Bevor der Konstruktionsprozess startet, ist es wichtig, die Steuerungsintegrität des Sicherheitssystems zu besprechen. Seit vielen Jahren verwenden ANSI-Normen und OSHA den Begriff „fehlersicher“, um die Anforderungen an Sicherheitssysteme für den Einsatz in gefährlichen Anwendungen und für alternative Lockout-Methoden zu definieren. Internationale Normen wie ISO 13849-1, -2 und IEC 62061 sowie die Maschinenrichtlinie verwenden Begriffe wie „Performance Level (PL)“ und „Safety Integrity Level (SIL)“, um ähnliche Konzepte und Anforderungen zu beschreiben.
Steuerungszuverlässigkeit
In den ANSI-Normen wird Fehlersicherheit als „die Fähigkeit des [Maschinen-]Steuerungssystems, der technischen Steuergeräte, anderer Steuerungskomponenten und der zugehörigen Schnittstellen definiert, im Falle eines Ausfalls innerhalb der sicherheitsrelevanten Teile des Steuerungssystems einen sicheren Zustand zu erreichen.“ In der Praxis bedeutet dies, dass die Sicherheitsfunktion nicht nur redundant ausgelegt ist, sondern auch überwacht wird, um sicherzustellen, dass sie funktioniert und die Redundanz erhalten bleibt.
Fehlersichere Ventile werden überall dort eingesetzt, wo Zuverlässigkeit für hydraulische oder pneumatische Systeme entscheidend ist. Typische Anwendungen für fehlersichere Ventile der Kategorie 3 oder 4 umfassen Not-Aus-Schalter, Zweihandsteuerungen, Lichtvorhänge, Sicherheitstore, pneumatische Verriegelungen für Sicherheitstore, Hydraulikbremsen, Luftbremsen, Luft- und Hydraulikkupplungen, Stangenverriegelungen und jede andere Anwendung, bei der die Funktionsfähigkeit des Ventils die Sicherheit des Systems gewährleistet.
Ein weiteres Anwendungsgebiet für fehlersichere Ventile sind alternative Maßnahmen zur Lockout/Tagout (LOTO) bei produktionsbezogenen Aufgaben. In den USA müssen Ventile, die zur Energieisolierung bei Produktionsaufgaben verwendet werden und nicht verriegelbar sind, fehlersicher sein, um den OSHA-Vorgaben zu entsprechen.
Leistungsfähigkeit des Sicherheitssystems gemäß ISO 13849-1
ISO 13849-1 definiert die Prinzipien und Anforderungen für das Design von Sicherheitskreisen und die Auswahl von Geräten. Teil des Auswahlprozesses ist es, detaillierte Spezifikationen und Sicherheitsdaten für mögliche Komponenten zu sammeln, die für jede Sicherheitsfunktion in Betracht gezogen werden. So wird sichergestellt, dass das System die erforderliche Performance Level (PLr) erfüllt oder übertrifft, wenn die Komponenten integriert werden.
Um einen geeigneten Schaltkreis für eine Sicherheitsfunktion zu entwerfen, sollte eine Zielkategorie (Struktur) ausgewählt und Komponenten gewählt werden, die dieses Ziel erfüllen oder übertreffen (z.B. Kategorie 3). Die Zuverlässigkeitsdaten jeder Komponente sollten bewertet und zur Berechnung der mittleren Zeit bis zum gefährlichen Ausfall (MTTFD) des gesamten Systems verwendet werden.
Danach sollte eine Überwachungsmethode gewählt und die System-Diagnoseabdeckung berechnet werden, um das erforderliche Performance Level zu erreichen. Maßnahmen gegen häufige Fehlerursachen müssen ebenfalls bewertet und mit einer Mindestpunktzahl von 65 Punkten versehen werden.
Wenn all dies erledigt ist, können die resultierenden Kategorien, MTTFD, Diagnoseabdeckung (DC) und Informationen zu häufigen Fehlerursachen (CCF) verwendet werden, um zu überprüfen, ob das vorgeschlagene System das erforderliche Performance Level (PLa = PLr) erreicht. Falls das erreichte Performance Level des vorgeschlagenen Systems das erforderliche Level nicht erfüllt, muss eine andere Kombination von Komponenten mit unterschiedlichen Kategorien, MTTFD, DC und/oder CCF geprüft werden. Dies erfordert oft eine andere Auswahl von Komponenten und kann ein iterativer Prozess sein, um ein System zu entwickeln, das das Risiko effektiv reduziert. Beispiele für diesen Berechnungsprozess sind unten dargestellt.
Vorteile von ISO 13849
ISO 13849 bietet einen systematischen Ansatz zur Gestaltung von Sicherheitssystemen und liefert quantitative und qualitative Analysefaktoren für Zuverlässigkeit und Diagnostik. Nach dieser Norm müssen Benutzer Sicherheitssysteme unter Berücksichtigung und Umsetzung von Prinzipien des Functional Safety Management (FSM) entwerfen.
