Design und Verifizierung von Sicherheitsschaltungen nach ISO 13849-1: Schritt-für-Schritt-Berechnungen

Sicherheitsschaltungen sind in Maschinen unerlässlich, um Unfälle zu verhindern und den Schutz des Bedieners zu gewährleisten. Die Norm ISO 13849-1 enthält Richtlinien für die Auslegung und Überprüfung dieser Sicherheitsfunktionen durch systematische Berechnungen. Dieser Artikel beschreibt den schrittweisen Prozess für die Auslegung und Überprüfung von Sicherheitsschaltungen nach ISO 13849-1.

ISO 13849-1 Anforderungen verstehen

ISO 13849-1 legt die Sicherheitsleistungsstufen für Steuerungssysteme fest. Sie legt den Schwerpunkt auf Risikobewertung, Sicherheitsfunktionsdesign und Verifizierung. Die Norm kategorisiert Sicherheitsfunktionen in Leistungsstufen (PL), die von PL a (niedrigster) bis PL e (höchster) reichen. Das Erreichen des entsprechenden PL hängt von der Risikoschwere und der Zuverlässigkeit der Sicherheitsfunktion ab.

Schritt 1: Risikobewertung und Sicherheitsanforderungen

Der Prozess beginnt mit der Ermittlung potenzieller Gefahren und deren Schweregrad. Darauf aufbauend werden Sicherheitsanforderungen einschließlich des erforderlichen Leistungsniveaus (PL) definiert, mit dem die Zielzuverlässigkeit für den Sicherheitskreislauf bestimmt wird.

Schritt 2: Sicherheitsfunktionsdesign

Die Sicherheitsfunktion ist so konzipiert, dass sie das Risiko auf ein akzeptables Maß reduziert, indem geeignete Sensoren, Logikeinheiten und Aktoren ausgewählt werden, wobei die Sicherheitsfunktion zuverlässig Fehler erkennen und sichere Abschaltungen oder Stopps auslösen kann.

Schritt 3: Berechnung des Diagnose-Coverage (DC)

Die Diagnoseabdeckung misst die Fähigkeit des Sicherheitssystems, Fehler zu erkennen, wird als Prozentsatz ausgedrückt und beeinflusst die Sicherheitsintegritätsstufe (SIL) oder die Leistungsstufe (PL). Höhere Gleichstromwerte verbessern die Zuverlässigkeit der Sicherheitsfunktion.

Schritt 4: Ermittlung der Fehlerraten

Die Fehlerquoten der Bauteile werden aus Herstellerdaten oder Normen ermittelt, die zur Berechnung der Wahrscheinlichkeit gefährlicher Ausfälle verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Fehlerwahrscheinlichkeit mit dem Zielwert PL übereinstimmt.

Schritt 5: Berechnung der Gesamtzuverlässigkeit

Die Gesamtzuverlässigkeit der Sicherheitsschaltung wird durch Kombination von einzelnen Fehlerraten und Diagnoseabdeckung berechnet. Die Formel berücksichtigt die Wahrscheinlichkeit gefährlicher Ausfälle pro Stunde und stellt sicher, dass sie die Anforderungen für die gewünschte PL erfüllt.

Schritt 6: Verifizierung und Validierung

Der letzte Schritt besteht darin, zu überprüfen, ob die Sicherheitsschaltung die berechneten Zuverlässigkeitsziele erfüllt. Tests, Fehlereinspritzung und Dokumentation werden verwendet, um die Leistung der Sicherheitsfunktion zu validieren. Regelmäßige Wartung und regelmäßige Tests werden empfohlen, um das Sicherheitsniveau zu halten.