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Safety Funktionale Sicherheit in der Konstruktion garantieren

Ein Gastbeitrag von Eaton

Anbieter zum Thema

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Eaton Corp.

Welche Rolle spielen Safety Integrity Level (SIL) nach IEC 62061 und Performance Level (PL) gemäß der EN ISO 13849-1 beim Design technischer Anlagen und Maschinen? Das Unternehmen Eaton erklärt, was es damit auf sich hat und wie man die Werte ermitteln und vergleichen kann.

Funktionale Sicherheit hat die Aufgabe, Menschen und Umgebungen vor Schäden durch Fehlfunktionen von Maschinen oder Anlagen zu schützen.
Funktionale Sicherheit hat die Aufgabe, Menschen und Umgebungen vor Schäden durch Fehlfunktionen von Maschinen oder Anlagen zu schützen.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Grundsätzlich geht es bei dem Safety Integrity Level (SIL) und dem Performance Level (PL) darum, ein verlässliches Maß für funktionale Sicherheit zu gewährleisten. „Funktionale Sicherheit“ bedeutet wiederum ganz grundsätzlich Menschen und Umgebungen vor Schäden durch Fehlfunktionen von Maschinen oder Anlagen zu schützen.

Unterscheiden zwischen Maschinen- und Anlagenbau

Die Unterschiede zwischen Maschinen- und Anlagenbau sind andererseits aber auch ein Grund, warum zwei verschiedene Level existieren. Im Maschinenbau werden in der Regel eher überschaubare Einheiten produziert, deren Sicherheitssysteme vergleichsweise häufig zum Einsatz kommen und einer gewissen Standardisierung unterliegen.

Im Anlagenbau hat man dagegen mit großen, komplexen und individuell konstruierten Anlagen zu tun. Dementsprechend sind auch die Sicherheitssysteme darauf ausgelegt, dass sie eher selten in Aktion treten müssen.

Definition der beiden Kenngrößen

Beim SIL handelt es sich um „vier wohlunterschiedene Stufen zur Spezifizierung der Anforderung für die Sicherheitsintegrität von Sicherheitsfunktionen, die dem E/E/PE-sicherheitsbezogenen System zugeordnet werden, wobei der Sicherheits-Integritätslevel 4 die höchste Stufe der Sicherheitsintegrität und der Sicherheits-Integritätslevel 1 die niedrigste darstellt.“

Den PL definiert die entsprechende Norm als „diskreten Level, der die Fähigkeit von sicherheitsbezogenen Teilen einer Steuerung spezifiziert, eine Sicherheitsfunktion unter vorhersehbaren Bedingungen auszuführen“. Er ist somit ein Maß für die Zuverlässigkeit einer Sicherheitsfunktion. Es gibt fünf PL (a, b, c, d, e), die durchschnittliche Wahrscheinlichkeitswerte eines gefährlichen Ausfalls pro Stunde repräsentieren. PL a beschreibt die geringste und PL e die höchste sicherheitstechnische Leistungsfähigkeit eines SRP/CS (Safety-Related Parts of Control System). Das heißt, je höher der PL, desto sicherer und zuverlässiger ist die betrachtete Funktion.

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Jan Vollmuth, Fachredakteur konstruktionspraxis

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Anwendungsbereiche der beiden Normen

Die beiden Kenngrößen scheinen zunächst sehr ähnlich. Allerdings gibt es je nach Technologie, Risikobeurteilung und Architektur Unterschiede in der Anwendung. In der Tabelle sind PL und SIL gegenübergestellt:

PL nach EN ISO 13849-1 SIL nach IEC 62061
Uneingeschränkt für hydraulische, pneumatische und elektromechanische Systeme anwendbar Nur für elektrische, elektronische und programmierbare elektronische Systeme
Nur unter Einschränkungen für programmierbare elektronische Systeme geeignet – bestimmte Architekturen nur bis PL d Bei gemischten Systemen Verwendung der EN ISO 13849 möglich
Berechnungskonzept basiert auf vergebenen Architekturen Beliebige Architektur möglich
Geeignet zum Sicherheitsnachweis von Geräten und der gesamten Sicherheitsfunktion über Tabellen Geeignet zum Sicherheitsnachweis von Geräten und der gesamten Sicherheitsfunktion durch Berechnung

Trotzt der verschiedenen Ansätze lassen sich die beiden Kenngrößen vergleichen, beziehungsweise ineinander überführen. Die Schnittmengen sind der MTTFd bei der Berechnung des Performance Levels und der PFHd beim Safety Integrity Level. MTTFd (Mean Time to Dangerous Failure) steht dabei für die mittlere Zeit bis zum gefährlichen Ausfall, während PFHd (Probability of Dangerous Failure Per Hour) die Wahrscheinlichkeit eines Gefahr bringenden Ausfalls pro Stunde repräsentiert.

Der direkte Vergleich stellt sich folgendermaßen dar:

PL Mittlere Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls [1/h] SIL
a ≥ 10-5 bis < 10-4 –
b ≥3 x 10-6 bis < 10-5 1
c ≥ 10-6 bis < 3 x 10-6 2
d ≥ 10-7 bis <10-6 3
e ≥ 10-8 bis < 10-7 4

Die Unterscheidung zwischen PL und SIL beruht hauptsächlich auf historischen Entwicklungen. Dennoch haben beide Kenngrößen ihre Berechtigung beim Design sicherer Maschinen und Anlagen. Da sich die Werte ineinander überführen lassen, haben Konstrukteure grundsätzlich die Wahl, woran sie sich beim Entwurf elektrischer, elektronischer und programmierbar elektronischer (E/E/PE) Systeme entscheiden. Aufgrund der unterschiedlichen Entwicklung eignet sich allerdings der SIL insbesondere für große Anlagen und der PL eher für Einzelmaschinen.

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