SPĽAHLIVOSŤ→ položka BEZPEČNOSŤ RS + VP→ (SR) vhodné IP krytie v AUT iskrová bezpečnosť, smernice EÚ→ATEX, prevádzková bezpečnosť, funkčná bezpečnosť →STN EN 61508, 1 až 7 EMC → prepäťové ochrany AP (skr. SaP) iné http://ap.urpi.fei.stuba.sk/ časť CAD RS 16. 9. 2018 1
Kvalita objektu Spoľahlivosť technického systému charakterizuje jeho komplexnú vlastnosť, tj. všeobecnú schopnosť zachovávať funkčné vlastnosti v danom čase a za stanovených podmienok. Najvýznamnejšími vlastnosťami spoľahlivosti sú : bezporuchovosť -- schopnosť technického systému plniť nepretržite požadované funkcie počas stanovenej doby a za definovaných podmienok, udržovateľnosť -- vlastnosť objektu charakterizujúca spôsobilosť predchádzaniu porúchám predpísanou údržbou, opraviteľnosť -- spôsobilosť technického systému na zisťovanie príčin porúch a ich odstraňovanie opravou, pohotovosť -- technického systému charakterizujú bezporuchovosť a opraviteľnosť, bezpečnosť -- vlastnosť technického systému neohrozovať ľudské zdravie, materiálne statky alebo životné prostredie pri plnení predpísanej funkcie, životnosť (technický život) -- schopnosť objektu plniť požadované funkcie po dosiahnutie medzného stavu (neodstrániteľné poruchy, tj. bezpečnosť, strata hodnôt parametrov, zníženie efektívnej činnosti, nutnosť vykonania generálnej opravy). Spoľahlivosť podľa noriem ČSN ISO a ČSN IEC je pohotovosť, ktorá je určená tromi faktormi: bezporuchovosťou, udržovateľnosťou a zabezpečením opravy (opraviteľnosť). 16. 9. 2018 2
Súčasný stav AUT a bezpečnosť SR (systémov riadenia) Bezpečnosť -- vlastnosť technického systému neohrozovať ľudské zdravie, materiálne statky alebo životné prostredie pri plnení predpísanej funkcie Rozľahlosť automatizovaných, ale aj automatizačných zariadení (RS + VP) → zvýšenie komplexnosti výrobných procesov pri zložitejších prevádzkových podmienkach Verejný záujem o spôsob a bezpečnosť prevádzkovania takýchto systémov, napr. jadrová energetika, jadrové zariadenia Odrazom tejto skutočnosti sú moderné automaticky riadené technológie s množstvom bezpečnostne-technických a ekologicky orientovaných úloh, tj. spôsobov projektovania RS + VP→ (SR), napr.: -prevádzková bezpečnosť, funkčná bezpečnosť →STN EN 61508, -iskrová bezpečnosť, smernice EÚ→ATEX, -vhodné IP krytie v AT, -EMC → prepäťové ochrany AP, (skrip. SaP) - iné. AUT – automatizačná technika SR – systém riadenia 16. 9. 2018 3
Súčasný stav AUT a bezpečnosť SR EÚ - za bezpečnosť produkovaných strojov, zariadení, prístrojov, čiže aj RS je zodpovedný výrobca alebo osoba, ktorá uvádza zariadenie na trh, spravidla výrobca vydáva aj vyhlásenie o zhode daného výrobku s platnými zákonnými požiadavkami v EÚ Pri prevádzkovaných zariadeniach je osobou zodpovednou z hľadiska bezpečnosti práce vždy prevádzkovateľ, zamestnávateľ, (jeho manažment). 16. 9. 2018 4
SPĽAHLIVOSŤ → položka BEZPEČNOSŤ Bezpečnosť RS a RiS (technológia, výrobný proces), prostriedky (všeobecne): IP krytie el. zariadení Atex - automatizované technológie v prostrediach s nebezpečím výbuchu, čiastočne skriptá SaP EMC – ochrana pred prepätiami, skriptá SaP – obsah O.K. platné normy? ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Funkčná integrovaná bezpečnosť →IEC/EN 61508 a IEC/EN 61511, slovenské ekvivalenty STN EN 61508, STN EN 61511 16. 9. 2018 5
Ochrana pred úrazom elektrickým prúdom IP krytie el. zariadení (International Protection) Ochrana pred úrazom elektrickým prúdom Krytie - konštrukčné opatrenie, súčasť elektrotechnického predmetu, ochrana pred dotykom so živými a pohyblivými časťami EZ, poškodenie EZ vniknutím cudzích predmetov, prachu, vody a plynu, nová norma STN EN 60 529 Stupne ochrany krytom (krytie IP-kód – IPXX.XX) Stupeň ochrany pred dotykom nebezpečných časti a pred vniknutím cudzích pevných telies – prvá číslica: IP 0x – nechránené, IP 1x - zariadenie je chránené pred vniknutím pevných cudzích telies o priemere 50mm a väčších a pred dotykom chrbtom ruky, IP 2x - zariadenie je chránené pred vniknutím pevných cudzích telies s priemerom 12,5 mm a väčších a pred dotykom prstom, IP 3x - zariadenie je chránené pred vniknutím pevných cudzích telies s priemerom 2,5 mm a väčších a pred dotykom nástrojom, IP 4x - zariadenie je chránené pred vniknutím pevných cudzích telies o priemere 1mm a väčších a pred dotykom drôtom, IP 5x - zariadenie je chránené pred prachom a pred dotykom drôtom, IP 6x - zariadenie je prachotesná a je chránené pred dotykom drôtom. 16. 9. 2018 6
IP krytie el. zariadení Stupeň ochrany proti vniknutiu vody, druhá číslica: IP x0 – nechránené IP x1 - zvislo kvapkajúca (kondenzovaná) IP x2 - zvislo kvapkajúca (s odchýlkou od kolmice 15°) IP x3 - kropiaca (dážď) IP x4 - striekajúca IP x5 - vystrekujúca IP x6 - intenzívne vystrekujúca IP x7 - dočasné ponorenie(zaplavenie) IP x8 - trvalé ponorenie Stupeň ochrany pred dotykom nebezpečných častí udávaný prídavným písmenom (nepovinné): Prídavné písmeno Používa sa iba vtedy ak je skutočná ochrana vyššia ako je udávaná prvou číslicou alebo ak je prvá číslica X. A - chránené pred dotykom chrbtom ruky - sonda dotyku je guľa o priemere 50mm. B - chránené pred dotykom prstom - článkový skúšobný prst s priemerom 12mm a dĺžkou 80mm. C - chránené pred dotykom nástrojom - sonda dotyku s priemerom 2,5 mm a dĺžky 100mm. D - chránené pred dotykom drôtom - sonda dotyku s priemerom 1mm a dĺžky 100mm. Sonda kontaktu musí mať vždy primeranú vzdušnú vzdialenosť od nebezpečných častí. 16. 9. 2018 7
IP krytie el. zariadení Doplnkové písmena (nepovinné): Udáva doplnkovú informáciu o výrobku H - zariadenia vysokého napätia M - testované škodlivé účinky vniknutej vody, ak sú pohyblivé časti zariadenia v pohybe (napr. rotor motora) S - testované škodlivé účinky vniknutej vody, ak sú pohyblivé časti zariadenia v pokoji (napr. rotor motora). W - vhodné na použitie za stanovených poveternostných podmienok. Krytie je dosiahnuté dodatočnými ochrannými vlastnosťami alebo metódami. Poznámky (AUT): Živé časti musia byť za krytmi alebo prepážkami, ktoré zabezpečujú krytie aspoň IP2X alebo IPXX.B... AUT prostriedky - od IP 20 (rozvodňa, velín) do IP 64 (vonkajšia prevádzka) 16. 9. 2018 8
Automatizované technológie v prostrediach s nebezpečím výbuchu Bezpečnosť a ochrana zdravia v automatizovaných prevádzkach → smernice EÚ - ATEX 16. 9. 2018 9
PRS STN ISO 3511 – 1 až 4 16. 9. 2018 10
Automatizované technológie v prostrediach s nebezpečím výbuchu Bezpečnosť a ochrana zdravia v automatizovaných prevádzkach – smernice EÚ - ATEX, skriptá SaP! EÚ - prostredie s nebezpečenstvom výbuchu - smernice ATEX, aplikované spolu s harmonizovanými normami platnými v danej oblasti Hlavný cieľ smerníc ATEX - zabezpečiť voľný pohyb „ATEX“ výrobkov po území Európskej únie Po vstupe SR do EÚ – ATEX do slovenskej legislatívy nv. SR č. 393/2006 s platnosťou od 1.7.2006 a zrušilo nv. č. 493/2002 Z. z. „O minimálnych požiadavkách na zaistenie bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci vo výbušnom prostredí“ Skratka ATEX z francúzskych slov „ATmospheres EXplosive“ ATEX → dve smernice: - prvá smernica→bezpečnosť pracovníkov (ATEX 137 – smernica 1999/92/ES) - druhá smernica→bezpečnej prevádzky zariadení (ATEX 100 – smernica 94/9/ES) 16. 9. 2018 11
Automatizované technológie v prostrediach s nebezpečím výbuchu Priemyselné prevádzky – chemické, potravinárske, ale aj v prevádzkach automobilového priemyslu dochádza pri výrobe, transporte alebo skladovaní niektorých látok k úniku pár, plynov alebo zvírených prachov, ktoré v určitej koncentrácii so vzduchom tvoria výbušnú zmes. Výbušná atmosféra je definovaná v priestore, v ktorom sa vytvára zmes horľavých plynov, pár alebo prachu so vzduchom alebo iným okysličovadlom v takom zložení, že môže byť privedená k výbuchu zdrojom s dostatočnou energiou (iskra, teplý povrch). Nasadzovanie elektrických, tj. aj automatizačných prostriedkov do dvoch druhov prostredí (SR,ČR): bezpečných (BNV-bez nebezpečia výbuchu) a nebezpečných (SNV-s nebezpečím výbuchu). Preto sú dôležité informácie o základných zásadách prevádzky automatizovaných technológií v prostrediach s nebezpečím výbuchu. 16. 9. 2018 12
Automatizované technológie v prostrediach s nebezpečím výbuchu Bezpečnosť a ochrana zdravia v automatizovaných prevádzkach – smernice EÚ ATEX Príklady prostredí s nebezpečím výbuchu vo výrobe: pneumatická doprava prípadne korčeková doprava organických látok (múka, kakao, cukor, slad, uholný prach), práškové lakovacie kabíny, kabíny s organickými rozpúšťadlami, odsávacie a filtračné zariadenia, skladovacie zariadenia sypkých hmôt (silá, zásobníky), drevospracujúci priemysel, chemický a farmaceutický priemysel, mlyny obilnín, organické farby, uhlie atď., sušiarne, a ďalšie. 16. 9. 2018 13
ATEX 137– n.v. SR č. 393/2006 Zamestnávatelia v EÚ, cez Európske právo, tj. ATEX 137, musia podľa platnej legislatívy zabezpečiť rovnakú minimálnu úroveň bezpečnosti pre svojich pracovníkov pracujúcich v potenciálne výbušnom prostredí n.v. – nariadenie vlády
Klasifikácia priestorov VP do zón Ak sa môže vyskytovať výbušná atmosféra v priestore - treba ho považovať za priestor s nebezpečím výbuchu Charakteristika Plyny a pary Prach výbušná atmosféra je prítomna trvale alebo po dlhú dobu zóna 0 zóna 20 vznik výbušnej atmosféry je pravdepodobný zóna 1 zóna 21 vznik výbušnej atmosféry nie je pravdepodobný zóna 2 zóna 22 Smernica ATEX 137 ukladá, že všetky produkty (zariadenia, aj RS) určené pre priestory klasifikované ako priestory s nebezpečím výbuchu musia spĺňať požiadavky smernice 94/9/EC, tj. ATEX 100. Táto smernica kategorizuje vybavenie zariadení podľa stupňa ochrany (ohrozenia) – tj. podľa typu zóny.
ATEX 100 - 94/9/EC – MZV SR č. 230/2003 Z.z. Požiadavky, ktoré musí zabezpečiť výrobca zariadenia (do Ex) podľa ATEX 100: stanoviť vzhľadom k plánovanému použitiu skupinu a kategóriu zariadenia, bane - skupina zariadení I, priemysel skupina zariadení II: tri kategórie 1,2,3 alebo 0,1,2 klasif. priestorov splniť technické požiadavky sťahujúce sa na daný výrobok, napr. pre IS alebo pevný uzáver, druh ochrany odpovedajúcim spôsobom preukázať zhodu výrobku („ES“ prehlásenie o zhode, daného výrobku s platnými zákonnými požiadavkami v EÚ) správne označiť zariadenie !!!! dodať so zariadením odpovedajúcu dokumentáciu.
ATEX 100 - 94/9/EC – MZV SR č. 230/2003 Z.z. Priemysel, skupina zariadení II Zariadenia kategórie 1 - primárne určené pre zónu 0/20 (možnom ho použiť aj v zóne 1/21 a 2/22), Zariadenia kategórie 2 - primárne určene pre zónu 1/21 (možnom ho použiť aj v zóne 2/22), Zariadenia kategórie 3 - určené len do zóny 2/22. Ďalšie konkrétne požiadavky je potrebné naplniť podľa príslušných noriem (prevádzka, konštrukcia,...) pre návrh a konštrukciu daného zariadenia. Zodpovedajúca (povinná) dokumentácia zariadenia podľa ATEX 100 „ES“ prehlásenie o zhode, akreditovaná skúšobňa, notifikovaná osoba EU, autorizovaná osoba SR technické podmienky použitia, návod na obsluhu.
ATEX 100 - 94/9/EC – MZV SR č. 230/2003 Z.z. Označenie CE Poznámky Od 1. januára 2003 - (nový prístup v EÚ, tj. harmonizácia noriem v EÚ) označovanie CE je povinné a je neoddeliteľnou súčasťou označovania výrobku pri jeho uvedení na trh ES, ak to nie je príslušnou direktívou stanovené inak. Označovanie CE symbolizuje zhodu výrobku s príslušnými požiadavkami Spoločenstva kladenými na výrobcu. Označenie CE je potvrdením toho, že výrobok spĺňa všetky požiadavky smerníc ES, ktoré sa na tento výrobok vzťahujú. Ak má produkt potvrdenú zhodu so základnými požiadavkami smerníc EÚ, výrobok sa môže označiť značkou CE. CE nie je značka kvality (znamená „Conformité Européenne“ alebo Communitee Européen). V prípade, že sa procesu posudzovania zhody zúčastňuje aj notifikovaný orgán je výrobca povinný pripojiť k označeniu CE aj identifikačné číslo tohto notifikovaného orgánu.
VVUÚ, Ostrava-Radvanice, Pikartská 1337/7, vvuu@vvuu.cz Notifikovaný orgán v ČR, v SR nie je NO na túto oblasť VVUÚ, Ostrava-Radvanice, Pikartská 1337/7, vvuu@vvuu.cz VVUÚ, a.s., poskytuje služby jako notifikovaná osoba č. 1019, tj. posuzování shody s evropskými směrnicemi (nařízeními vlády) s vydáním ES certifikátů. VVUÚ, a.s., je notifikovanou osobou pro strojní směrnici, směrnici pro osobní ochranné prostředky a směrnici pro výbušniny pro civilní použití. DOKUMENTACE O OCHRANĚ PŘED VÝBUCHEM (DOPV) Právní dokument ČR je nařízení vlády ČR č. 406/2004 Sb. o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu, s účinností od 1. září 2004, které vychází ze Směrnice Evropského parlamentu a Rady 1999/92/ES (ATEX 137) o minimálních požadavcích na zlepšení bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců vystavených prostředí s nebezpečím výbuchu. V souladu s požadavky uvedených právních předpisů se provádí analýza rizik, t.j. hodnocení úrovně protivýbuchové bezpečnosti jak komplexů výrobních technologií, tak i jednotlivých provozů či linek, hodnocení nevýrobních prostorů, posuzuje se bezpečnost činností, prováděných v prostorech s nebezpečím výbuchu. Výstupem uvedených hodnocení a posuzování je zmíněným nařízením vlády požadovaný písemný doklad - Dokumentace o ochraně před výbuchem (DOPV) dle NV 406/2004 Sb. ODBORNÉ A ZNALECKÉ POSUDKY Odborné a znalecké posudky hodnotí konkrétní bezpečnostní problémy zpravidla s požadavkem rychlého vyhodnocení. Jsou zpracovávány jak pro oblast prevence, tak experty a soudními znalci v případech mimořádných událostí. PROTOKOLY O URČENÍ VNĚJŠÍCH VLIVŮ Protokoly o určení vnějších vlivů obsahují vyhodnocení vnějších vlivů, nebezpečí hodnoceného prostoru z hlediska elektrického úrazu a vyhodnocení rozsahu a typu prostorů s nebezpečím výbuchu, čímž představují jeden z výchozích podkladů pro vypracování analýzy stavu protivýbuchové prevence dle NV č. 406/2004 Sb. /
Označovanie zariadení podľa smerníc ATEX G - gas D – dust EC -European Commission PTB - Physikalisch-Technische Bundesanstalt – Deutschland, http://www.ptb.de/index_en.html CESI - Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano, http://www.cesi.it/ KEMA - Testing and certification, Arnhem, Netherlands, http://www.kema.com/
Označovanie zariadení podľa smerníc ATEX
Označovanie zariadení podľa smerníc ATEX Značka Ex Použitie v nebezpečných priestoroch: Zariadenie, ktoré je certifikované podľa predpisov ATEX je pre svoj účel použitia riadne označené. Na prvom mieste je skupina, potom kategória v rámci skupiny a nakoniec informácia o atmosfére (plyn alebo zápalný prach) Klasifikácia zón: Číslo zóny vyjadruje pravdepodobnosť vzniku nebezpečia vo výbušných koncentráciách. Rozdelenie priestorov nebezpečných z dôvodu výbušného plynu, výparov alebo atmosféry je na Zónu 0, 1 a 2, rozdelenie priestorov s horľavým prachom je na Zónu 20, 21 a 22 podľa nasledovnej tabuľky: Zóna Definícia Index 20 výbušná atmosféra je prítomná stále > 1 000 hod/a 1 21 prítomnosť výbušnej atmosféry je pravdepodobná pri zvyčajnom prevádzkovom stave medzi 10 a 1000 hod/a 2 22 prítomnosť výbušnej atmosféry je zriedkavá a časovo obmedzená < 10 hod/a
Označovanie zariadení podľa smerníc ATEX Ochrana proti výbuchu podľa CENELEC noriem EN 50 Skriptá SaP Iskrová bezpečnosť: Ak je elektrické zariadenie prevádzkované takým napätím a prúdom, že nemôže generovať iniciačnú iskru ani pri prevádzke ani pri vlastnej poruche, takéto zariadenie je iskrovo bezpečné Kategória "ia" Táto kategória predstavuje najvyššie požiadavky na iskrovú bezpečnosť zariadenia; takéto zariadenie je možné používať vo všetkých zónach, vrátane zóny 0. Prístroje kategórie "ia" nesmú zapríčiniť pri normálnej prevádzke vznietenie výbušnej zmesi, a to ani pri jednej poruche a ani pri kombinácii dvoch porúch Kategória "ib" Prístroje kategórie "ib" nesmú zapríčiniť pri normálnej prevádzke vznietenie výbušnej zmesi a ani pri jednej svojej poruche
Označovanie zariadení podľa smerníc ATEX Iskrová bezpečnosť Iskrová bezpečnosť (skrátene IS - Intrinsic Safety – vlastná, vnútorná bezpečnosť) sa často používaná pre svoju vysokú účinnosť, jednoduchosť a pomerne nízku cenu. Založená je na princípe obmedzenia elektrickej energie (do 1W) v obvodoch nachádzajúcich sa v nebezpečnom prostredí, takže prípadné iskry alebo horúce povrchy, ktoré by sa mohli vyskytnúť v dôsledku normálnej prevádzky alebo poruchy, sú príliš energeticky slabé, na to aby spôsobili vznietenie. Použiteľný užitočný výkon v týchto systémoch býva dostatočný pre spoľahlivú činnosť väčšiny moderných prístrojov a zariadení najmä v oblasti procesného merania. Táto technika sa však nedá použiť pre výkonové zariadenia, napr. pre mnohé akčné členy.
Technika IS v riadiacich systémoch Výhody IS vhodnosť pre všetky zóny nebezpečných prostredí, neznižovanie stupňa ochrany pri poruche zariadenia, zníženie nákladov na inštaláciu, údržbu a opravu, a tiež to, že kalibráciu zariadenia je možné uskutočniť bez prerušenia prevádzky (pod napätím), dve podmienky: obmedzený príkon do 1 W, zariadenia podľa ATEX 100 Bloková schéma štruktúry zapojenia prvkov riadiaceho systému s technológiou v nebezpečnom prostredí. Tx - snímač teploty, I/P - systémový prevodník (4 až 20)mA/(20 až 100) kPa, displej. 16. 9. 2018 25
Označovanie zariadení podľa smerníc ATEX Označenie podľa CENELEC Skupiny plynov: Európske normy rozlišujú dve skupiny zariadení: Skupina I: elektrické zariadenia pre banské činnosti Skupina II: elektrické zariadenia pre ostatné výbušné prostredia Elektrické zariadenia v II. skupine môžu byť ďalej rozdelené na tri podskupiny IIA, IIB, IIC podľa nasledovnej tabuľky: Označenie podľa CENELEC Typy plynov Zápalná energia [J] I metán 280 IIA alkány (propán) > 180 IIB etylén, cyklopropán 60 ... 80 IIC vodík, acetylén < 60
Označovanie zariadení podľa smerníc ATEX Teplotné triedy: Zmes plynov alebo pár sa môže vznietiť keď príde do bezprostredného kontaktu s nadmerne horúcim predmetom. Povrchová pracovná teplota zariadenia má preto kritickú dôležitosť. Zariadenia sú do teplotných tried zaradené nasledovným spôsobom: Max. teplota povrchu T1 T2 T3 T4 T5 T6 450°C 300°C 200°C 135°C 100°C 85°C 16. 9. 2018 27
Označovanie zariadení podľa smerníc ATEX gas, dust PTB - Physikalisch-Technische Bundesanstalt – Deutschland, http://www.ptb.de/index_en.html CESI - Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano, http://www.cesi.it/ KEMA - Testing and certification, Arnhem, Netherlands, http://www.kema.com/
Príklad GSM mobilný telefón Ex-Handy 04 Spojením najnovších telekomunikačných a I.S. technológií poskytuje tento mobilný telefón permanentné spojenie a dátovú komunikáciu, čím sa stáva nepostrádateľným pre bezpečnú a efektívnu prácu v nebezpečných priestoroch. siete GSM 900/1800/1900 prevádzková teplota 0 až 40°C rozmery 129x47x31mm hmotnosť 140g Certifikácia: II 2G EEx ib IIC T4 EC-Certificate of Conformity: ZELM 02 ATEX 0107 Snímače a prevodníky - IPS 16. 9. 2018 29
Označovanie zariadení podľa smerníc ATEX
Ochranné techniky v prostrediach SNV Primárna ochrana zahrňuje: obmedzenie prípadných (možných) explózií na priestory tlakovo odolné, ochranu proti vzniku výbušných atmosfér, napr. odvetrávanie, ochranu proti uvoľneniu väčšieho množstva horľavých produktov, napr. RS. Sekundárna ochrana – metódy používané v prostredí s nebezpečím výbuchu podľa normy CENELEC EN 50 014, tj. Explosion proof – Ex (nevýbušné prevedenie), podrobnejšie skriptá SaP. Skupina A. Princíp spočíva v zabránení prístupu výbušnej zmesi k častiam, ktoré by ju mohli aktivovať, príklad→Pretlakový uzáver, vhodný pre zóny 1,2. Skupina B. Ochrana nebráni prístupu výbušnej zmesi k častiam, ktoré by ju mohli zapáliť, ale znemožňuje rozšírenie prípadného výbuchu do okolia, príklad→Tlakový uzáver, vhodný pre zóny 1,2. „d“ Skupina C. Zariadenie je konštruované tak, aby nemohlo dôjsť k elektrickým výbojom a teplým povrchom schopným zapáliť výbušnú zmes, príklad→Iskrová bezpečnosť (skratka “i“)
Technika IS v riadiacich systémoch Výhody IS vhodnosť pre všetky zóny nebezpečných prostredí, neznižovanie stupňa ochrany pri poruche zariadenia, zníženie nákladov na inštaláciu, údržbu a opravu, a tiež to, že kalibráciu zariadenia je možné uskutočniť bez prerušenia prevádzky (pod napätím), dve podmienky: obmedzený príkon do 1 W, zariadenia podľa ATEX 100 Bloková schéma štruktúry zapojenia prvkov riadiaceho systému s technológiou v nebezpečnom prostredí. Tx - snímač teploty, I/P - systémový prevodník (4 až 20)mA/(20 až 100) kPa, displej. 16. 9. 2018 32
Technika IS v riadiacich systémoch Zapojenie jednoduchej Zenerovej bariéry Tri stupne ochrany: ZD, obmedzujúce odpory, priepalná poistka Pripojenie snímača teploty Pt 100 cez Zenerovú bariéru Voltampérová charakteristika Zenerovej diódy Tenzometre 16. 9. 2018 33
Technika IS v riadiacich systémoch Principiálna schéma galvanických oddeľovacích IS prevodníkov, napr. snímač, MČ (4 až 20 mA) Iskrovo bezpečný výstup na akčný člen, tj. I/P prevodník Výkon AČ! 16. 9. 2018 34
Smernice EÚ - ATEX Literatúra Iná lit. Odborné periodiká AT&P Journal, Bratislava [SK], http://www.atpjournal.sk ATOMA, Praha [CZ], http://www.automa.cz Automatizace, Praha [CZ], http://www.automatizace.cz/ Automatisierungspraxis, München [D] Automatizace, Praha [CZ] Regelungstechnische Praxis, München [D] Iná lit. Šturcel, J.: Snímače a prevodníky. STU Bratislava, 2002, ISBN 80-227-1712-6 Šturcel, J.: Prvky riadiacich systémov, časť Meranie neelektrických veličín. STU Bratislava 2004, ISBN 80-227-2120-4, (apríl 2005 - priložené CD, rozširujúce materiály) Katalógy firiem Emerson, Endress+Hauser, Honeywell, Foxboro, Siemens
Súčasný stav AUT a bezpečnosť SR Rozľahlosť automatizovaných, ale aj automatizačných zariadení → zvýšenie komplexnosti výrobných procesov pri zložitejších prevádzkových podmienkach Verejný záujem o spôsob a bezpečnosť prevádzkovania takýchto systémov, napr. jadrová energetika Odrazom tejto skutočnosti sú moderné automaticky riadené technológie s množstvom bezpečnostne-technických a ekologicky orientovaných úloh, tj. spôsobov projektovania RS + VP (RiS), napr.: -prevádzková bezpečnosť, funkčná bezpečnosť →STN EN 61508-1 až 7, -iskrová bezpečnosť, smernice EÚ→ATEX, -vhodné IP krytie v AT, -EMC → prepäťové ochrany AP, - iné. 16. 9. 2018 36
Súčasný stav AUT a bezpečnosť SR Minulé a súčasné metódy na zabezpečenie bezpečného fungovania zariadení: • predimenzovanie konštrukcie, • používanie overených spoľahlivých riešení, • metóda pokus - omyl, • zapracovávanie bezpečnostných prvkov do riadenia, I. • inštalácia bezpečnostných systémov, II. funkčná bezpečnosť riadiacich systémov bezpečnostne kritických systémov, III. Bezpečnostné funkcie sa realizovali na základe všeobecne uznávanej praxe, vlastných skúseností, podľa zavedenej firemnej praxe, prípadne podľa noriem, ak boli pre dané zariadenie takéto normy prijaté. Zariadenia používané na plnenie bezpečných funkcií mali často bežné vybavenie bez uvedenia parametrov spoľahlivosti jednotlivých prvkov alebo bezpečnostného zariadenia ako celku. Dnes nám návod na zabezpečenie bezpečnosti dáva platná legislatíva, najmä uplatňovanie technických noriem.
SPĽAHLIVOSŤ- BEZPEČNOSŤ Bezpečnosť RS a (RiS) (technológia, výrobný proces) Bezpečnostné systémy strojov, výrobných zariadení a automatizovaných technológií – tri skupiny: bezpečnostné prvky systémov: bezpečnostné snímače, spínače, relé a pohony, atď., I. – OP2 Kováč, internet!!! , článok 1bezpecnost-strojov-2006-42-EC.pdf bezpečnostný systém (software, hardware) úplne oddelený a nezávislý od riadiaceho systému (súčasné realizácie), II. – OP2 Kováč, napr. Slovnaft! bezpečnosť TZ (EZ, RS, VP) moderný prístup – neexistencia neprípustných rizík ohrozenia zdravia, vzniku škody a poškodenia životného prostredia. Pohotovosť (bezporuchovosť a opraviteľnosť) a bezpečnosť TZ úzko súvisia, bezpečnostná funkcia – hodnotenie rizík a miera prijatia rizík implikuje stanovenie úrovne integrity bezpečnosti (Safety Integrity Level SIL 1- 4), III. – OP2 Kováč, nové trendy!!! 16. 9. 2018 38
Bezpečnosť, hlavné myšlienky Bezpečnosť (Safety, nie Security) je atribút systému, ktorý vyjadruje mieru, do akej sa môže používateľ spoľahnúť, že systém funguje tak, ako fungovať má, že je v daných podmienkach a v danom časom úseku použiteľný a že je bezpečný. /STN EN 61508/ Bezpečný systém nemá nepriateľné úrovne rizika: úmrtia alebo zranenia osôb, poškodenia majetku alebo životného prostredia. Bezpečný systém realizuje bezpečnostné funkcie – funkcie systému na redukciu rizík systému na prijateľnú úroveň (software a hardware).
Bezpečnosť, hlavné myšlienky V minulosti bola zodpovednosť na strane dodávateľa systému V súčasnosti sa problém bezpečnosti E/E/PES chápe ako problém všetkých zúčastnených v životnom cykle systému Elektrický/elektronický/programovatelný elektronický systém (Electrical/Electronic/Programable Electronic System – E/E/PE systém, E/E/PES) K riadiacim funkciám pribúdajú do systému funkcie bezpečnostné Životný cyklus bezpečnostných systémov, ako aj požiadavky na bezpečnosť a systematický prístup k zabezpečeniu funkčnej bezpečnosti systému stanovujú hlavne normy STN EN 61508 a STN EN 61511, článok PRSbez11norma1
Základné pojmy, STN EN 61508 a STN EN 61511 EUC (Equipment Under Control ), (RiS) – zariadenie, stroj alebo prístroj použitý na spojité i nespojité výrobné, dopravné alebo iné činnosti Systém riadenia EUC, (RS) - systém reagujúci na signály z procesu alebo od operátora a vytvárajúci výstupné signály spôsobujúce, že EUC pracuje požadovaným spôsobom Riziko (risk) - pravdepodobnosť výskytu poruchy násobená závažnosťou tejto poruchy Funkčná bezpečnosť (functional safety) časť celkovej bezpečnosti týkajúca sa EUC a systému riadenia EUC závislá na správnom fungovaní E/E/PE systémov z hľadiska bezpečnosti, ale aj na systémoch súvisejúcich s bezpečnosťou založených na iných technických princípoch a vonkajších prostriedkoch pre zníženie rizika, (tri zložky).
Kritický systém Kritický systém je taký systém, ktorý v prípade vlastnej poruchy alebo poruchy riadenia môže spôsobiť aspoň jedno z nasledovného: - úmrtie, zranenie alebo onemocnenie osôb, - vážne škody na životnom prostredí, - významné straty alebo škody na majetku, - nesplnenie dôležitého poslania, - závažné hospodárske škody. Na kritický systém sú kladené požiadavky na bezpečnosť
Riziká Riziko (risk)- pravdepodobnosť výskytu poruchy násobená závažnosťou tejto poruchy Riziko EUC - riziko plynúce z EUC alebo jeho interakcie so systémom riadenia EUC Prípustné (prijateľné) riziko (tolerable risk) riziko, ktoré je prijateľné v daných súvislostiach založených na bežných hodnotách spoločnosti Zostatkové riziko (rezidual risk) riziko zostávajúce po prijatí ochranných opatrení
Riziká
Bezpečnosť Systémov riadenia (SR) (E/E/PES, VP) Základné normy pre funkčnú bezpečnosť: • STN EN 61508 Funkčná bezpečnosť elektrických/elektronických/ programovateľných elektronických bezpečnostných systémov (Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic systems), všeobecná norma funkčnej bezpečnosti, ktorá sa opiera o dve základné koncepcie - životný cyklus bezpečnosti a úroveň integrity bezpečnosti (SIL). • Na základe tejto kmeňovej normy vznikla norma STN EN 61511 Funkčná bezpečnosť. Bezpečnostné prístrojové systémy pre oblasť priemyselných procesov.(Functional safety – Safety instrumented systems for the process industry sector). • Pre bezpečnostné zariadenia založené na neelektrických princípoch je určená norma STN EN ISO 13849-1 Bezpečnosť strojov. Bezpečnostné časti riadiacich systémov, všeobecné zásady pre konštrukciu. • STN EN 62061 Bezpečnosť strojov – Funkčná bezpečnosť elektrických, elektronických a programovateľných elektronických bezpečnostných systémov. Výpočet SIL systému.
Fyzická podoba normy EN 61508 Norma STN EN 61508 - sedem častí. Prvé štyri - „normativne“, tj. povinné, ďalšie tri informatívne (poskytujú doplnkové informácie a návod, ako používať prvé štyri časti). Oblasť pôsobnosti normy - norma IEC 61508 sa obmedzuje na bezpečnostné prvky závislé na hardware a software E/E/PE systémov, jej zásady sú všeobecné a tvoria základ bezpečnosti aj iných systémov. Zdôvodnenie normy - norma IEC 61508 vychádza z modelu na obr. Východziu pozíciu predstavuje riadené zariadenie (EUC, technológia), ktoré spolu so svojim riadiacim systémom vytvára určité hodnoty (napr. vyrába elektrinu, ovláda železničnú signalizaciu), no súčasne je zdrojom nebezpečia pre svoje okolie. Model (jeho všeobecnosť) vychádza z oblasti spojitých priemyselných procesov, nemusí vyhovovať pri posudzovaní bezpečnosti iných moderných systémov (napr. informačných, ako je napr. lekárska databanka). Aj keď norma na takúto oblasť neodkazuje, možno jej princípy použiť aj tu. 16. 9. 2018 48
Fyzická podoba normy EN 61508 Norma vyžaduje, aby každé riziko spojené s EUC alebo s jeho riadiacim systémom bolo identifikované, definované a ocenené vzhľadom k jeho prijateľnosti. Každé riziko, ktoré je ohodnotené ako neprijateľné, musí byť potlačené (obr.) Zmenšovanie rizika môže viesť ku zmene usporiadania EUC alebo jeho riadiaceho systému, a takto sa možno dostať až do bodu, keď ďalšie zmeny sú už neekonomické, alebo už nie je možné stanoviť riziko. Pokiaľ sa zbytkové riziko javí stále ako neprijatelné, vytvoria sa v riadiacom systéme bezpečnostné funkcie alebo zariadenie sa doplní jedným alebo niekoľkými ochrannými zariadeniami (predchádzajúci obr). Principiálne sa doporučuje oddeliť ochranný systém od riadiaceho systému. . Z obr. je vidno, že zmenšenie rizika, ktoré treba dosiahnuť, sa rovná rozdielu medzi rizikom, ktorého zdrojom je EUC (so svojim riadiacim systémom), a rizikom, o ktorom sa možno domnievať, že je za určitých okolností prípustné. Zmenšenie rizika sa dosahuje prostredníctvom bezpečnostných funkcií, ktoré musia byť založené na poznaní rizika. Určená úroveň rizika je však vždy len približná a skutočné zmenšenie rizika býva väčšie ako nutné. 16. 9. 2018 49
Fyzická podoba normy Životný cyklus bezpečnosti Identifikovať a analyzovať všetky riziká spojené s EUC a jeho riadiacim systémom, 3 určiť pre každé identifikované riziko jeho prípustnú úroveň (prípustné riziko), 3 určiť pre každé neprípustné riziko jeho potrebné zmenšenie, stanoviť pre každé zmenšenie rizika požiadavky na bezpečnosť vrátane ich úrovne integrity bezpečnosti (SIL), 4 vytvoriť bezpečnostné funkcie nutné na splnenie bezpečnostných požiadaviek, 4 realizovať bezpečnostné funkcie, 5 schváliť bezpečnostné funkcie, certifikácia integrity bezpečnosti, validácia údržba a kontrola vyradenie z prevádzky 16. 9. 2018 50
Článok Normy pre tvorbu softveru riadiacich systémov Mudrončík, Gálik, Automa 4/2009 Funkčná bezpečnosť riadiacich systémov bezpečnostne kritických systémov patrí k základným požiadavkám prevádzkovania bezpečnostne kritických systémov, ako sú napr. dopravné systémy, nukleárna energetika, environmentálne nebezpečné chemické prevádzky alebo farmaceutické technológie. Tento príspevok uvádza stručnú charakteristiku relevantných štandardov a ich implementáciu v priemyselných bezpečnostne kritických procesoch. Kľúčové slová: softvér riadiacich systémov, funkčná bezpečnosť, riadiaci systém bezpečnostne kritického procesu. 16. 9. 2018 51
Firma TÜV SÜD Czech poskytuje podporu při přípravě posuzování komponentů nebo celých systému podle EN (IEC) 61508 a 61511, provádí inspekce a následnou certifikaci. Certifikace podle standardu funkční bezpečnosti je jedním ze stále častěji se objevujících požadavků směřující na dodavatele technologií, ať již se jedná o elektrárnu, zpracovatelský průmysl nebo divadlo. Normou IEC 61508 je poprvé požadováno kvantitativní doložení zbytkového rizika u kompletního zabezpečovacího zařízení, sestávajícího ze snímače, řídícího zařízení a akčního členu. Kromě vlastní certifikace TÜV SÜD Czech zajišťuje odborné semináře s tímto zaměřením, stejně jako posuzování shody výrobků a služby v oblasti technických inspekcí a systémů managementu,kde se prolínají požadavky ISO 9001 a EN 61508. 16. 9. 2018 52
Literatúra a odborné články UHER, J.: Úvod do funkční bezpečnosti II: použití normy ČSN EN 61508. Automa, 2004, roč. 10, č. 10, s. 50–53. UHER, J.: Úvod do funkční bezpečnosti I: norma ČSN EN 61508. Automa, 2004, roč. 10, č. 8-9, s. 66–81. VASS, J.: Aspekty funkčnej bezpečnosti II. Automa, 2004, roč. 10, č. 2, s. 49–51. VASS, J.: Aspekty funkčnej bezpečnosti. Automa, 2003, roč. 9, č. 2, s. 18–21. Spalek, J.,Kállay, F., Janota, A.,: Koncepcia eSAFETY v inteligentných dopravných systémoch, In: Horizonty dopravy, č. 2, 2003, s. 7-9. ISSN 1210-0978 STN EN 61508 (18 4020) Funkčná bezpečnosť elektrických/ elektronických/ programovatelných elektronických bezpečnostných systémov. SÚTN Bratislava, 2002 STN EN 61511 (18 0303) Funkčná bezpečnosť. Bezpečnostné riadiace systémy spojitých technologických procesov. SÚTN Bratislava, 2005 STN EN 62061 (35 2220) Bezpečnosť strojov. Funkčná bezpečnosť elektrických, elektronických a programovateľných elektronických bezpečnostných riadiacich systémov. SÚTN Bratislava, 2005 Pätoprstý, R.: Chybovo-tolerantné a bezpečnostné PLC systémy SIMATIC. ATP Journal Prvky riadiacich systémov - Úvod 16. 9. 2018 53
Príklad použitia normy STN EN 61508 článok Prssil2
Definícia problému Riadenie reaktoru na výrobu chemickej látky, v súlade s terminológiou normy ide o systém s prerušovanou prevádzkou (on-demand systems) Riadiaca slučka tlaku udržuje predpísaný tlak v reaktore Nebezpečie – zlyhanie regulácie tlaku a výbuch reaktora Riešenie 1 – bezpečnostná membrána sa pod vysokým tlakom pretrhne a vypustí obsah reaktora do ovzdušia Problém – znečistenie ovzdušia a strata väčšiny látky Riešenie 2– poistný ventil ústiaci do zbernej nádrže zabráni úniku do ovzdušia a strate látky (bezpečnostná funkcia!!!)
Úroveň SIL Prijateľná úroveň rizika je v danom prípade 10% pravdepodobnosť úniku obsahu nádrže do atmosféry raz za predpokladanú dobu života zariadenia, ktorá je 10 rokov, tj. 10% pravdepodobnosť zlyhania za 10 rokov odpovedá ≈ 1 zlyhanie za 100 rokov Norma EN 61508 toto označuje ako prípustné riziko, lebo v danom prípade nie je početnosť výskytu poruchy väčšia ako raz za 100 rokov alebo 1 milión hodín (za predpokladu, že rok má asi 10 000 hodín) Analýza RS spolu s VP ukázala poruchovosť 1x za rok, čiže v priebehu predpokladanej doby života SR môže systém zlyhať jedenkrát za rok, a tak riziko riadeného zariadenia (Equipment Under Control, EUC) + RS je teda jedna porucha za rok alebo za 10 000 hodín. Požadovaná stredná pravdepodobnosť poruchy pri vyžiadaní (požiadavka na činnosť bezpečnostnej funkcie) ochranného systému súvisiaceho s bezpečnosťou sa označuje PFDavg (average Probability of Failure on Demand) a je podielom rizika EUC (10 000 hodín, 10–4) a prípustným rizikom (1 milión hodín, 10–6) : v danom prípade platí PFDavg <= 1·10–6/10–4, tj. PFDavg <= 1·10–2
Režim nepravidelnej prevádzky Režim nepretržitej prevádzky Úroveň SIL Je teda potrebné použiť bezpečnostný ochranný systém a znížiť riziko (poruchovosť), požadovaná úroveň SIL je podľa tabuľky SIL 2 SIL Priemerná pravdepodobnosť nebezpečnej poruchy pri požiadaní o bezpečnostnú funkciu Režim nepravidelnej prevádzky Režim nepretržitej prevádzky 4 10–5 až 10–4 10–9 až 10–8 3 10–4 až 10–3 10–8 až 10–7 2 10–3 až 10–2 10–7 až 10–6 1 10–2 až 10–1 10–6 až 10–5
Navrhnutý bezpečnostný systém bezpečnostná funkcia
Bezpečnostný systém (bezpečnostná funkcia)
Analýza navrhnutého systému a konečné overenie Je potrebné analyzovať početnosti nezistených nebezpečných chýb (λDUi) ako aj intervaly overenia (kontroly) jednotlivých prvkov systému a v súvislosti so zapojením prvkov určiť PFDavgi pre jednotlivé prvky PFDavg celého systému sa získa sčítaním PFDavgi od jednotlivých prvkov a následne sa overí splnenie predpísanej normy SIL PFDavgi = ½ λDUi Tpi kde λDUi je početnosť nezistených nebezpečných chýb i-teho prvku systému a Tpi je interval overovania i-teho prvku systému
Analýza navrhnutého systému Je potrebné analyzovať početnosti nezistených nebezpečných chýb ako aj intervaly overenia (kontroly) jednotlivých prvkov systému a v súvislosti so zapojením prvkov určiť PFDavgi pre jednotlivé prvky Prevodník tlaku - s certifikátom SIL2 Oddeľovač napájania MTL4041B-SR - certifikát na použitie v obvodoch podľa SIL 2 Komparátory MTL4403 – kvalifikovaný odhad, splňuje požiadavky kategórie SIL 1 Systém ovládania poistného ventilu – počet zopnutí (výrobca) 1 · 105 až 1 · 107. Minimálne jeden výrobca dodáva iskrovo bezpečný ovládací ventil certifikovaný treťou stranou v kategórii SIL 4
Určenie PFDavgi pre jednotlivé prvky
Konečné overenie PFDavg celého systému sa získa sčítaním PFDavgi od jednotlivých prvkov a následne sa overí splnenie predpísanej normy SIL PFDavg = ∑ PFDavgi = 8,1 · 10–5 Táto hodnota PFDavg je rádovo lepšia ako požadovaných 10–2 a systém teda spĺňa úroveň integrity SIL 2. Pri danej hodnote PFDavg by sa mohol zaradiť do vyššej úrovne SIL, zapojenie systému to však znemožňuje, keďže poruchou ktoréhokoľvek prvku (okrem zdvojených komparátorov) sa stane systém nečinný. Ak navrhnutý systém predpísanú normu splní, je potrebné overiť jeho funkčnosť v praxi ako aj jeho prevádzkovú spoľahlivosť Ak aj v týchto skúškach systém obstojí, návrh je ukončený a zavedením systému do praxe znížime riziko EUC na prípustnú úroveň. Údržba a kontrola
Fyzická podoba normy Životný cyklus bezpečnosti Identifikovať a analyzovať všetky riziká spojené s EUC a jeho riadiacim systémom, 3 určiť pre každé identifikované riziko jeho prípustnú úroveň (prípustné riziko), 3 určiť pre každé neprípustné riziko jeho potrebné zmenšenie, stanoviť pre každé zmenšenie rizika požiadavky na bezpečnosť vrátane ich úrovne integrity bezpečnosti (SIL), 4 vytvoriť bezpečnostné funkcie nutné na splnenie bezpečnostných požiadaviek, 4 realizovať bezpečnostné funkcie, 5 schváliť bezpečnostné funkcie, certifikácia integrity bezpečnosti, validácia údržba a kontrola vyradenie z prevádzky 16. 9. 2018 64