Elektromagnetische Verträglichkeit bei Maschinen und Anlagen mit integrierten Sicherheitsfunktionen nach IEC 61508 oder DIN EN ISO 13849

Status:

abgeschlossen 02/2013

Zielsetzung:

Im Industrie- und Baumaschinenbereich werden vermehrt Maschinen und Anlagen mit integrierten Sicherheitsfunktionen eingesetzt. Fallen diese Sicherheitsfunktionen in der Praxis aus, können gefährliche Unfälle mit Personenschaden entstehen.

In den internationalen Normungsgremien werden zurzeit kontroverse Diskussionen bei der Festlegung der EMV Anforderungen im Bereich „Maschinen und Anlagen mit integrierten Sicherheitsfunktionen“ durchgeführt. Hier fordern einige Mitglieder neben sehr hohen Prüfpegeln auch derzeit nicht normierte Prüfmethoden mit einer gleichzeitigen Kombination der verschiedenen Prüfphänomene.

Funktional sichere Maschinen und Anlagen müssen gemäß den Normen IEC 61508 oder DIN EN ISO 13849 ein breites Anforderungsspektrum bestehen (normative Forderungen). Unter anderem werden auch normative Anforderungen an die elektromagnetische Störfestigkeit gestellt, damit diese Geräte unter den EMV-Einflüssen (elektrostatische Entladung, Burst, Surge, Hochfrequenzfelder und Spannungsunterbrechungen) nicht unsicher ausfallen.

In diesem Projekt sollen durch praktische EMV-Messungen sowie durch eine Computersimulation überprüft werden, inwieweit die nach IEC 61508 und DIN EN ISO 13849 geforderten Überwachungs- und Diagnosemethoden in der Lage sind, EMV-Störungen aufzudecken und einen sicheren Zustand herbeizuführen sowie welche Prüfpegel und EMV- Phänomene zur Sicherstellung der Anforderungen an funktional sichere Maschinen, Anlagen und Komponenten notwendig bzw. übertrieben sind.

Aktivitäten/Methoden:

Es wird eine Analyse der geforderten Hardware- und Softwarestruktur (Forderungen in IEC 61508 und DIN EN ISO 13849) durchgeführt, inwieweit die schon im Rahmen der Funktionalen Sicherheit vorhandenen Diagnose- und Überwachungs-Mechanismen eine Beeinflussung durch elektromagnetische Störfelder aufdecken und einen sicheren Zustand herbeiführen können. Eine Computersimulation soll das Reaktionsverhalten einer elektronischen Schaltung auf gleichzeitige EMV-Phänomene aufzeigen. Eine im IFA programmierte Mikrocontroller-Applikation mit selektierbarer EMV-Störfestigkeit (Filterung, Transientenschutz, Schirmung, Diagnose) wird einer derzeit nicht normativen EMV-Prüfung mit sehr hohen Prüfpegeln ausgesetzt (Nahfeldsonden, Hochfrequenz-Zelle), um zu erkennen, welche Mechanismen ausreichend sind, einen sicheren Zustand herbeizuführen. Auch funkgesteuerte handelsübliche Elektronik mit bereits integrierten, nicht sicheren Überwachungsfunktionen werden in der Hochfrequenz-Zelle hohen Feldstärken sowie Mischfrequenzen ausgesetzt, um zu überprüfen, ob diese bei hoher Hochfrequenz-Feldstärke gefährlich versagen. Einige bereits zertifizierte, funktional sichere Komponenten werden mitüberprüft.

Das Ergebnis der EMV-Prüfung wird in den Normungsgremien vorgetragen.

Ergebnisse:

Es konnte gezeigt werden, dass elektronische Sicherheitsbauteile mit zwei Kanälen und den für die funktionale Sicherheit notwendigen Diagnosemaßnahmen EMV-Störungen zuverlässig erkennen und den sicheren Zustand herbeiführen. Gefährliche Ausfälle konnten nicht provoziert werden. Hieraus ist zu schließen, dass die erforderliche EMV-Festigkeit bei zweikanaliger Elektronik bereits gegeben ist, wenn die Fehler erkennenden Maßnahmen für die funktionale Sicherheit entsprechend IEC 61508, IEC 61800-5-2 bzw. ISO 13849-1 implementiert sind. Es ist nicht erforderlich, aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit zu den bereits in der IEC 61508 bzw. IEC 61326-3-1 erhöhten Störfestigkeitsanforderungen zusätzliche Anforderungen zu stellen. Aufgrund der üblicherweise eingesetzten Diagnosemaßnahme „Kreuzweiser Datenvergleich“ ist auch nicht zu erwarten, dass unter Einwirkung von zusätzlichen EM-Phänomenen, einer bisher nicht betrachteten Kombination von EM-Phänomenen oder unter höheren Prüfpegeln gefährliche Zustande auftreten könnten.

Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden im zuständigen Normungsgremium vorgestellt. Eine technisch unnötige Verschärfung der Prüfanforderungen konnte dadurch verhindert werden.

Stand: