Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali16/16E06.pdfmr sc Milivoj Puzak dipl. ing. –viši predavač ... •Primjena suvremene automatizacije

1

Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike

ELEKTROTEHNIKA - XVI tečaj

Nove tehnologije električnih postrojenja

Sigurnost strojeva i pogona prema normamarazine ukupne sigurnosti - SIL

mr sc Milivoj Puzak dipl. ing. – viši predavač

Tehničko veleučilište u Zagrebu

Elektrotehnički odjel

ZAGREB 8. 2. 2014.

milivoj.puzak @ tvz.hr

Normativne podloge sigurnosti

• EU Machinery Directive 2006/42/- EC definira potrebu da se

nacionalnim zakonima ostvare temeljni zdravstveni i sigurnosni

zahtjevi (EHSR – Esential Health and Safety Requirements)

• IEC EN 61508 Safety Lifecycle, Quantitive and Qualitive

Approach - krovna norma sigurnosnih svojstava opreme i strojeva

• EN ISO 13849 Safety of Machinery – Safety related Parts –

gradnja, svojstva i specificiranje sigurnosnih ureñaja

• IEC EN 62061 -Safety of machinery: Functional safety of

electrical, electronic and programmable electronic control systems

gradnja

• IEC EN 61800-5-2 - Functional safety of variable-speed drives –

specifikacije svojstsva i izvedbe reguliranih pogona sukladno

sigurnosnim zahtjevima

Sigurnost strojeva i pogona - SIL

2

Sigurnost


Sigurnost – održavanje razine rizika pojave štetnih dogañaja u

prihvatljivim granicama

Svaka primjena tehnologije je sigurnosni rizik

• Ispadi i neispravnosti u procesu, pogonu ili stroju mogu

predstsvlajti rizik opasnoati za osoblje, šteta za okoliš i vlasništvo

• Težina štetnog dogañaja i vjerojatnost pojave odreñuje mjere za

reduciranje rizika kroz prevenciju pojave, prepoznavanje i obrade

grešaka

• Primjena suvremene automatizacije zahtijava normiranje

područja sigurnosti u procesima, pogonima i opremi

Postupci smanjenja sigurnosnih rizika

• Eliminacija rizičnih dijelova procesa i postupaka kroz projekt

Ukoliko nije moguće:

• Reducirati rizike izborom sigurnosno najpovoljnijeg rješanja

Na preostale rizične situacije primijenjiti:

• Postupke statičke zaštite (prepreke i sl.)

• Sigurnosne funkcije

- aktivirati djelovanje pogona i strojeva na adekvatan način pri

pojavi sigurnosno specifičnih stanja

Rezulat: smanjenje šteta, posebno ozljeda osoblja, povećanje

raspoloživosti postrojenja, produkltivnosti i smanjenje zakonskih

obveza prema osoblju i okolišu


3

Pojmovi sigurnosti

• SIS Safety Instrumentation System - Sigurnosni

instrumentacijski sustav

• SIF Safety Instrumentation Function – sigurnosna

instrumantacijska funkcija

• SIL Safety Integrity Level - Razina ukupne sigurnosti – četiri

razine SIL 1, SIL 2, SIL 3 i SIL 4

• PL Preformance Level - Razina sigurnosnih svojstava

sigurnosnog lanca senzor – logika – aktor (a do e ) ISO 13849

• SRS Safety Requirement Specification - Specifikacija

sigurnosnih potreba

• PFD Probability of Failure on Demand – Vjerojatnost greške pri

zahtjevu djelovanja


SIS – Safety Instrumentation System

SIF – Safety Instrumentation function


SIS – instrumantacijski sustav koji koristi jednu ili više

sigurnosnih funkcija radi ostvarivanja sigurnosne zadaće .

Satoji se od davača, logičke funkcije i izvršnog elementa.

Potpuno je odvojen od upravljačko regulacijskog sustava.

Detektira neregularno stanje i vraća proces u sigurno

stanje – posljednja razina obrane

SIF – funkcija u SIS-u koja ima zadatak ostvariti ili zadržati

sigurno stanje u smislu definiranog opasnog dogañaja

Odziv na inicijalne signale u zasebnoj sigurnosnoj petlji

obrade

4

Evaluacija rizika i smanjenje mogućih posljedica


8

SIS Program

Process Process

Safetyvalve

Logic solver(s)

OutputInput

Transmitter

Final Element(s)Sensor(s)

SV

IAS


ggggg

SIS Safety Instrumentation System

5

9

SIS versus SIF

Sensors

Final elements

Logic

Solver

SISSIF

SIF Safety Instrumentation Function

Product-specific safety standards (type-C standards)

• Type A - norme koje odreñuju principe

• Typ B - generičke norme za neku grupu ili vrstu procesa ili opreme

• “type-C standards”, specifične sigurnosne norme za ureñaje “obrañuju

posebne strojeve ili vrste strojeva i temelje se na sukladnosti s ESHR

zahtjevima

• tip – C norme mogu uključivati i neke elemente SIL ukupne sigurnosti

i PL razine svojstava

• Norme tipa – C trebaju se primijeniti bez obzira na analizu rizika jer je

ureñaj sam mogući uzročnik narušavanja sigurnosti

• Primjer :

– EN 61800-5-2:2007 (Adjustable speed electrical power drive

systems functional safety requirements) Pogonski sustavi

upravljive brzine vrtnje - zahtjevi na sigurnosne funkcije

– Funkcije uključene u neke upravljačke jedinice – blokiranje

pretvarača na razini upravljanja poluvodičkim sklopkama


6

Safe torque-off (STO) – sigurnosni isklop momenta


Normirane sigurnosne funkcije ureñaja

Motor prestaje davati moment (mehanizam se

slobodno usporava) te se blokira ponovno

pokretanje

Motor aktivno usporava mehanizam i prestaje

davati moment na podešenoj brzini ili u

mirovanju te se blokira ponovno pokretanje

Safe stop 1 (SS1) sigurnosni stop

• Safe stop 2 (SS2)

Motor se sigurno zaustavlja aktivira držanje na odreñenoj brzini ili nakon

odreñanog vremena (prijelaz u SOS funkciju)

• Safe operating stop (SOS) - aktivno sigurno zaustavljanje

Motor ostaje aktivan i pri mirovanju odn. sigurnom stanju

• Safe brake control (SBC) – upravljanje sigurnosnom kočnicom

Funkcija ima izlaz kojim se upravlja vanjskom (mehaničkom sigurnosnom

kočnicom


Normirane sigurnosne funkcije ureñaja

7

Normirane funkcije hitnosti (emergency)

• Emergency operations

Norma EN 60204-1 poznaje dvije razine djelovanja pri hitnsti hirno

isklapanje (emergency switch-off) i hitno zaustavljanje (emergency

stop)

• Emergency switching off

“emergency switching-off” isklapa dovod energije na cijeli ureñaj ili

na njegov dio koji može biti potencijalno opasan

Emergency stop

„emergency stop” djeluja na način da, u slučaju aktiviranja, zaustavlja

opasno gibanje stroja te onemogućava pokretanja . Otklanjanje signala

„emergency stop” dopušta ponovni postupak pokretanje stroja.


• Emergency stop category 0

- znaći da se energetski dovod motoru trenutno isklapa. Stop cat 0

ekvivalentno je STO funkciji (safe torque-off) iz norme EN 61800-5-2.

• Emergency stop category 1

- znaći da se brzina stroja dovodi do mirovanja upravljanom retardacijom

a tada se isklapa dovod energije motoru. Stop car 1 odgovara SS1 Safe

stop 1 funkciji .


Normirane funkcije hitnosti (emergency)

8

15

What is (SIL) – Safety Integrity Level?

Informal Definition:

SIL ..the Safety Integrity Level of a specific Safety

Instrumented Function (SIF) which is being

implemented by a Safety Instrumented System (SIS).

OR

The amount of risk reduction achieved by a specific

Safety Instrumented Function (SIF)

Safety Integrity Level

SIL 4

SIL 3

SIL 2

SIL 1

SIL .. Razina ukupne sigurnosti neke instrumentacijske

sigurnosne funkcije /SIF) ostvarene sustavom sigurnosne

instrmentacije (SIS)

Iznos smanjenja rizika ostvaren nekom sigurnosnom

funkcijom (SIF)

16

SIL expressed as PFD

SIL 1

SIL 2

SIL 3

SIL 4

PFD (t)

time

PFDavg

test interval

PFDavg = �DUTI / 2PFD:Probability of Failure on Demand

��DU:

Dangerous Undetected

Failures

TI:

Test Interval (proof)

SIL specifikacija kroz srednju vrijednost PFD vjerojatnost otkaza pri zahtjevu

9

17

Different levels of SIL

Safety Integrity Level

SIL 4

SIL 3

SIL 2

SIL 1

Probability of Failure on Demand

0.001% to 0.01%

0.01% to 0.1%

0.1% to 1%

1% to 10%

Risk Reduction Factor

100,000 to 10,000

10,000 to 1,000

1,000 to 100

100 to 10

Safety

> 99.99%

99.9% to 99.99%

99% to 99.9%

90% to 99%

sigurnost Vjerojatnost otkaza pri zahtjevu Faktor redukcije rizika

SIL ? - kako odrediti

Odreñivanje potrebne razine ukupne sigurnosti SIL iz procjene opasnosti

C – veličina štete / ozljeda

C1 – manje opasno za jednu osobu

C2 – veće ozljede više osoba ili smrt jedne osobe

C3 -više smrtnih ishoda

C4 -katastrofalne posljedice s više mrtvih

F prisustvo osoblja

F1 – povremeno

F2 – učestalo ili trajno

P prevencija opasnosti

P1- moguća u zadanim uvjetima

P2 – teško izvediva

W – vjerojatnost dogañaja

W1 – vrlo mala

W2 – mala

W3 – relativno velika

__ neme potrebe za sigurnosnim zahvatima SIL4 – nije primjenjiv u pogonima


10

SIL - iz opasnosti po osoblje – ozljede


SIL vs PL - usporedba

PL performance level - ISO 13848 vjerojatnost opasnog dogañaja

prema tom kriteriju razina SIL može se uskladiti s PL razinom svojstava


11

Realizacija različitih razina sigurnosnih funkcija


Kategorije sigurnosti – po starim normama EN954-1

Cat 2 – jedan izvršni

element o nadzor

njegovog rada

Cat 3 dvostruki (redudantni)

davači signala i izvršni elementi

bez nadzora izvršenja

Cat 4 – redudantni davači i

izvršni elemenzi s nadzorom

izvršenja

Oprema /elementi sukladni zahtjevima SIL


12

Posebno označavanje sigurnosne opreme


SREC - safety related electrical control system


Sastav jednog sigurnosnog električnog sigurnosnog upravljačkog sustava

13

Primjer sheme u skladu sa SIL 3

Komponte XPS DMB i davači XCM DM imaju certifikat SIL3


Literatura

1. Functional Safety in process instrumentataion with SIL rating, Siemens

AG, No. E86060-A6200-A101-A3, 2007.

2. Functional Safety – Technical guide no 10, ABB Drives, 3AU

A000048753 rev D; 2011.

3. Safety and functional safety – A general guide. ABB brochure 1SFC

001008B0201, 2010.

4. Understanding safety integrity level, Magnetron International, Bulletin

41-299.4, 2012.

5. Safe Machinery handbook, Schneider Electric Ltd, no SE 7847, 2012.

6. Safety functions and solutions, Schneider Electric, catalogue 2011.

7. WRS 24V SIL3 Safety relay, Weidmueller Interface gmbh, 2013.


Documents

Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali16/16E06.pdfmr sc Milivoj Puzak dipl. ing. –viši predavač ... •Primjena suvremene automatizacije