SAFEYTEAMS-Newsletter Nr. 5

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Ralf Ewald Peters
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1 CE-Kennzeichnung I Gefahrenanalysen I Maschinen-Prüfungen I Workshops I Seminare SAFEYTEAMS-Newsletter Nr. 5 Thema Bedeutung des Performance-Levels (PL) Definition nach Norm EN 13849: Diskreter Level, der die Fähigkeit von sicherheitsbezogenen Teilen einer Steuerung spezifiziert, eine Sicherheitsfunktion unter vorhersehbaren Bedingungen auszuführen. Einfach formuliert: Der Performance-Level (PL) ist ein Maß für die Zuverlässigkeit einer Sicherheitsfunktion. Zwei Performance-Level erforderlich Der erforderliche Performance-Level: In ähnlicher Weise wie schon bei der Risikobeurteilung nach EN wird durch Abschätzen der Kriterien Schadensausmaß, Häufigkeit und Aufenthaltsdauer und Möglichkeit zur Vermeidung der Gefährdung der erforderliche PL der Sicherheitsfunktion bestimmt. Der erreichte Performance-Level: Zur Ermittlung des erreichten Performance-Level wird nicht die Gefährdungssituation betrachtet, sondern der Aufbau der Steuerung bzw. der Sicherheitsbauteile. Wichtige Kenngrößen hierbei sind die Steuerungskategorien (B, 1, 2, 3, 4), die MTTF-Werte (Mittlere Zeit bis zum gefahrbringenden Ausfall eines Kanals) und die Werte für den Diagnosedeckungsgrad (DC), welche u.a. von der Architektur der Steuerung abhängen. Bestimmen des erforderlichen Performance-Levels (PLr) Der erforderlicher Performance Level (PLr) kann durch ein Diagramm bestimmt werden (siehe Bild rechts). Hierbei wird die Gefährdung anhand von drei Kriterien beurteilt. Schwere der Verletzungen S1: leichte Verletzungen S2: schwere Verletzungen Häufigkeit und Aufenthaltsdauer F1: selten bis öfter F2: häufig bis dauernd Möglichkeit zur Vermeidung der Gefährdung P1: möglich unter bestimmten Bedingungen P2: kaum möglich Der erforderliche Performance-Level ist je nach dem, wie die einzelnen Kriterien beurteilt werden, entweder a, b, c, d oder e. 1

2 Bestimmen des erreichten Performance- Levels (PL) Zum Ermitteln des erreichten Performance-Level kann ebenfalls ein Diagramm verwendet werden, das aus der EN stammt (siehe unten). DC avg : Diagnosedeckungsrad Cat.: Steuerungskategorie Um beispielsweise einen Performance-Level e (letzte Zeile im Diagramm) zu erreichen, gibt es folgende zwei Möglichkeiten: 1. Die Sicherheitsfunktion muss Kategorie 3 (Cat. 3) erfüllen, MTTF muss hoch sein (3 = schwarze Felder) und der Diagnosedeckungsgrad (DC avg ) muss mittel sein. 2. Die Sicherheitsfunktion muss Kategorie 4 (Cat. 4) erfüllen, MTTF muss hoch sein (3 = schwarze Felder) und der Diagnosedeckungsgrad (DC avg ) muss hoch sein. Wenn der Performance-Level d erreicht werden muss, bieten sich fünf Möglichkeiten, und zwar können alle Felder, die in der vorletzten Zeile (d) zu finden sind, Varianten bei der Auswahl des Sicherheitsbauteils sein. Es können drei schwarze Felder (MTTF = hoch) und zwei schräg gestrichelte Felder (MTTF = mittel) in Zeile d erreicht werden. MTTF-Werte ermitteln Bestimmen von MTTF-Werten von einzelnen Bauteilen: Hierzu gibt es verschiedene Methoden. Nach der Methode nach guter ingenieurmäßiger Praxis muss man Werte aus der Tabelle C.1 aus entnehmen: 2

3 ... Dies ist möglich unter folgenden Voraussetzungen: Der Hersteller bestätigt die Verwendung der grundlegenden bewährten Sicherheitsprinzipien nach EN Der Hersteller beschreibt die geeignete Anwendung und die Betriebsbedingungen. Der Hersteller erfüllt die grundlegenden bewährten Sicherheitsprinzipien nach EN Für viele Bauteile muss der MTTF-Wert aus B 10d -Werten ermittelt werden, weil nur diese in der Tabelle angegeben sind. Hierzu kann die nachstehende Formel benutzt werden: B 10d abschätzen aus Tabelle C1. B 10d : Die mittlere Anzahl von Zyklen, bis 10% der Bauteile ausgefallen sind. n op : Die mittlere Anzahl der jährlichen Betätigungen d op : die mittlere Betriebszeit in Tagen pro Jahr h op : die mittlere Betriebszeit in Stunden pro Tag t Zyklus : die mittlere Zeit zwischen dem Beginn von zwei aufeinanderfolgenden Zyklen Verfahren für elektrische bzw. elektronische Bauteile: MTTF-Werte aus Tabellen C2 bis C7 herauslesen: 3

4 dann Parts-Count-Verfahren anwenden, d.h. MTTF summieren. Beispiel: Abschätzung von unterschiedlichen Kanälen: den geringeren MTTF-Wert der beiden Kanäle nehmen. Im Diagramm zur Ermittlung des erreichten Performance-Levels (siehe oben) werden MTTF- Werte in drei Größenstufen verwendet: niedrig, mittel und hoch. Diese Größenstufen entsprechen den in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Zahlenwerten: 4

5 Diagnosedeckungsgrad DC abschätzen Im Diagramm zur Einschätzung des Performance-Levels hat bei den meisten Kombinationen der Diagnosedeckungsgrad einen Einfluss. Den Diagnosedeckungsgrad DC kann man ebenfalls aus Tabellen ermitteln, und zwar aus der Tabelle E1 aus EN 13849:... Wenn unterschiedliche DCs vorhanden sind, weil mehrere Maßnahmen zur Fehlererkennung verwendet werden: Diese Maßnahmen können unterschiedliche Teile der Sicherheitsfunktion testen und dadurch verschiedene DCs haben. In diesem Fall kann man den mittleren DC errechnen: Das Einordnen des Diagnosedeckungsgrads in die Stufen klein, niedrig, mittel und hoch geschieht über die folgende Tabelle: 5

6 Abschätzen der Ausfälle gemeinsamer Ursache CCF Das Abschätzen der Ausfälle gemeinsamer Ursache CCF wird ebenfalls über Tabellen bewerkstelligt: Die Punkte, die für die einzelnen Maßnahmen zu erzielen sind, werden addiert. Wenn die Gesamtpunktezahl 65 oder besser ist, sind die Anforderungen erreicht, andernfalls ist das Verfahren gescheitert, es müssen zusätzliche Maßnahmen eingesetzt werden, um Fehler aufgrund gemeinsamer Ursache zu verhindern. In diesem Newsletter wurde gezeigt, wie die quantifizierbaren Einflussfaktoren zur Bestimmung des Performance-Levels ermittelt werden können. Weitere, nicht quantifizierbare Einflussfaktoren (Verhalten der Sicherheitsfunktion unter Fehlerbedingungen, sicherheitsbezogene Software, systematische Ausfälle und Umgebungsbedingungen) müssen bei einer Risikobeurteilung ebenfalls abgeschätzt werden, dies ist jedoch nicht Gegenstand dieses Newsletters. 6

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