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25.03.2010

Funktionale Sicherheit: Antworten auf die meistgestellten Fragen

Die Vermutungswirkung der DIN EN 954-1 wurde um zwei Jahre verlängert. Dadurch ergeben sich von Anwenderseite eine Reihe von Fragen rund um die aktuellen Sicherheitsnormen...

Die Vermutungswirkung der DIN EN 954-1 wurde um zwei Jahre verlängert. Dadurch ergeben sich von Anwenderseite eine Reihe von Fragen rund um die aktuellen Sicherheitsnormen. Einige wesentliche wurden zusammengetragen und von vier Experten aus den Unternehmen Leuze Electronic, K. A. Schmersal, Pilz und Sick beantwortet.

 

_Warum musste unbedingt eine neue Norm her, gibt es Nachteile und warum wurde die Frist verlängert?_

Robert Sammer ist Schulungsleiter Geschäfts­bereich Safety Systems bei der Leuze Electronic GmbH + Co. KG in Fürstenfeldbruck

Robert Sammer ist Schulungsleiter Geschäfts­bereich Safety Systems bei der Leuze Electronic GmbH + Co. KG in Fürstenfeldbruck

R. Sammer: Die DIN EN 954-1 und die EN ISO 13849-1 unterliegen nun der Vermutungswirkung der Maschinenrichtlinie. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Maschinenbetreiber verpflichtet ist, zusätzlich zu der bislang erforderlichen qualitativen Risikoanalyse auch eine quantitative Einschätzung potenzieller Gefährdungen vorzunehmen, um den sicheren Betrieb einer Maschine während aller möglicher Betriebszustände (Dauerbetrieb, Einrichtbetrieb, Test usw.) zu gewährleisten. Die sicherheitstechnische Leistungsfähigkeit wird jetzt neu anhand von sogenannten Performance Level beschrieben.

Meine Befürchtung an dieser Stelle ist, dass bei der Validierung der Sicherheitsketten zu viel Augenmerk auf die Mathematik gelegt wird und die wirklich wichtigen Aspekte, wie fehlervermeidende Maßnahmen beim Design der steuerungsbezogenen Software, vernachlässigt werden, denn häufig sprechen die Maschinenbauer nur von MTTFd- und PFHd-Werten.

Größere und mittlere Maschinenbau-Unternehmen sind bereits aufgrund vorhandener personeller Ressourcen aktiv mit der Umsetzung der neuen Normen beschäftigt. Wir konnten aber auch feststellen, dass sich viele mittlere und kleinere Betriebe mit dem Thema noch nicht eingehend auseinandergesetzt haben. Aus diesem Anlass denken wir, wurde die Vermutungswirkung der DIN EN 954-1 um zwei Jahre verlängert. Dadurch ist nun weiterhin diese Norm, aber parallel sind auch die aktuellen Normen anwendbar.

 

_Bringen die neuen Normen neben zusätzlichem Aufwand auch Vorteile mit sich?_

Matthias Wimmer ist Consultant im technischen Büro Hannover der Pilz GmbH & Co. KG

Matthias Wimmer ist Consultant im technischen Büro Hannover der Pilz GmbH & Co. KG

M. Wimmer: Die neuen Normen DIN EN ISO 13849-1 und DIN EN 62061 (VDE 0113-50) versuchen mit einem probabilistischen Ansatz aktuelle und zukünftige technische Möglichkeiten abzubilden und berücksichtigen die Tatsache, dass Komponenten altern und ausfallen können.

Der zusätzliche Aufwand wird allem voran bei den komplex anmutenden Berechnungen der Sicherheitskategorie und des Performance Levels gesehen. Wer sich allerdings mit den neuen Normen intensiver auseinandersetzt wird feststellen, dass diese mehr gestalterische Möglichkeiten in der Konstruktion mit sich bringen, da sie alle neuen Technologien und programmierbaren Systeme erfassen und so flexible, modulare Systeme ermöglichen. Sind Komponenten frei wählbar, lassen sich sehr leicht normengerechte Strukturen aufbauen. Bei der Konstruktion werden einfach die Sensoren, Aktoren und Steuerungskomponenten verknüpft, für die Ausfallwahrscheinlichkeitswerte vorliegen. Die Berechnung zeigt dann, wie gut diese Komponenten dimensioniert sind und an welcher Stelle gegebenenfalls nachgebessert werden muss bzw. auch eingespart werden kann. Insbesondere für die Serienproduktion kann sich dadurch ein Preisvorteil durch Einsparungen bei der Hardware ergeben. Zudem gibt es die Möglichkeit, elektronische Schaltungen einfacher zu realisieren und damit auch preiswerter.

 

*_Gemäß Amtsblatt Nr 2009/C 321/09 kann die DIN EN 954-1 noch bis zum

31. Dezember 2011 für die Konformitätsvermutung bei Maschinen herangezogen werden. Gilt dies uneingeschränkt?_*

C. Gregorius: Zunächst stellt sich die Frage, ob für den Hersteller einer Maschine eine spezielle C-Norm zur Verfügung steht. Wendet der Maschinenhersteller diese an und ist in dieser C-Norm bereits auf die DIN EN ISO 13849-1 explizit verwiesen, dann kann nicht gleichzeitig die Konformitätsvermutung mit der DIN EN 954-1 beansprucht werden.

Umgekehrt gilt aber ebenso: Wird in einer C-Norm noch die DIN EN 954-1 referenziert, so geht bei Anwendung der C-Norm noch die Konformitätsvermutung auch für die DIN EN 954-1 aus – und zwar so lange bis die C-Norm überarbeitet bzw. zurückgezogen wird.

Unabhängig davon, sollte ein Maschinenhersteller jedoch prüfen, ob mit der DIN EN 954-1 weitergehende Anforderungen, die sich beispielsweise bei der Anwendung von sicherheitsrelevanter Applikations-Software ergeben, erfüllt werden können.

 

_Machen wir viel falsch, wenn wir jetzt nach wie vor die DIN EN 954-1 anwenden?_

R. Sammer: Wir empfehlen, sich nur auf die Empfehlungen nach DIN EN ISO 13849-1 zu stützen, um entsprechende Vorsorge zu treffen. Die zwei Jahre vergehen schnell und dann gilt ohnehin nur noch der probabilistische anstatt des deterministischen Ansatzes. Weitere Gründe, sich auf die DIN EN ISO 13849-1 zu berufen sind, dass bereits eine große Anzahl von C-Normen auf die neuen Empfehlungen verweisen und viele Betreiber ihre Maschinen nach dem Stand der Technik gebaut haben wollen.

 

_Wie verhalte ich mich, wenn ich für bestimmte Komponenten keine sicherheitstechnischen Kenndaten nach DIN EN ISO 13849-1 bekomme?_

 Carsten Gregorius ist Portfoliomanager industrielle Sicherheitstechnik bei der Sick AG in Waldkirch

Carsten Gregorius ist Portfoliomanager industrielle Sicherheitstechnik bei der Sick AG in Waldkirch

C. Gregorius: Zunächst sollte immer der Hersteller einer Komponente kontaktiert werden, da neben den quantitativen Angaben weitergehende Informationen notwendig sind. Hierzu gehören zum Beispiel die Beschreibung der geeigneten Anwendung sowie die Betriebsbedingungen.

Darüber hinaus bietet der Anhang C der DIN EN ISO 13849-1 Referenzwerte an. Sollte der Anwender auch hier nicht fündig werden, kann er für diskrete Komponenten, wie Schalter, Schütze, Ventile, mit einer pauschalierten MTTFd von zehn Jahren rechnen.

 

_Ein integriertes Fertigungssystem soll teilmodernisiert werden. Die Anlage besteht zum Teil aus Komponenten, die noch nach „alter Maschinenrichtlinie“ in Verkehr gebracht wurden. Darüber hinaus gibt es Anlagenteile, die erstmalig nach neuer Maschinenrichtlinie in Verkehr gebracht wurden. Was ist hier zu beachten?_

C. Gregorius: Zunächst ist zu klären, ob es sich bei dem Anlagenumbau um eine „wesentliche“ Änderung der Anlage handelt. Hierzu sei auf einschlägige Fachliteratur verwiesen. In einem ersten Schritt sollte es gelingen, sinnvolle Schnittstellen zwischen „bestehenden“ und „neuen“ Anlagenteilen zu schaffen. Im Folgenden müssen dann nur die „neuen“ oder „wesentlich veränderten“ Anlagenteile unter dem Aspekt der abzuleitenden „Binnenmarktanforderungen“ bewertet werden.

Problematisch wird es für „wesentlich veränderte“ Anlagenteile, die aus „alten“ Komponenten, wie Roboter, „neu“ zusammengestellt werden. Im Hinblick auf die DIN EN ISO 13849-1 kann es vorkommen, dass für einige Komponenten keine Kennwerte verfügbar sind. In diesem Fall kann die sicherheitstechnische Leistungsfähigkeit der Maschinensteuerung entsprechend Abschnitt 6.2.2 der DIN EN ISO 13849-1 nur durch eine Kategorie ohne zusätzlichen PLr bestimmt werden.

 

_Wie sieht das sicherheitstechnische Blockschaltbild aus, und welche Sicherheitsschaltgeräte gehören zu einer bestimmten Sicherheitsfunktion? (Dieses Verständnis benötigt der Anwender, um die Bewertung der Sicherheitsfunktion durchführen zu können.)_

U. Weber: Ein Beispiel aus der Praxis: Der Kunde bzw. der Schulungsteilnehmer hat eine Maschine mit vier Schutztüren, die jeweils mit einer Zuhaltung abgesichert sind. Auch wenn diese vier Zuhaltungen elektrisch in Reihe geschaltet sind und über einen gemeinsamen Sicherheits-Relais-Baustein ausgewertet werden, ergibt sich für jede Schutztür eine neue Sicherheitsfunktion. Das bedeutet: Bei der Sicherheitsbewertung nach DIN EN ISO 13849-1 gibt es hier vier baugleiche Sicherheitsfunktionen, die völlig getrennt betrachten werden müssen.

 

_Welchen Diagnosedeckungsgrad können einfache kontaktbehaftete Sicherheitsschaltgeräte in Reihenschaltung erreichen?_

U. Weber: Wir vertreten in dieser Frage die weitverbreitete Position, dass eine Reihenschaltung mit einem DC von 60 % bewertet werden kann. Diese Auffassung wird von den meisten Prüfstellen unterstützt. So hat der TÜV Rheinland bereits im November 2009 eine entsprechende Stellungnahme mit ausführlicher Begründung veröffentlicht. Genauso wie nach DIN EN 954-1 eine Einordnung der Reihenschaltung dieser Geräte in Steuerungskategorie 3 möglich ist, ist eine Bewertung bis Performance Level „d“ nach DIN EN ISO 13849-1 normenkonform.

 

_Wie kann man die Bewertung der Sicherheitsfunktion durch eine sinnvolle Aufteilung in Subsysteme vereinfachen?_

Udo Weber ist Produktmanager Sicherheitstechnik bei der K. A. Schmersal GmbH in Wuppertal

Udo Weber ist Produktmanager Sicherheitstechnik bei der K. A. Schmersal GmbH in Wuppertal

U. Weber: Wir empfehlen in der Regel die Aufteilung einer Sicherheitsfunk­tion in mindestens drei Subsysteme: ein Subsystem für die Sensorik mit den eingesetzten Sicherheitsschaltern, ein weiteres für die Sicherheitsauswertung, auch Logik genannt, und ein drittes Subsystem für die Aktorik mit den meist etwas komplexeren Verschaltungen von Antrieben oder Ventilkombinationen. Diese Strukturierung der Sicherheitsfunktion ist auch erforderlich für die Anwendung von Tools zur Berechnung und Bewertung des erreichten Sicherheitsniveaus, zum Beispiel Sistema. Hierzu gibt es umfangreiche Bauteilbibliotheken aller namhaften Hersteller von Sicherheitstechnik, die üblicherweise die Geräte in der Bibliothek auch in diese drei Subsystemkategorien einteilen. Bei Anwendung von Sistema und den Herstellerbib­liotheken wird die Bewertung der Sicherheitsfunktion für den Kunden deutlich vereinfacht.

 

_Was ändert sich mit DIN EN ISO 13849-1 bei Kategorie 2?_

M. Wimmer: Damit eine Schaltung Kategorie 2 entspricht, muss sie zweikanalig ausgeführt sein: Ein Kanal führt die Sicherheitsfunktion aus; seine Funktionsfähigkeit wird von einem zweiten Kanal in geeigneten Zeitabständen überprüft. Ist kein aktiver Test durch die Sicherheitseinrichtung selbst möglich, muss die Applikation die Wahl geeigneter Testzeitpunkte zulassen.

In der DIN EN ISO 13849-1 sind die Kategorien so definiert, dass die Testrate um den Faktor 100 höher liegt als die Anforderungsrate der Sicherheitsfunktion. In der Praxis würde dies eine mechanische Überlastung aller Komponenten mit mindestens teilweise mechanischer Ausführung, wie Schütze, sowie von pneumatischen und elektrischen Ventilen zur Folge haben. Aus diesem Grund ist Kategorie 2 nach dieser Normvorgabe nur noch für Komponenten in rein elektronischer Ausführung denkbar. Konstrukteure sollten deshalb auf Kategorie 3 ausweichen, wenn PL d vorgeschrieben ist.

 

Inge Hübner

 

Weitere Informationen unter

www.leuze.de,

www.pilz.de,

www.schmersal.com sowie unter

www.sick.de als PDF downloaden

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