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Risikograph und "Säulendiagramm" zur Ermittlung des geforderten und erreichten Performance Levels
Bild: IFA
Die Sicherheit der Bedienperson hängt insbesondere bei komplexen Maschinen von der Zuverlässigkeit der Steuerung ab. Grundlage für die Bewertung der Sicherheit komplexer Maschinensteuerungen ist die Norm DIN EN ISO 13849-1. Das Institut für Arbeitsschutz der DGUV (IFA) stellt Unterstützung für deren Anwendung zur Verfügung:
Die praktische Anwendung der Norm steht im Mittelpunkt der Reports 2/2017 "Funktionale Sicherheit von Maschinensteuerungen - Anwendung der DIN EN ISO 13849" und 4/2018 "Sichere Antriebssteuerungen mit Frequenzumrichtern". Sie sind als Lehrbuch und Nachschlagewerk geschrieben. Von der Risikobewertung der Steuerung bis zum detaillierten Nachweis der Sicherheit von Maschinensteuerungen ist alles in den Reports enthalten - unterstützt durch viele anwendungsbezogene Beispiele. Dabei werden die einzelnen erforderlichen Schritte systematisch erklärt. Auch die nicht quantifizierbaren Aspekte wie Fehlervermeidung bei der Entwicklung und in der Software sind ausführlich erläutert. In der Praxis erarbeitete Erweiterungen und Hilfen ergänzen die ausführliche Aufbereitung der Norminhalte. 55 detailliert beschriebene und mit SISTEMA berechnete Beispiele unterschiedlichster Steuerungsanwendungen vervollständigen die beiden Reports.
Der IFA-Report 2/2017 berücksichtigt im Wesentlichen die Änderungen der Norm DIN EN 13849-1 aus dem Jahr 2016. Deren geänderte Passagen verbessern in erster Linie ihre Lesbarkeit und Anwendbarkeit. Zu den wesentlichen Neuerungen gehören u. a. die Berücksichtigung der Eintrittswahrscheinlichkeit eines Gefährdungsereignisses bei der Festlegung des erforderlichen Performance Levels (PLr), ein neues vereinfachtes Verfahren zur PL-Bestimmung für den Ausgangsteil des sicherheitsbezogenen Steuerungsteils (SRP/CS) und ein Vorschlag zum Umgang mit Anforderungen an Sicherheitsbezogene Embedded Software (SRESW) bei Verwendung von Standardkomponenten. In Kapitel 4.4 des IFA Reports 2/2017 findet sich eine tabellarische Übersicht der Änderungen.
Die Schaltungsbeispiele in Kapitel 8 des Reports wurden auf der Basis der obigen Normänderungen gegenüber der vorherigen Ausgabe (BGIA-Report 2/2008) durchgängig aktualisiert.
Als Hilfe für die Leserinnen und Leser, die mit dem BGIA-Report 2/2008 bereits vertraut sind, sind an den Kapitelanfängen dieses neuen Reports die wesentlichen Änderungen gegenüber dem BGIA-Report 2/2008 jeweils kurz zusammengefasst.
Der Report 1/2020 richtet sich an Software-Entwickler, die sicherheitsbezogene Embedded-Software (SRESW) für Maschinen im Rahmen der DIN EN ISO 13849-1 erstellen und überprüfen. Die Erläuterungen dienen der Interpretation der normativen Anforderungen und sollen eine Empfehlung und Richtschnur für den Weg durch die verschiedenen Phasen des Software-Sicherheitslebenszyklus sein.
Das Programm SOFTEMA (Software von Steuerungen an Maschinen) unterstützt die normgerechte Entwicklung der sicherheitsbezogenen Anwendungssoftware für speicherprogrammierbare Sicherheitssteuerungen. Es setzt damit die im IFA Report 2/2016 beschriebene Matrix-Methode des IFA um. Durch die Nutzung bereits geprüfter Software-Funktionsbausteine für die Eingangs- und Ausgangsebene reduziert sich die Programmierung der Sicherheitsfunktionen auf einfache logische Verknüpfungen. Für jedes Projekt wird eine Arbeitsmappe mit mehreren Tabellenblättern angelegt, die Schritt für Schritt durch die Phasen des in der Norm beschriebenen V-Modells des Software-Lebenszyklus führen. SOFTEMA unterstützt die in der Norm geforderte Anwendung fehlervermeidender Maßnahmen bei der Entwicklung, Validierung, Dokumentation und Modifikation der Anwendungssoftware und kann mithilfe des SOFTEMA-Codegenerators direkt ausführbaren Code erzeugen.
Das PC-Programm SISTEMA (Sicherheit von Steuerungen an Maschinen) bildet alle Aspekte des normativ beschriebenen Rechenverfahrens zur Ermittlung der Ausfallwahrscheinlichkeit von Steuerungen übersichtlich ab. In SISTEMA sind alle Daten hinterlegt, die dem Anwender helfen, die für eine Steuerung wichtigen Parameter auszuwählen und zu verwalten. SISTEMA bietet eine intuitive Bedienung: Wizard-, Hilfe- und Reportfunktionen erleichtern Bedienung und Dokumentation der Eingaben.
Um die Anwendung der DIN EN ISO 13849-1 mit der SISTEMA-Software zu vereinfachen, steht die offene Reihe der SISTEMA-Kochbücher zur Verfügung. Sie wird sukzessive ergänzt. Die Kochbücher beschreiben die vorbereitenden Schritte bis zur Eingabe von Daten in SISTEMA und informieren über besondere technische Aspekte der SISTEMA-Software.
Zur Bestimmung des Performance Levels (PL) von sicherheitsbezogenen Maschinensteuerungen entwickelte das IFA gemeinsam mit dem Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie (ZVEI) und dem Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau - VDMA eine praktisch handhabbare Drehscheibe. Durch Einstellung von nur wenigen Parametern können die mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit PFHD und der PL ermittelt werden.
Die Sicherheitsnorm DIN EN ISO 13849 (vorher DIN EN 954) beschreibt die normativen Anforderungen an sicherheitsbezogene Maschinensteuerungen sehr detailliert. Der erste Teil "Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen – Teil 1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze" wurde nach zehnjähriger erfolgreicher Anwendung einer grundsätzlichen Revision unterzogen und 2007 neu veröffentlicht. Dabei sind bewährte Anforderungen wie die Einteilung in fünf über die Struktur definierte Steuerungskategorien zusammen mit einer mathematischen Abschätzung der Ausfallwahrscheinlichkeit in das neue Konzept der sogenannten Performance Level (PL) eingeflossen. Auch wenn weitgehend auf die bewährten Kategorien und Sicherheitsprinzipien aufgebaut wurde, ist die Bewertung von Maschinensteuerungen durch die Revision nicht einfacher geworden. Die inhaltliche Modernisierung berücksichtigt außerdem neue Technologien wie Elektronik und Software. Deshalb benötigen Industrie und Prüfstellen für die Umsetzung der neuen Konzepte praktische Interpretations- und Anwendungshilfen. Die Änderung 1 der DIN EN ISO 13849-1, die 2016 zur dritten Ausgabe der Norm führte, übernimmt einige dieser in der Praxis entstandenen Konzepte.
Die 2023 erschienene vierte Ausgabe der Norm ist das Ergebnis einer weiteren grundlegenden Überarbeitung. Dabei wurden die Struktur der Norm konsequent an den Entwicklungsablauf angeglichen und die Validierungsanforderungen aus Teil 2 der Norm übernommen. Weitere wichtige Ergänzungen bilden das Management der funktionalen Sicherheit, die detaillierte Spezifikation der Sicherheitsfunktionen, die Aufspaltung in Teilsysteme, Hinweise zur Umsetzung der elektromagnetischen Störfestigkeit und weitere Klarstellungen bei den Hardware- und Software-Anforderungen. Zeitgleich zum Erscheinen der Norm hat das IFA einen detaillierten Überblick mit Fokus auf den Änderungen veröffentlicht.
Das IFA hat die Revision und Änderung der DIN EN ISO 13849-1 maßgeblich gestaltet. Seine umfangreiche Erfahrung aus Forschung und Produktprüfungen konnte so erfolgreich in die Normung zurückgespeist werden. Umgekehrt konnten durch die enge Mitarbeit die wesentlichen Normänderungen schon frühzeitig in Form von Veröffentlichungen vermittelt werden. Die ständig aktualisierten kostenlosen IFA-Hilfen begleiten die Normanwender (kleine und mittelständische Betriebe, Hersteller und Betreiber von Sicherheitskomponenten und Maschinen, Prüfstellen, Präventionsabteilungen der Unfallversicherungsträger) sowohl beim Einstieg in die neuen Inhalte, als auch bei der täglichen Bewertung konkreter Konzepte.
in der Publikationsdatenbank des IFA
Stellv. Direktor des IFA
Unfallprävention: Digitalisierung - Technologien
Tel: +49 30 13001-3500