制御システムの安全関連部 ISO 第 3 版概要第 4 版改正の動向第 3 版対応 JIS 改正の動向テュフラインランドジャパジャパン株式会株式会社製品部産業機器課杉田吉広

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かずきあみおか
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1 制御システムの安全関連部 ISO 第 3 版概要第 4 版改正の動向第 3 版対応 JIS 改正の動向テュフラインランドジャパジャパン株式会株式会社製品部産業機器課杉田吉広

2 目次 1. ISO とは? 1. 適用範囲 2. 関連規格 ( 引用規格 ) 2. ISO 概要 1. 適用例 3. 改正履歴 4. 第 4 版改正動向 5. 第 3 版対応 JIS 改正動向 2

3 ISO とは? 適用範囲ソフトウエアを含み制御システムの安全関連部 (SRP/CS) の設計及び統合のための原則に関する安全要求事項及び指針について規定 SRP/CS に対して安全機能を実行するために要求されるパフォーマンスレベルを含む特性について規定安全関連部が安全機能を遂行する能力をパフォーマンスレベル (PL) とし単位時間当たりの危険側故障発生確率 (Probability of a Dangerous Failure,PFH D ) で規定する高頻度作動要求又は連続モードに適用する単位時間当たりの危険側故障発生の平均確率 PL (PFH D ) 1/h a 10-5 PFH D <10-4 b PFH D <10-5 c 10-6 PFH D < d 10-7 PFH D <10-6 e 10-8 PFH D <10-7 序文より達成した PL の査定を容易にするために構造分類 ( カテゴリ B, 1, 2, 3, 4 の 5 分類 ) 適用される制御システムの安全関連部保護装置 ( 例 : 両手操作制御装置インタロック装置 ) 電気的検知保護装置 ( 例 : ライトカーテン ) 圧力検知装置制御ユニット ( 例 : 制御機能の論理ユニットデータ処理監視など ) 動力制御要素 ( 例 : リレーバルブなど ) あらゆる種類の機械類に適用単純な据付装置 ( 例 : 小さな調理用機械又は自動ドア及びゲート ) 製造用の据付装置 ( 例 : 包装機械印刷機械プレス機械 ) 3

4 ISO とは? 関連規格 ( 引用規格 ) ISO : Safety of machinery - Safety-related parts of control systems - Part 2: Validation 機械類の安全性制御システムの安全関連部 - 第 2 部 : 妥当性確認 ISO/TR 23849: Guidance on the application of ISO and IEC in the design of safety-related control systems for machinery 機械類の安全関連制御システムに ISO 及び IEC を適用する際のガイダンス ISO/TR : 2013, Safety of machinery - Relationship with ISO Part 2: How ISO relates to ISO 機械類の安全性 - ISO12100 との関係 - 第 2 部 ISO と ISO との関係 IEC A1+A2:2015: Safety of machinery - Functional safety of safety related electrical, electronic and programmable electronic control systems 機械類の安全性安全関連の電気電子プログラマブル電子制御システムの機能安全 IEC /-4: Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems - Part 3: Software requirements/part4:definitions and abbreviations 4

5 ISO 概要開始図 1 リスクアセスメントとリスク低減リスクアセスメントの結果リスク低減を安全機能をもつ安全防護物の使用により達成する場合安全機能を提供するために割り当てられる機械の制御システムの部分は, 制御システムの安全関連部 (SRP/CS) とし, ハードウェア及びソフトウェアで構成することができる機械類の制限の決定 (JIS B 9700 の 5.3 参照 ) 危険源の同定 ( 箇条 4 及びJIS B 9700の5.4 参照 ) リスクの見積り (JIS B 9700 の 5.5 参照 ) リスクの評価 (JIS B 9700 の 5.6 参照 ) リスクは適切に低減されたか? いいえ危険源に対するリスク低減プロセス 1 本質的安全設計方策による 2 安全防護物による 3 使用上の情報による (JIS B 9700の図 1 参照 ) はいはいこの反復的リスク低減プロセスは, 各使用条件 ( タスク ) 下で危険源の各々について, 個別に実施しなければならないいいえ終了 JIS B 9700 に従って実施したリスクアセスメント他の危険源は生じるか? 制御システムの安全関連部 (SRP/CS) の反復的プロセス ( 図 3 a) 参照 ) 注記この点線内の詳細を, 図 3 に示す選択した保護方策は制御システムによるか? はいいいえ 5

6 ISO 概要図 3- 制御システムの安全関連部 (SRP/CS) の設計のための反復的プロセス安全機能の同定要求特性の指定要求 PLrの決定安全関連部の特定 PLの見積もりカテゴリ MTTF D DC CCF システマティック故障ソフトウエア ( 使用されていれば ) PLの検証 (PL PLr) 妥当性確認 6

7 ISO 概要図 4- 代表的な安全機能を処理するための制御システムの安全関連部の組合せに関するダイアグラム記号の説明 I: 入力 ( 例えば, リミットスイッチ, センサ,AOPD) L: 論理処理 O: 出力 ( 例えば, バルブ, 接触器, 電流変換器 ) 1: 開始事象 [ 例えば, 押しボタンの手動操作, ガードの開, 能動的光電保護装置 (AOPD) のビーム遮断 ] 2: 機械アクチュエータ ( 例えば, モータ, シリンダ ) 7

8 ISO 適用例例機械のインターロックガードの停止機能 I 入力 ( リミットスイッチ B1, B2) L 論理処理 ( 安全モジュール K1) O 出力 ( コンタクタ Q1, Q2) 安全機能 : インターロックガード開でモータ停止要求パフォーマンスレベル (PLr):e ハードウエア構成 : カテゴリ4 ISO/TR 章図 1 8

9 ISO 概要安全機能の仕様安全関連ブロック図に展開安全関連部仕様 ( 一部 ) 詳細設定は ISO/TR 参照サブシステム安全モジュール K1 リミットスイッチ B1 仕様 PFH D =2.31x10-9 (1/h) カテゴリ 4 PL=e B10d=1,000,000 回 IEC , Annex K 備考メーカー提供メーカー提供リミットスイッチ B2 B10d=500,000 回メーカー提供コンタクタ Q1, Q2 B10=1,000,000 回 IEC , Annex L メーカー提供安全側危険側故障は同率とし B10d=2,000,000 回とする 9

10 ISO 概要機械仕様機械仕様仕様備考 1 年間稼働日 365 日 ISO/TR 23849による 1 日の稼働時間 24 時間 ISO/TR 23849によるサイクルタイム 900s (15min) ISO/TR 23849による年間作動回数 Nop=35,040/ 年式 (C.2) 詳細仕様は ISO/TR 参照 10

ISO 13849-1 概要安全関連部評価安全関連部評価備考 1 MTTF D, B1 285 年式 (C.

1) 1/MTTF D, ch2 1/114 年 MTTF D 154 年式 (D.2) 各チャンネルの MTTF D が異なるため DC, B1/B2 99% 表 E.

11 ISO 概要安全関連部評価安全関連部評価備考 1 MTTF D, B1 285 年式 (C.7) MTTF D, B2 143 年 MTTF D, Q1/Q2 571 年 1/MTTF D, ch1 1/190 年式 (D.1) 1/MTTF D, ch2 1/114 年 MTTF D 154 年式 (D.2) 各チャンネルの MTTF D が異なるため DC, B1/B2 99% 表 E.1: K1 によるプラウザビリティ ( 確かさ ) 監視 DC, Q1/Q2 99% 表 E.1: K1 による始動時の監視 DCavg 99%= 高式 (E.1) CCF 70 表 F.1: 分離 / 隔離 (15) 十分吟味されたコンポーネントの使用 (5) 過電圧等に対する保護(15) 環境面 (25+10) Mission time ( 使命時間 ) 20 年項 11

12 ISO 概要 B1/B2/Q1/Q2) の PFH D : 表 K.1 カテゴリ 4 DCavg = 高 :PFH D = 1.61x10-8 PL = e 安全モジュール K1のPFH D を加えた安全関連部全体のPFH D :2.31x x10-8 =1.84x10-8 => PL=e に相当危険側故障の平均確率 (1/h) 及び対応のパフォーマンスレベル PL 各チャネルの MTTF D 年カテゴリB DC avg = なし PL カテゴリ1 DC avg = なし PL カテゴリ2 DC avg = 低 PL カテゴリ2 DC avg = 中 PL カテゴリ3 DC avg = 低 PL カテゴリ3 DC avg = 中 PL カテゴリ4 DC avg = 高 PL b c d d d e c c d d d e c c d d d e c c d d d e c c d d d e c c d d d e c d d d e e c d d d e e c d d d e e c d d d e e c d d d e e c d d d e e e 120 2, e 130 1, e 150 1, e 注 :ISO/TR 23849:2010 発行時は表 K.1 のカテゴリ 4 の MTTF D は 100 年に制限されていたのでこの PFH D は TR と異なる 12

13 改正履歴 1999 年 11 月第 1 版発行 2006 年 11 月第 2 版発行 2009 年 9 月正誤表 (Corrigenda) 発行 2011 年 4 月追補発行を決定 2011 年 11 月第 9 回 WGより ISO 追補に対するコメント審議開始 2012 年 1 月追補 1を発行するNWIP+CDが発行 10 月に承認 2013 年 1 月第 12 回 WGでCDに対するコメント審議終了 DIS 発行手続き 2014 年 3 月第 16 回 WGでDISに対するコメント審議終了 FDIS 発行手続き 2014 年 9 月追補のFDIS(ISO FDAM1) 発行 2015 年 10 月 ISO/TC199 年次大会でISO/IEC17305の開発中止が決定及びISO の更なる改定又は追補の発行を決定 2015 年 12 月第 3 版発行 ( 第 2 版に追補 1を統合 ) 2016 年 1 月より改定に向けて作業開始 (WDの作成) 2018 年 6 月 CD 発行 2018 年 10 月 CDに対するコメント審議開始 2019 年以降 DIS FDIS 発行予定 2020 年以降 IS 発行予定 13

14 第 4 版改正動向改正作業開始から WD1 発行まで期間 :2016 年 1 月年 2 月 WGミーティング回数 :10 回 2017 年 2 月 WD1 発行全体構成の見直し ISO/IEC 開発時の文書の使用ソフトウエア詳細要求 Validationの詳細要求 2016 年 8 月第 21 回 WG ミーティング 14

15 第 4 版改正動向改正作業開始からWD1 発行まで 2015 年版構成 4 Design considerations 4.1 Safety objectives in design 4.2 Strategy for risk reduction 4.3 Determination of required performance level (PLr) 4.4 Design of SRP/CS 4.5 Evaluation of the achieved performance level PL and relationship with SIL 4.6 Software safety requirements 4.7 Verification that achieved PL meets PLr 4.8 Ergonomic aspects of design 5 Safety functions 5.1 Specification of safety functions 5.2 Details of safety functions 6 Categories and their relation to MTTFD of each channel, DCavg and CCF 6.1 General 6.2 Specifications of categories 6.3 Combination of SRP/CS to achieve overall PL WD 開発時案 4 Overview [New] Flowchart Figure 3 [updated to new organization] Risk assessment of the machine [ISO 12100] [4.1 & Figure 1] [4.2] Risk reduction using a SRP/CS [Bridge document ISO ] 5 Safety functions [5.1] 5.1 General 5.2 General description of the safety function Annex of detailed safety functions [5.2] 6 Design considerations Determination of required performance level (PLr) [4.3] Design of SRP/CS [4.4] Parameters (Evaluation of the achieved performance level )[4.5] 15

16 第 4 版改正動向改正作業開始から WD1 発行まで 2015 年版構成 7 Fault consideration, fault exclusion 8 Validation WD 開発時案 7 Software safety requirements [4.6] 7.1 General 7.2 Software safety requirements 7.3 Software safety requirements specification 7.4 Requirements for software architecture 7.5 Application software design and development 7.6 Software testing 8 Verification that achieved PL meets PLr [4.7] 9 Validation [9] 9.1 Validation principles 9.2 Validation by checking 9.3 Validation by testing 9.4 Validation of the SRP/CS 16

17 第 4 版改正動向改正作業開始から WD1 発行まで 2015 年版構成 9 Maintenance 10 Technical documentation 11 Information for use Annexes WD 開発時案 10 Maintenance [10] 11 Technical documentation [11] 12 Information for use [12] Annexes 17

18 第 4 版改正動向 WD1 発行から CD 発行まで期間 :2017 年 6 月年 5 月 2017 年 12 月 WD2 発行 WGミーティング回数 :5 回 WD1に対するコメント数 :469 WD2に対するコメント数 :567 CD 発行 :2018 年 6 月 2017 年 9 月第 26 回 WG ミーティング 18

19 第 4 版改正動向 WD1 発行から CD 発行まで WD1 発行時構成 4 Overview 4.1 General approach 4.2 Contribution to the risk reduction by the control system 4.3 Risk reduction using a SRP/CS 4.4 Principle methodology 4.5 Required Information 4.6 Application level 5 Specification of safety functions 5.1 General 5.2 General description of the safety function 5.3 Detailed description of the safety function 5.4 Specification review CD 構成 4 Overview 4.1 Requirements for risk assessment and risk reductions 4.2 Contribution to the risk reduction by the control system 4.3 Risk reduction using a SRP/CS 4.4 Principle methodology 4.5 Required Information 4.6 Application level 5 Specification of safety functions 5.1 General 5.2 Safety requirements specification (SRS) 5.3 Additional requirements for safety functions 5.4 Determination of required performance level (PLr) for each safety function 5.5 Review of the safety requirement specification 19

20 第 4 版改正動向 WD1 発行から CD 発行まで 20

21 第 4 版改正動向 WD1 発行から CD 発行まで ISO :

22 第 4 版改正動向 WD1 発行から CD 発行まで WD1 発行時構成 6 Design considerations 6.1 Determination of required performance level (PLr) for each safety function 6.2 Design of SRP/CS 6.3 Evaluation of the achieved performance level PL and relationship with SIL 6.4 Combination of SRP/CS to achieve overall PL 7 Software safety requirements 7.1 General 7.2 Safety-related embedded software (SRESW) 7.3 Safety-related application software (SRASW) 7.4 Software-based parameterization CD 構成 6 Design considerations 6.1 Design of SRP/CS 6.2 Evaluation of the achieved performance level PL and relationship with SIL 6.3 Combination of SRP/CS to achieve overall PL of the safety function 6.4 Software based manual parameterization 7 Software safety requirements 7.1 General 7.2 Software levels 7.3 Software Level A 7.4 Software Level B 7.5 Software Level C 22

23 第 4 版改正動向 WD1 発行から CD 発行まで 23

24 第 4 版改正動向 WD1 発行からCD 発行まで WD1 発行時構成 8 Verification that achieved PL meets PLr 9 Ergonomic aspects of design 10 Validation 10.1 Validation principles 10.2 Validation record 10.3 Validation by analysis 10.4 Validation by testing 10.5 Validation of safety requirements specification for safety functions 10.6 Validation of the safety function 10.7 Validation of the safety integrity of the SRP/CS 11 Maintenance 12 Technical documentation 13 Information for use CD 構成 8 Verification that achieved PL meets PLr 9 Ergonomic aspects of design 10 Validation 10.1 Validation principles 10.2 Validation record 10.3 Validation by analysis 10.4 Validation by testing 10.5 Validation of safety requirements specification for safety functions 10.6 Validation of the safety function 10.7 Validation of the safety integrity of the SRP/CS 11 Maintenance 12 Technical documentation 13 Information for use 13.1 General 13.2 Information for SRP/CS integrator 13.3 Information for end-user 24

25 第 4 版改正動向 WD1 発行からCD 発行まで WD1 発行時構成 Annex A (informative) Determination of required performance level (PLr) Annex B (informative) Block method and safety-related block diagram Annex C (informative) Calculating or evaluating MTTFD values for single components Annex D (informative) Simplified method for estimating MTTFD for each channel Annex E (informative) Estimates for diagnostic coverage (DC) for functions and modules Annex F (normative) Measures against common cause failures (CCF) Annex G (informative) Systematic failure Annex H (informative) Example of combination of several safety-related parts of the control system Annex I (informative) Examples Annex J (informative) Software Annex K (informative) Numerical representation of Figure 5 CD 構成 Annex A (informative) Determination of required performance level (PLr) Annex B (informative) Block method and safety-related block diagram Annex C (informative) Calculating or evaluating MTTFD values for single components Annex D (informative) Simplified method for estimating MTTFD for each channel Annex E (informative) Estimates for diagnostic coverage (DC) for functions and modules Annex F (normative) Measures against common cause failures (CCF) Annex G (informative) Systematic failure Annex H (informative) Example of combination of several subsystems Annex I (informative) Examples Annex J (informative) Software Annex K (informative) Numerical representation of Figure 12 Annex L (informative) EMC immunity requirements 25

26 第 4 版改正動向 WD1 発行から CD 発行まで Annex L EMC Immunity requirements (Informative) 26

27 第 4 版改正動向 CD 発行後期間 :2018 年 10 月作業開始 WGミーティング回数 : 第 30 回 10 月実施第 31 回 11 月実施予定第 32 回 12 月実施予定 CDに対するコメント数 :1,366 ( テクニカルなコメントは40-50% 程度 ) 日本からのコメント :32 DIS 発行 :2019 年予定 IS 発行 :2020 年?? コメント審議ポイントコメントは序文からAnnexまでほぼすべての章に改定中のIEC62061との関係整合化定義の見直し追加 Safety sub-system Well-tried component Verification Validation, 等々図 1 2 3の見直し (ISO 12100との関係 ) ソフトウエア要求事項 27

28 第 3 版対応 JIS 改正動向 JIS B 年 3 月国内 SWGでJIS 原案作成日本規格協会に提出 2018 年 7 月日本規格協会での修正終了審議待ち JIS 原案の表記 ISO :2015 で追加された部分以外は JIS B : 2011 (ISO : 2006) と変更なし関連規格のJIS 化 ISO のJIS 化 JIS B として既に最終草案作成済み日本規格協会での修正終了審議待ち表記用語等はJIS B : 2011と整合化 28

29 ご清聴ありがとうございましたお問い合わせテュフラインランドジャパン株式会社テクノロジーセンター杉田吉広横浜市都筑区北田電話 : Fax: Yoshihiro.sugita@tuv.com LEGAL DISCLAIMER This document remains the property of TÜV Rheinland. It is supplied in confidence solely for information purposes for the recipient. Neither this document nor any information or data contained therein may be used for any other purposes, or duplicated or disclosed in whole or in part, to any third party, without the prior written authorization by TÜV Rheinland. This document is not complete without a verbal explanation (presentation) of the content. TÜV Rheinland AG

Shaping the future. Together.

Shaping the future. Together. ISO 13849-1 機械類の安全性制御システムの安全関連部第 1 部 : 設計のための一般原則テュフラインランドジャパン株式会社製品部杉田吉広 1 概要 1. ISO 13849-1とは? 2. ISO 13849-1の改定履歴 3. ISO 13849-1の関連規格 4. ISO 13849-1の構成と変更章 5. ISO 13849-1の変更点 6. まとめ 2 ISO 13849-1

制御システムの安全関連部 ISO 第 3 版概要第 4 版改正の動向第 3 版対応 JIS 改正の動向 テュフラインランドジャパジャパン株式会株式会社製品部産業機器課杉田吉広

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