych
Monitoring
Sygnał
czujnika
EW2
C2
S2
Sygnał
sterujący
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
SPL
Dobór kategorii wg
Kategoria za
a
DC
N
wysoka w
EN ISO 13849-1
stosunku do
wymagań
DC
N
b
DC
c
L
DCDC
M
L
DC
d
Wymagane
M
dodatkowe
środki
e DCH
bezpieczeństwa
Kierunek wyboru
Kategoria
4 3 2 1 B
MTTF  niski Uwaga: MTTF dotyczy podzespołów
wykorzystanych do budowy ESSZB
MTTF  wysoki
DCN  brak pokrycia diagnostycznego
DCL  pokrycie diagnostyczne niskie
DCM  pokrycie diagnostyczne średnie
DCH  pokrycie diagnostyczne wysokie
 Wytypowane architektury  relacja pomiędzy kategorią i SPL
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Walidacja - podstawy
" Walidacja jest to proces potwierdzania zgodności projektu ESSZB z
ogólnymi wymaganiami bezpieczeństwa maszyn (954)
" Walidacja powinna wykazać, że każdy element systemu sterowania
związanego z bezpieczeństwem:
- ma właściwości (charakterystyki) bezpieczeństwa określone w
procesie racjonalnego projektowania
- spełnia wszystkie wymagania dotyczące ustalonej kategorii (954)
lub osiąga wymagany poziom nienaruszalności bezpieczeństwa SIL
(62061)
- spełnia wymagania w zakresie odporności i wytrzymałości na
przewidywane warunki środowiskowe
" Walidacja powinna być prowadzona przez osoby niezwiązane z
procesem projektowania (stopień niezależności powinien być
odpowiedni do bezpieczeństwa związanego z ESSZB).
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
PN-EN 61508
" PN-EN 61508-1:2004 Wymagania ogólne
" PN-EN 61508-2:2005 Wymagania dla układów elektrycznych,
elektronicznych i elektronicznych programowalnych
związanych z bezpieczeństwem
" PN-EN 61508-3:2004 Wymagania dla oprogramowania
" PN-EN 61508-4:2004 Definicje i skróty
" PN-EN 61508-5:2005 Przykłady metod określania poziomów
nienaruszalności bezpieczeństwa
" PN-EN 61508-6:2003 (U) Przewodnik stosowania PN-EN 61508-2
oraz PN-EN 61508-3
" PN-EN 61508-7:2003 (U) Ogólny przegląd środków i technik
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Koncepcja bezpieczeństwa funkcjonalnego
Ogólna strategia zapobiegania defektom:
System jakości
Zasady Dobór
Środki projektowania i
niezawodności struktury
produkcji
zapobiegania
defektom
Przypadkowym Systematycznym
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Koncepcja bezpieczeństwa funkcjonalnego
Metodologia bezpieczeństwa funkcjonalnego:
" defekty systematyczne eliminuje za pomocą działań prewencyjnych
" defekty przypadkowe eliminuje się poprzez odpowiedni dobór
struktury systemu oraz stosowanie niezawodnych elementów i
podzespołów
" drogą do uzyskania bezpieczeństwa funkcjonalnego jest
przestrzeganie odpowiednich procedur przez odpowiednio
wyszkolony personel
" poprzez audity i ocenę realizowanych działań uzyskujemy pewność,
że osiągnęliśmy wymagany poziom bezpieczeństwa funkcjonalnego
" miernikiem osiągniętego poziomu bezpieczeństwa funkcjonalnego są
wskaz
niki probabilistyczne
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Koncepcja bezpieczeństwa funkcjonalnego
Cykl życia bezpieczeństwa systemów:
 czynności konieczne do zaimplementowania systemów
związanych z bezpieczeństwem, występujące podczas
okresu czasu jaki rozpoczyna się od fazy koncepcji
projektu i kończy się gdy wszystkie systemy E/E/PE
związane z bezpieczeństwem nie są dłużej dostępne do
użycia
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
PN-EN 62061:2004
metodologię bezpieczeństwa
Implementuje
funkcjonalnego do obszaru bezpieczeństwa maszyn
Stosuje podejście ilościowe
systemy według  poziomów
Klasyfikuje
nienaruszalności bezpieczeństwa (SIL=1,2,3)
Zaleca dekompozycję systemu na podzespoły
wykonane zgodnie z wymaganiami dotyczącymi
kategorii wg PN-EN 954-1 lub SIL wg. PN-EN 61508
Formułuje wymagania dotyczące cyklu życia
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Zasady stosowania norm dotyczących systemów sterowania maszynami
Projekt i ocena ryzyka
PN-EN 12100, PN-EN 1050,
Projektowanie systemu sterowania maszyny (SRECS)
Stosowana metodologia:
Podejście jakościowe
Podejście systemowe
- Ilościowy wskaz
nik bezpieczeństwa (SIL) - Jakościowy wskaz
nik bezpieczeństwa: kategoria lub
poziom zapewnienia bezpieczeństwa
- Metodologia wyznaczania SIL dla SRCS
- Wyznaczenie wskaz
nika na podstawie jakościowego
- Dostosowanie architektury
grafu oceny ryzyka (PN-EN 954-1, ISO/FDIS 13849
- Wymagania dotyczące uszkodzeń systematycznych
- Dobór architektury systemu
Projektowanie podsystemów o
Bezpieczeństwo elektryczne - PN-EN 60204-1
małej złożoności
PN-EN 954-1, ISO/FDIS 13849-1 i 2
- Nie-elektryczne SRPCS:
Projektowanie podsystemów o
mechaniczne, pneumatyczne itp.
dużej złożoności (SIL)
PN-EN 61508 - elektryczne SRPCS
- złożone programowalne SRPCS - proste programowalne SRPCS
- duże elektryczne i elektroniczne
SRPCS
Bezpieczeństwo funkcjonalne - PN-EN 62061
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Sektorowe dokumenty normatywne  sektor procesów przemysłowych
PN-EN 61511:2005 (U) Bezpieczeństwo funkcjonalne -
Przyrządowe systemy bezpieczeństwa do sektora
procesów przemysłowych
" dotyczy stosowania systemów zawierających oprzyrządowanie
związane z bezpieczeństwem w procesach przemysłowych
" określa zasady prowadzenia analizy zagrożeń oraz oceny ryzyka w
celu formułowania wymagań dotyczących oprzyrządowania
związanego z bezpieczeństwem
" uwzględnia oba podstawowe aspekty bezpieczeństwa: cykl życia oraz
poziomy nienaruszalności bezpieczeństwa
" określa sposób postępowania w poszczególnych etapach cyklu życia
bezpieczeństwa niezbędny do spełnienia wymagań bezpieczeństwa
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Sektorowe dokumenty normatywne  sektor procesów przemysłowych
PN-EN 61511:
" określa wymaganie przeprowadzenia oceny zagrożeń i ryzyka w celu
określenia ogólnych wymagań bezpieczeństwa
" wymaga przeprowadzenia alokacji wymagań bezpieczeństwa
dotyczących układów zawierających oprzyrządowanie związane z
bezpieczeństwem
" zaleca zastosowanie wszystkich metod uzyskiwania bezpieczeństwa
funkcjonalnego
" wymaga stosowania działań organizacyjnych, takich jak zarządzanie
bezpieczeństwem, które mogą mieć zastosowanie we wszystkich
etapach osiągania bezpieczeństwa funkcjonalnego
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Sektorowe dokumenty normatywne  napędy z regulowaną prędkością
IEC/CDV 61800-5-2:2006 Adjustable speed electrical power
drive systems - Part 5-2: Safety Requirements  Functional
Safety
" określa metodologię identyfikacji udziału PDS ów w realizacji
funkcji bezpieczeństwa
" określa zasady projektowania oraz walidacji działania
" podaje środki potrzebne do koordynacji działania PDS  a z
wymaganiami redukcji ryzyka, z uwzględnieniem
prawdopodobieństwa i skutków jego przypadkowego i
systematycznego defektu
" jest normą przedmiotową, w której określone są wymagania i
podane zalecenia dotyczące projektowania, integracji i walidacji
PDS poprzez analizę ich bezpieczeństwa funkcjonalnego
" określa zasady analizy aspektów bezpieczeństwa PDS ów w
zakresie określonym przez PN-EN 61508
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
Sektorowe dokumenty normatywne
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 jądrowa
" PN-EN 60601-1  medyczne urządzenia elektryczne
" PN-EN 61326-3:2002+A3:2004  aspekty bezpieczeństwa
funkcjonalnego w odniesieniu do kompatybilności
elektromagnetycznej elektrycznych urządzeń przemysłowych
" ISO/IEC/TR 14762  domowe systemy bezpieczeństwa
Klub  Paragraf 34, Bronisławów 2006
ń
ż
dr inż. Marek Dz
wiarek
Centralny Instytut Ochrony Pracy  Państwowy Instytut Badawczy