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O+P Fluidtechnik 1-2/2021

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O+P Fluidtechnik 1-2/2021

NORMEN PRODUKTE UND

NORMEN PRODUKTE UND ANWENDUNGEN 02 03 Beispiel für die Aufschlüsselung einer Sicherheitsfunktion und ihre Zuordnung zu Teilsystemen Quelle: ISO/DIS 13849-1:2020(E) [4] Kombination von Teilsystemen zur Erzielung eines einheitlichen PL Quelle: ISO/DIS 13849-1:2020(E) [4] Gegenüber der alten Norm wird ein detaillierter Aufbau des Safety-related Parts of Control System (SRP/CS) beschrieben. In einem SRP/CS müssen nun alle Sicherheitsfunktionen in Teilfunktionen bzw. Unterfunktionen gegliedert werden, welche den Teilsystemen zugeordnet werden. Jede Teilfunktion muss künftig die Beschreibung der Sicherheitsanforderungen für die Unterfunktion aufweisen bzw. dar- stellen. Dies betrifft zudem die Abbildung der Ein- und Ausgänge für jede Unterfunktion. 2.2 BESCHREIBUNG DER ANFORDERUNGEN AN DESIGN UND PERFORMANCE LEVEL KOMBINATION MEHRERER TEILSYSTEME Ein SRP/CS setzt sich aus validierten Teilsystemen zusammen, oder es besteht aus Systemelementen, die ein Teilsystem bilden. Die Möglichkeit zur Aufschlüsselung einer Sicherheitsfunktion wird in Abbildung 02 dargestellt. Sie zeigt hierzu einen beispielhaften Aufbau von Sicherheitsfunktionen aus mehreren Teilsystemen und Systemelementen. Für die Aufschlüsselung der Teilsysteme gilt per Definition: Ein beliebiger Ausfall eines beliebigen Teilsystems kann zum Verlust der gesamten Sicherheitsfunktion führen, auch innerhalb einer Kategorie. Das Diagramm zeigt verschiedene Kombinationen von Teilsystemen, die als SRP/ CS für eine Sicherheitsfunktion kombiniert werden können. Eingänge bzw. Inputs in den Teilsystemen 1, 4 und 6 können beispielsweise durch Sensoren und Schaltsignale abgebildet werden. Die Weiterverarbeitung der Inputs erfolgt in der Logik, vgl. Teilsysteme 2 und 5 in Abbildung 02. Schließlich werden die entsprechenden Ausgänge für Aktuatoren, wie beispielweise Ventile, generiert (Teilsysteme 3 und 5). In der neuen ISO/DIS 13849-1:2020(E) [4] werden die Anforderungen für spezielle Sicherheitsfunktionen detailliert beschrieben. Hierzu gehören unter anderem: n Sicherheitsrelevante Stoppfunktionen n Manuelle Reset-Funktionen (Rückstellfunktionen) n Neustart-Funktionen n Lokale Steuerungsfunktionen n Stummschaltfunktionen n Abweichungen von sicherheitsrelevanten Parametern n Verluste und Wiederherstellungen von Energiequellen n Anforderungen für die Auswahl der Betriebsart n Wartungserwägungen für Sicherheitsfunktionen Gegenüber der alten Norm werden die Anforderungen zur Kombination mehrerer Teilsysteme mit unterschiedlichen Performance Level (PL) zielgerechter beschrieben. Die Erzielung eines einheitlichen PL für die Realisierung einer Sicherheitsfunktion basiert auf zuvor validierten Teilsystemen nach IEC 62061 [6], IEC 61508 [7] oder anderen relevanten Produktnormen. Abbildung 03 stellt dies exemplarisch am Sicherheitssystem des Auslegerzylinders eines LKW-Ladekrans dar. ALTERNATIVES VERFAHREN ZUR QUANTIFIZIERUNG VON TEIL- SYSTEMEN OHNE VORHANDENEN MTTFD-WERT Das alternative Verfahren im neuen Entwurf der Norm ist beschränkt auf Teilsysteme aus den Bereichen Mechanik, Hydraulik, Pneumatik, Elektro-Hydraulik sowie Elektropneumatik, für welche keine Zuver- 40 O+P Fluidtechnik 2021/01-02 www.oup-fluidtechnik.de

NORMEN lässigkeitsdaten bzw. die mittlere Zeit bis zum Ausfall der Komponente oder des Systems (MTTF D ) verfügbar sind. Gemäß ISO/ DIS 13849 [4] wird für diese Verfahren die Beziehung verschiedener Hardware-Kategorien und Performance Level analog zum derzeitigen Stand in einer Tabelle beschrieben. Die Beschreibung erfolgt hinsichtlich der berechneten Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls pro Stunde (=PFH D - Wert) und bezüglich der Inputs und Outputs des Sicherheitssystems. Diese Beziehungen werden in Abbildung 04 durch rote Punkte in das konventionelle System mit vorhanden MTTF D -Werten grafisch eingeordnet. Man erkennt, dass die alleinige Berücksichtigung dieser Werte hohe Aufwände seitens der Hersteller zur Umsetzung von Risikovermeidung erwirkt. Weiterhin können durch die Neuerungen nun unter diesen Bedingungen für Kategorie B, 2 und 3 ein MTTF D -Wert von 10 Jahren für jeden Kanal angesetzt werden. Für Kategorie 1 müssen entsprechend bewährte Komponenten (aktuelle Version der ISO 13849 [4]: betriebsbewährte Komponenten) vorgesehen werden, um einen angenäherten MTTF D -Wert von 30 Jahren erreichen und berücksichtigen zu können, wobei maximal ein Performance Level PL c erreicht wird. Bei Fehlern gemeinsamer Ursache „Common Cause Failure“ (CCF) sind auch weiterhin, wie in der aktuell gültigen ISO 13849 [3] für Kategorie 2 und 3, der Diagnosedeckungsgrad „Diagnostic Coverage“ (DC) zu berücksichtigen. Der DC muss für Kategorie 2 und 3 mindestens 60 % betragen. Diese zusätzlichen Regelungen und Zusammenhänge werden in Abbildung 04 durch Einführung der gelben Punkte verdeutlicht. Entsprechend dem neuen Entwurf der Norm darf bei Kategorie 4 diese Methode nicht berücksichtigt bzw. angewendet werden. Für Kategorie 4 müssen generell bewährte Komponenten, Grundprinzipien und bewährte Sicherheitsprinzipien verwendet werden. Dies bedeutet, ein MTTF D Wert muss vorliegen bzw. berechnet worden sein. Diese alternative Methode versetzt den Hersteller nun in die Lage, eine Bewertung des Performance Levels auch ohne Vorliegen eines MTTF D Wertes anzuwenden bzw. vorzunehmen. Die bisher beschriebenen Änderungen stellen deutlich klarere Rahmenbedingungen für die Entwicklung von sicherer Maschinensteuerungen. Weitere Änderungen können Sie in der nächsten Ausgabe der O+P-Fluidtechnik erfahren. Fotos: Aufmacher: Adobe Stock www.xcmg-erc.com 04 Quantifizierung ohne MTTF D Wert Quelle: ISO/DIS 13849-1:2020(E) [4] [8] Begriffsdefinition/Abkürzungen Abk. Bedeutung Erläuterung DC Diagnosedeckungsgrad Die Summe aller erkannter gefahrbringender Ausfälle im Verhältnis zur Gesamtzahl aller gefahrbringenden Ausfälle MTTF D Mittlere Zeit bis zum gefahrbringenden Ausfall Literaturverzeichnis [1] Sicherheitsnormen im neuen Konzept (O + P 3/2006) [2] DIN EN ISO 12100:2011-03 Sicherheit von Maschinen – Allgemeine Gestaltungssätze – Risikobeurteilung und Risikominderung [3] DIN EN ISO 13849-1:2016-06 Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen – Allgemeine Gestaltungssätze [4] ISO/DIS 13849-1:2020(E) Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen – Allgemeine Gestaltungssätze Statistische Erwartung der mittleren Zeit bis zum gefährlichen Ausfall PL Performance Level Diskreter Level, der die Fähigkeit sicherheitsbezogener Teile von Steuerungen spezifiziert PL r SRS SRP/CS PFH D CCF EMV P1 P2 Erforderliche Performance Level Spezifikation der Sicherheitsanforderungen Sicherheitsbezogene Teile eines Steuerungssystems Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls pro Stunde Fehler gemeinsamer Ursache Elektromagnetische Verträglichkeit Parameter P1 – Möglichkeit unter speziellen Konditionen Parameter P2 – Kaum möglich Erforderlicher Level, der die Fähigkeit sicherheitsbezogener Teile von Steuerungen spezifiziert Sicherstellung, das alle Aspekte zur Prozesssicherheit berücksichtigt werden Teile von Maschinensteuerungen, die Sicherheitsaufgaben übernehmen Berechnung der gefahrbringenden Ausfallwahrscheinlichkeit nach verwendeter Architektur (Referenzwert für den Performance Level) Ausfall verschiedener Einheiten aufgrund eines einzigen Ereignisses, wobei sich diese Ausfälle nicht gegenseitig beeinflussen Die Fähigkeit eines technischen Systems, andere Systeme nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte zu stören oder durch andere Systeme gestört zu werden Möglichkeit der Gefahrenvermeidung oder Schadensbegrenzung Kaum Möglichkeit der Gefahrenvermeidung oder Schadensbegrenzung [5] DIN EN ISO 13849-2:2013 Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen - Validierung [6] IEC 62061 Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogener elektrischer elektronischer Steuerungssysteme [7] IEC 61508:2010-04 Funktionale Sicherheit von elektrischen / elektronischen / programmierbaren elektronischen sicherheitsgerichteten Systemen [8] Revision der ISO 13849-1 Fachveranstaltung Maschinen Dr. Michael Huelke, Michael Hauke, Bamberg, 11. Juli 2019 www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2021/01-02 41

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