1.10 EN ISO 13849-1 „Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen – Teil 1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze“
Im Oktober 2006 wurde die EN ISO 13849-1 als Nachfolgenorm der EN 954-1 offiziell verabschiedet. Wie die EN 954-1 umfasst ihr Anwendungsbereich sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen (SRP/CS) und alle Arten von Maschinen, ungeachtet der verwendeten Technologie und Energie (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch, usw.). Sie setzt auf den bekannten Kategorien der EN 954-1 auf, enthält spezielle Anforderungen für SRP/CS mit programmierbaren elektronischen Systemen. Mit der EN ISO 13849-1 erfolgt über den qualitativen Ansatz der EN 954-1 hinaus auch eine quantitative Betrachtung der Sicherheitsfunktionen. Zur Einteilung unterschiedlicher sicherheitstechnischer Leistungsfähigkeit werden in der EN ISO 13849-1 aufbauend auf den Kategorien sogenannte Performance Level (PL) definiert. Die fünf PL (a, b, c, d, e) stehen für unterschiedliche durchschnittliche Wahrscheinlichkeitswerte eines gefährlichen Ausfalls pro Stunde.
Performance Level (PL) gemäß EN ISO 13849-1
Performance
Level (PL) |
Durchschnittliche Wahrscheinlichkeit eines
gefährlichen Ausfalls je Stunde (1/h) |
| a |
≥ 10-5 bis < 10-4
|
| a |
≥ 3 · 10-6 bis < 10-5 |
| c |
≥ 10-6 bis < 3 · 10-6 |
| d |
≥ 10-7 bis < 10-6 |
| e |
≥ 10-8 bis < 10-7 |
Bestimmung des Performance Levels required PLr
Um den erforderlichen PLr für jede Sicherheitsfunktion des sicherheitsrelevanten Steuerungssystems zu definieren, ist eine Risikobeurteilung durchzuführen und zu dokumentieren. Der informative Anhang A der Norm stellt ein qualitatives Verfahren zur Abschätzung des Risikos und zur Ermittlung des PLr vor.
Risikoparameter:
| S |
Schwere der Verletzung |
| S1 |
leichte (üblicherweise reversible Verletzung) |
| S2 |
ernste (üblicherweise irreversible Verletzung einschließlich Tod) |
| F |
Häufigkeit und/oder Dauer der Gefährdungsexposition |
| F1 |
selten bis weniger häufig und/oder die Zeit der Gefährdungsexposition ist kurz |
| F2 |
häufig bis dauernd und/oder die Zeit der Gefährdungsexposition ist lang |
| P |
Möglichkeit zur Vermeidung der Gefährdung oder Begrenzung des Schadens |
| P1 |
möglich unter bestimmten Bedingungen |
| P2 |
kaum möglich |
Risikograph zur Bestimmung des PLr für jede Sicherheitsfunktion:
(Quelle: EN ISO 13849-1)
| Legende |
| Start |
Startpunkt zur Bewertung des Beitrags der Risikominderung |
| L |
niedriger Beitrag zur Risikominderung |
| H |
hoher Beitrag zur Risikominderung |
| PLr |
Performance Level required |
|
Ermittlung des erreichten Performance Level PL
Für die Ermittlung des Performance Levels von Bauteilen/Geräten sind folgende sicherheitstechnische Kenngrössen notwendig:
Kenngrössen der
EN ISO 13849-1 |
Bedeutung |
| Cat. |
Kategorie (B, 1, 2, 3, 4), Struktureller Aufbau als Basis um eine bestimmten PL zu erreichen
|
| PL |
Performance Level (a, b, c, d, e) |
| MTTFd |
Mittlere Zeit bis zu einem gefahrlichen Ausfall |
| B10d |
Anzahl von Zyklen bei denen 10 % einer Stichprobe der betrachteten verschleissbehafteten pneumatischen oder elektromechanischen Komponenten gefährlich ausgefallen sind |
| DC |
Diagnosedeckungsgrad (en: diagnostic coverage) |
| CCF |
Ausfall aufgrund gemeinsamer Ursache (en: common cause failure) |
| TM |
Gebrauchsdauer, Vorgesehener Verwendungszeitraum (en: mission time) |
Als weitere zu betrachtende Parameter können auch betriebliche Gesichtspunkte wie Anforderungsrate und/oder die Testrate der Sicherheitsfunktion Einfluss auf das resultierende PL haben.
Für die Ermittlung des PL sind die folgenden Parameter erforderlich:
| Kategorie |
(gemäß der Architektur) |
| MTTFd |
(Mittlere Zeit bis zu einem gefährlichen Ausfall) |
| DCavg |
(Mittlerer Diagnosedeckungsgrad) |
| CCF |
Ausfall aufgrund gemeinsamer Ursache (ab Kategorie 2 gefordert) |
Die Kombination von Kategorie und DCavg bestimmt welche Spalte zu wählen ist. Dann wird gemäß der MTTFd eines jeden Kanals der jeweilige schraffierte Bereich in der Spalte bestimmt. Nun kann der sich ergebende PL an der vertikalen Achse abgelesen werden.
Beziehung zwischen den Kategorien, DCavg, MTTFd jedes Kanals und des daraus resultierenden PL:
(Quelle: EN ISO 13849-1)
Abschätzung der Auswirkung des CCF
Dieser quantitative Prozess sollte für das gesamte System angewendet werden. Jede Komponente des sicherheitsbezogenen Teils der Steuerung sollte berücksichtigt werden.
Nachstehende Tabelle listet einen Auszug an Verfahren zur Quantifizierung für Maßnahmen gegen CCF.
| Entwurf/Anwendung/Erfahrung |
| Schutz gegen Überspannung, Überdruck, Überstrom usw. |
| Verwendung bewährter Bauteile |
| Beurteilung/Analyse |
| Sind die Ergebnisse einer Ausfallart und Effektanalyse berücksichtigt worden, um Ausfälle infolge gemeinsamer Ursache in der Entwicklung zu vermeiden? |
| Kompetenz/Ausbildung |
| Sind Konstrukteure/Monteure geschult worden, um die Gründe und Auswirkungen von Ausfällen infolge gemeinsamer Ursache zu erkennen? |
Validierung
Die Gestaltung einer sicherheitsrelevanten Steuerungsfunktion muss validiert werden. Die Validierung muss zeigen, dass das Design jeder Sicherheitsfunktion die entsprechenden Anforderungen erfüllt (Quelle: EN ISO 13849-2).
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