Bevor der TÜV kommt

Maschinensicherheit Wie geht der Konstrukteur mit den Kenngrößen um? Er wäre überfordert, wenn er beispielsweise die PFH einer komplexen Steuerung ermitteln sollte. Das ist die Aufgabe der Hersteller. Sie müssen die Größen, die man zur Berechnung der Sicherheitskette benötigt, angeben und dabei die Anforderungen der Normen berücksichtigen.

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Zwei Beispiele sind im Folgenden angegeben, die anhand einer einfachen Berechnung einer Sicherheitskette nach EN 62061/IEC 61508 und nach EN ISO 13849 das prinzipielle Vorgehen erläutern sollen.

EN 62061/IEC 61508: Der einzuhaltende PFH- oder PF_D-Wert bezieht sich immer auf die komplette Sicherheitsfunktion! Der Sicherheits-Integritätslevel (SIL) nach IEC 61508 ist definiert für die Betriebsart mit niedriger Anforderungsrate und für die Betriebsart mit hoher/kontinuierlicher Anforderung, der SIL nach EN 62061 ist nur für die Betriebsart hohe/kontinuierliche Anforderung bis zum Level 3 definiert.

Niedrige Anforderungsrate (PFD_avg): Eine niedrige Anforderungsrate ist gegeben, wenn die Anforderungsrate an das sicherheitsbezogene System nicht mehr als einmal pro Jahr erfolgt.

Hohe /kontinuierliche Anforderungsrate (PFH, PFH_D): Eine hohe bis kontinuierliche Anforderungsrate liegt vor, wenn die Anforderungsrate an das System mehr als einmal pro Jahr erfolgt.

Die Bestimmung der gefährlichen Versagenswahrscheinlichkeit geht von der gesamten Sicherheitskette aus. Durch Reihenschaltung der Sicherheitskomponenten addieren sich die Ausfallwahrscheinlichkeiten. Dies führt zu einer Erhöhung der Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Versagens der Sicherheitskette.

Die mittlere Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Fehlers der Sicherheitskette innerhalb einer Stunde ergibt sich zu:

PFH_D=PFH_{D_Sensor}+PFH_{D_Steuerung}+PFH_{D_Aktor}

Die Berechnung des gesamten PFD gestaltet sich etwas komplizierter. Nur wenn alle Komponenten das gleiche Pfoof Test Intervall (T1) besitzen, kann nach folgender Formel das gesamte PFD berechnet werden:

PFD_avg=PFD_{avg_Sensor}+PFD_{avg_Steuerung} + PFD_{avg_Aktor}

Ist dies nicht der Fall, müssen die PFD(t)-Werte addiert werden.

Über dem resultierenden PFD(t) wird dann anschließend der Mittelwert gebildet.

Beispiele von Sicherheitsketten

EN ISO 13849-1: Der Bestimmungsvorgang geht von einem Gesamtsystem (Sicherheitskette) mit einer Reihenschaltung von N Elementen, deren PL bereits bekannt ist, aus. Dieses System ist eine Kombination von verschiedenen sicherheitsrelevanten Teilen in einem Steuersystem (SRP/CS):

• Identifizierung der Komponente mit dem niedrigsten PL (PL_low)

• Bestimmung der Anzahl N_low der Teilsysteme mit PL = PL_low(mit PL_lowkleiner/gleich N)

• Ermittlung des resultierenden PL anhand der Tabelle.

Der PL des Gesamtsystems berechnet sich wie folgt:

• PL_low = c

• N_low = 1

Das Resultat entsprechend der Tabelle 1 ist PL = c

Alternativ zu dieser Vorgehensweise ist in dem Entwurfsvorschlag (Committee Draft) der neuen EN ISO 13849-1 auch die Möglichkeit zur Addition der PFH-Werte vorgesehen, wenn einzelne Sicherheitskomponenten mit bekanntem PL und PFH zur Realisierung einer Sicherheitsfunktion verwendet werden. Sollte dieser Entwurfsvorschlag so aktzeptiert werden, lässt sich der PFH-Wert für eine gesamte Sicherheitskette analog zur Vergehensweise nach EN 62061 bestimmen, d.h. die bekannten PFH-Werte der einzelnen verwendeten Sicherheitskomponenten werden addiert.

Der erreichbare Performance Level der gesamten Sicherheitskette wird dann durch den resultierenden PFH-Wert und der/den Komponente(n) mit dem niedrigsten PL limitiert. [klu]

* * Dipl.-Ing. Thomas Steffens und Dr.-Ing. David Schepers sind Fachreferenten des TÜV Rheinland Functional Safety Program des Bereiches Automation, Funktionale Sicherheit bei der TÜV Rheinland Industrie Service GmbH, Köln.

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