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VDMA V1.0.PPT Seite 1 04.06.05pilz GmbH & Co KGStefan [email protected]

Lösungskonzept Pilz

VDMA Informationstag / Workshop „Sicherheitssteuerungen“

27.06.05, Frankfurt

Pilz Team:

Stefan Olding, Martina Moldaschl, Bernd Maier, Holger Bode


Aufgabenstellung

Beispiel LFT – D (Langfaser-Thermoplast-Direktprozess) Pressanlage für Workshop Sicherheitssteuerungen bestehend aus folgenden Anlagenteilnehmern:

1. Presse DYU 3000

2. Presse PO 100

3. Extruderanlage

4. Roboter

5. Liniensteuerung

Betriebsarten Voll-/ Teilautomatik, Einrichten, Einzelhub sind mit der gleichen SI- Kategorie auszurüsten.

Nach EN 954- 1 Kat 4 bzw. EN 13849 PL “e“


Grundlagen für die Sicherheit- technische Ausführung

Maschinenrichtlinie (MRL) EU / > GPSG Artikel 9 D > Hersteller Arbeitsmittelrichtlinie EU / Betriebssicherheitsverordnung D >

Betreiber Diverse ABC Normen (s. Ausschreibung) C- Normen sind u.a. EN 692 / 693 / 289 Inhalt MRL: Pressen mit Handeinlegeplätzen gehören seit 1.1.95 zu

den gefährlichen Maschinen nach Anhang IV der MRL. Hier muß eine C Norm ( z.B. EN 693 für hydraulische Pressen ) vorhanden sein und ohne Einschränkung nach dieser gebaut werden!

Ist dies nicht der Fall, muß der Hersteller diese Maschine einer Baumusterprüfung nach Anhang VI durch eine notifizierte Stelle unterziehen.


Baumusterverfahren zur CE Zertifizierung

*) Konformitätserklärung bescheinigt Übereinstimmung mit grundlegenden Anforderungen der Richtlinie**) Konformitätserklärung bescheinigt Übereinstimmung mit geprüftem Modell

Hersteller

Unterlagen gemäß Anhang VI erstellen, der

gemeldeten Stelle vorlegen

gemeldete Stelle überprüft, ob

Normen korrekt angewendet sind

gemeldeteStelle

Hersteller erstellt Konformi-

tätserklärung*), bringt CE-Zeichen

an

Unterlagen ge-mäß Anhang VI

erstellen, an gemeldete Stelle

senden

gemeldete Stelle bewahrt

Unterlagen auf

Maschine

Hersteller

nicht nach Anhang IV (Art. 8(2)a)

nach Anhang IV (Art. 8(2)b,c)

in vollem Umfang den Normen entsprechend

(Art. 8(2)c)

Unterlagen gemäß Anhang V

zusammenstellen

Unterlagen gemäß Anhang VI erstellen,

mit Modell an gemeldete Stelle

senden

gemeldete Stelle führt EG-Baumusterprüfung

am Modell durch

gemeldete Stelle erstellt EG-Baumuster-

bescheinigung

gemeldete Stelle bestätigt Empfang

gemeldete Stelle erstellt darüber Bescheinigung

Hersteller erstellt Kon-formitätserklärung**), bringt CE-Zeichen an

Hersteller erstellt Konformitäts-erklärung*), bringt CE-Zeichen an

Hersteller erstellt Konformitäts-erklärung*), bringt CE-Zeichen an

gemeldete Stelle führt EG-Baumusterprüfung

am Modell durch

nicht in vollem Umfang den Normen entsprechend

(Art. 8(2)b)

Unterlagen gemäß Anhang VI erstellen,

mit Modell an gemeldete Stelle

senden

gemeldete Stelle erstellt EG-Baumuster-

bescheinigung

Hersteller erstellt Kon-formitätserklärung**), bringt CE-Zeichen an


Konsequenz aus den Grundlagen

Was besagt die EN 693? Programmierbare elektronische Systeme für

Sicherheitsfunktionen werden derzeit nicht von den bekannten Pressennormen (EN 693 usw.) erfasst.

Bedeutet, den Nachweis über die gleichwertige Sicherheitstechnik zu führen. Baumusterprüfungen dieser Anlagen werden durch notifizierte Prüfstellen ( z.B. TÜV oder BG) durchgeführt.

Baumusterprüfung wird von Pilz durch Zertifizierung der Sicherheitssteuerung PSS und der entsprechenden Pressensicherheitsbausteine PSS- SW HYDR unterstützt!


PSS Zertifikat


Zertifizierte, abgenommene Software-Bausteine...

Exzenterpressen Hydraulikpressen Transferstraßen Feuerungstechnik Gastanklager Regelungstechnik Analogeingabe NOT-Aus-Paket Sichere Kopplung PSS SB AKAS SICK Lichtvorhang

Transferstraßen/Robotik

Pressen

... unterstützen die Baumusterprüfung!


Sicherheitsrelevante Funktionen einer Hydraulikpresse

SB 059 - Zweihandbediengerät

SB 062 - NOT-AUS (Kat. 4)

SB 059 - Fußschalter

SB 068 - (BWS) Berührungsloswirkende Schutzeinrichtung

SB 051/052 - Betriebsarten

SB 061 - Schaltsperre

SB 87/88/89 - Pressen-sicherheitsventil (PSHV)

Hydraulik-presse

SB 050 – Standardteil-Fehlerauswertung


Kundennutzen

Für alle Sicherheits- und Standard-Funktionen sowie für komplette Maschinen

Wesentliche Verkürzung der Überprüfungszeit der Software und der Abnahme durch TÜV, BG etc.

Erhöhte Sicherheit des Prozeßablaufs sowie der Programmfunktionalität

Ausschluß von Manipulationen und ungewollten Veränderungen

Bausteine müssen lediglich parametriert werden


Aufteilung der SI- Bereiche

SK1

SK2SK3


Mengengerüst Presse DYU 3000

Zusammenfassung Mengengerüst DYU 3000Funktion Eingänge CPU Eingänge SB Ausgänge SB

Grundlegende SI - Funktionen 2 1 0Betriebsarten 14 0Steuerfunktionen 4 0Not Aus 12 0Lichtgitter & Scanner 10 8Zweihandpult/ Schaltsperre 28 0Stößel/ Stößelverriegelung/ Absinküberwachung 8 6Sicherheitsventile 4 8

Gesamt E/A 2 81 22

eingesetzte DI8O8 6 48 36eingesetzte DI16 4 64

verfügbare E/A 112 36

Details


Mengengerüst Presse P01

Zusammenfassung Mengengerüst PO 100Funktion Eingänge CPU Eingänge SB Ausgänge SB

Grundlegende SI - Funktionen 2 1 0Betriebsarten 0 11 0Steuerfunktionen 0 4 0Not Aus 0 12 0Lichtgitter & Scanner 0 8 5Zweihandpult/ Schaltsperre 0 28 0Stößelverriegelung 0 8 4Stößelsteuerung/ Sicherheitsventile 0 5 10Transportband 0 1 2

Gesamt E/A 2 77 19




Mengengerüst Linie/ Extruder

Zusammenfassung Mengengerüst Linie/ ExtruderFunktion Eingänge CPU Eingänge SB Ausgänge SB

Extruder 2 21 4Schutzkreis 1 0 10 8Schutzkreis 2 0 6 7Schutzkreis 3 0 11 10

Gesamt E/A 2 48 29




Sicherheitskonzept mit SafetyBUS p : (bereits umgesetzt)

Gateway

Gateway

Gateway

PSS 1 Extruder/ Linie /Roboter

Ethernet TCPIP

(div. Protokolle)

Zentrale Programmierung mit einer FS Datenbank auf PSS WINPRO

PSS 2 DYU 3000

PSS 3PO 100

Bereitstellung aller Diagnose und Prozessdaten Für Visu- und Daten-Auswertungszwecke imwww.

Übergeordnete sichere Kommunikation mehrer PSS´en


Standardtechnik

Ethernet TCPIP

(div. Protokolle)

Zentrale Programmierung mit einer ST Datenbank des jeweiligen SPS Herstellers


Feldbus

Soft SPS 3 und VisuPO 100

Soft SPS 2 und VisuDYU 3000

Soft SPS 1 und VisuExtruder /Linie /Roboter


Variante 1: Verknüpfung FS/ST auf Kontaktbasis

SoftSPS

PSS

ST-Ausgänge

ST-Eingänge

RFK-Überwachung

FS-Ausgänge

Prinzip Ausgänge:Sicheres Abschalten der Versorgungsspannung des unsicheren ST-I/O-Modul

Prinzip Eingänge:Zusätzliche Geberkontakte /Verkabelung /Eingänge für Signalisierung

Schalten der Versorgung

FailsafeStandard


Variante 2: Verknüpfung FS/ST auf Steuerungsebene

PSS

ST-Ausgänge

ST-Eingänge

FS-Ausgänge

FailsafeStandard

M3~

Komplettes PAE/PAA

+ Diagnosedaten

Schaltbefehle zur PSS-Zustimmung

Feldbus

SoftSPS


Warum die Trennung von FS zur ST Technik?

1. Performancegründe

2. Klare Verantwortlichkeiten

3. Rückwirkungsfreiheit und Manipulationssicherheit bei ungewollten Veränderungen nach IEC 61508

4. Verfügbarkeit


Performance ( Anforderung an die Pressensteuerung)

Je nach geforderter Hubzahl und Hubhöhe, ergibt sich die Zykluszeit des Pressverlaufes.

Diesen korrekt und qualitativ gut zu steuern, bedeutet einen n-fachen Aufruf des ST Programmes während des Pressverlaufes.

Bei Regelanwendungen in Ziehkissen sind Programmzyklen von 2-5 ms erforderlich!

Gleichzeitig muß die 3 fache E/A Menge der SI Technik in dem ST Teil abgearbeitet werden.

Sicherheitstechnik erfordert in CPU und Bus ca. die 5 fachen Ressourcen gegenüber konv. Steuerungstechnik! Eine Kombination beider Technologien in einer Ressource unter o.g. Anforderungen ist derzeit nicht realisierbar!


Klare Verantwortlichkeiten

Durch die Trennung von SI Technik und ST Technik, ist es möglich den unterschiedlichen Anforderungen in Wissen und Verantwortlichkeit um die SI und ST Technik innerhalb der Firmenorganisation gerecht zu werden .

Planer, Inbetriebnehmer und Instandhalter, die für Sicherheitstechnik „verantwortlich“ sind, müssen entsprechendes Spezialwissen nachweisen.

Eine isolierte, eigenständige Handhabung der Sicherheitssteuerung ermöglicht Transparenz und Verantwortlichkeitsabgrenzung.


Spezifikation der E/E/PESSicherheitsanforderung

Spezifikation der sicherheitsbezogenen

Zuverlässigkeitsan-forderung

9.1.2

Sicherheitsbezogene Systeme: E/E/PES

Realisierung(siehe E/E/PES)

Sicherheitslebenszyklus

99.1

9.1.1

Spezifikation der funktionalen

Sicherheitsanforderung

9.2 E/E/PES Validationsplanung

9.4 E/E/PES Integration

9.6 Sicherheitsbezogene E/E/PES Validation

9.5 E/E/PES Betriebs- &Wartungsverfahren

9.3 E/E/PES Entwurf &Entwicklungsplanung

Zu Kasten 12 Phasen der IEC 61508

Rückwirkungsfreiheit undManipulationssicherheitMaßnahmen zur Fehlervermeidung,Auszug aus IEC 61508-2

Zu Kasten 14 Phasen der IEC 61508

•Projektmanagement•Dokumentation•Trennung von sicherheitsbezogenen und nicht-sicherheitsbezogenen E/E/PES-Syst.•Strukturierte Spezifikation

u.a.


Verfügbarkeit

Eine Einschränkung der Verfügbarkeit durch verstümmelte Rücklesetelegramme bei hohen Baudraten z.B. in „sicheren, hybriden Feldbussystemen“ bedeuten Reduzierung der Verfügbarkeit, da verlorene oder verstümmelte Telegramme die Abschaltung der gesamten Busstruktur nach sich ziehen.

Sichere Feldbussysteme sollten Ereignisse schnell und direkt an den jeweilig gewünschte Buspartner übertragen können. Ereignisorientierung, Multi Master Kommunikation und hohe EMV Festigkeit ( ) sichern dies ab.

Selektive Abschaltungen von Bussegmenten ist ein „Muß“, da in Wartungsfällen Teilgewerke abgeschaltet werden und normalerweise damit der gesamte Bus abgeschaltet wird. Gruppenabschaltungen im ermöglichen die selektive Abschaltung!


1. Migrationsschritt mit PSSuniversalmit Safety BUS p + beliebigen Feldbus (01/2006)

Gateway

Gateway

Gateway

Extruder/ Linie /Roboter

Ethernet TCPIP

(div. Protokolle)

Zentrale Programmierung mit einer FS +ST Datenbank auf PSS WINPRO

DYU 3000 PO 100

Übergeordnete sichere Kommunikation mehrer PSS´en



Zustimmprinzip: ST- und FS-Kommunikationsbeziehungen

Diskrete FS-Ein- und Ausgänge

FS/ST-Ausgänge: Zustimmprinzip 1:1 Zuordnung

FS-Eingänge: Diagnose an ST-Bus konfigurierbar für jeden FS-I/O-Punkt

Diskrete ST-Ein- und Ausgänge

Failsafe PSS

Sta

ndar

dS

PS

1:1


Vergleich der Variante (1):Einsparung von Verkabelung

ST-Ausgänge

ST-Eingänge

FailsafeStandard FailsafeStandard

FS-Ausgänge

FS-Eingänge

ST-Ausgänge

ST-Eingänge

FS-Ausgänge

FS-Eingänge

Klassisch: Kontaktverdrahtung Neu: Logik E/A


Vergleich der Variante (2):Reduzieren der Schaltzeiten

ST-Ausgänge

ST-Eingänge

FailsafeStandard Failsafe

FS-Ausgänge

FS-Eingänge

Komplettes PAE/PAA

+ Diagnosedaten

Schaltbefehle zur PSS-Zustimmung

SPS-ZyklusST-Bus

PSS-ZyklusSBus

DO

SPS-ZyklusST-Bus

PSS-ZyklusSBus

DO

„Schaltzeit“

Reaktionszeit

Standard

Klassisch: ST „&“ SI in der PSS Neu: Logik E/A


Prinzip FS/ST: beliebige Anreihung der Funktionen

Standard I/Os- ohne Bezug zum FS-

Teil

SichereBlockabschaltung Diskrete FS- I/Os

Nutzen einfacher Aufbau (Vermischbarkeit von ST und FS) rückwirkungsfreier Betrieb „logische“ Aufbaureihenfolge, Erweiterbarkeit nach Bedarf Reserve bietet das System, muß nicht installiert werden Kleine Granularität


Weltweiter Einsatz bis in diehöchsten Sicherheitsanforderungen

Weltweiten Einsatz durch internationaleZulassungen

Erfüllung höchster Sicherheitsanforderungen EN 954-1 bis einschließlich Kat. 4 prEN 13849-1 PL „e“ IEC 61508 bis einschließlich SIL 3

– FDIS 62061

EN 60204-1 NFPA 79 UL/CSA


Systemplattform

FS-D

I

skalierbare I/O-Funktionen

FS-D

O

ST-

DI

ST-

DO

IO-Head

FS-D

I

FS-D

OIO-Head& ST-Bus

PSSu multi

PSSumulti

CPUEthernetFS/ST

Kopf-Funktionen

ST-

DI

ST-

DO

FS-D

I

FS-D

O

FS-A

I

ST-

AI

n ?

n ?

ST-

AO


Kompakte Bauform (mit kleinerem Footprint) Stehende Verdrahtung

(in Schraub– oder Käfigzugfeder Technologie)

Erweiterung am SafetyBUS p Fail-Safe Relaisausgänge Mehr I/Os pro Adresse am SafetyBUS p (32I/32O)

Wirtschaftlich durch kleine Granularität Kombination von Standard- und Sicherheitsfunktionen Breites Portfolio an Funktionen Modularität = Flexibilität

PSSuniversal: Anwendernutzen


PSSuniversal: Anwendernutzen

Performance Geschwindigkeitsvorteile (parallele Verarbeitung) größere SafetyBUS p-Systeme

Standardisierung Sicherheitstechnik ist feldbusunabhängig

Investitionsschutz Kein Systemwechsel erforderlich, Performancesteigerung auch mit

bestehenden Systemen/Architekturen Peripherie ist unabhängig von Steuerungskonzept kein Systemumbau bei künftigen „neuen Medien“ ein System für alle Anforderungen (ST/FS, digital, analog...)


PSSuniversal, sicher in die Zukunft

„Die intelligente Verzahnung von Die intelligente Verzahnung von Standard & Sicherheit“Standard & Sicherheit“


Zusammenfassung

Normative Anforderungen sind erfüllt.

Funktional ist die getrennte Ausführung von SI und ST Technik aus Performance – und Verfügbarkeitsgründen notwendig und sinnvoll.

Seit 1995 ist Pilz führend in der Sicherheitsausrüstung von Pressenprojekten. Zahlreiche Projekte dieser Art belegen den Erfolg.

Pilz steht für Innovationssicherheit und hat die künftige Systemarchitektur unter Einbindung der Standardtechnologie in die Sicherheitssysteme vollzogen

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