Sicheres Kalkül

DER AUTOR Thomas Kramer-Wolf ist Fachreferent Normen bei der Pilz GmbH & Co. KG in Ostfildern.

EN ISO 13849-1 bzw. EN/IEC 62061 schreiben die Bewertung und Berechnung von Sicherheitsfunktionen vor. Ergebnis dieser „Rechenübung“ sind der Performance Level (PL) bzw. der Safety Integrity Level (SIL), welche die Ausfallwahrscheinlichkeit einer Steuerung ausdrücken. Um die Berechnung zu erleichtern, werden am Markt verschiedene Software-Werkzeuge angeboten. Deren Verwendung ist in der Praxis nicht ohne Hürden: Die für die Berechnung notwendigen Kennwerte der Komponenten unterscheiden sich im Format von Hersteller zu Hersteller – und nicht jedes Format lässt sich bis dato auch in jedem Berechnungs-Tool verwenden.

Mit dem Einheitsblatt 66413 mit dem Titel „Funktionale Sicherheit – Universelle Datenbasis für sicherheitsbezogene Kennwerte von Komponenten oder Teilen von Steuerungen“ löste der VDMA das Problem eines fehlenden einheitlichen Datenformats. Das Einheitsblatt erlaubt die einheitliche und herstellerübergreifende Berechnung der sicherheitsbezogenen Kennwerte von Steuerungen. Es beschreibt die erforderlichen Sicherheitskenndaten und die Form, in der diese bereitgestellt werden. Ein Ergebnis aus dem Arbeitskreis war letztlich die Struktur einer einheitlichen Bibliothek im XML-Format. Mittels dieser Schemadatei können Programme prüfen, ob die Daten plausibel und valide sind.

Geprüfte und zertifizierte Berechnungstools, die die Formeln und Kriterien der EN ISO 13849-1 abbilden, bieten die Möglichkeit, komplette Bauteilbibliotheken von Herstellern ohne erneute Eingabe der Sicherheitskenndaten verarbeiten zu können. Die Wahrscheinlichkeit von Fehlern wird damit drastisch reduziert und gleichzeitig der Aufwand für die Berechnungen auf ein Minimum reduziert.

In der neuen Version des Safety Calculator PAScal von Pilz sind nun die erforderlichen Kenndaten bereits im offenen Datenformat des VDMA hinterlegt. Damit Anwender vorhandene Datenbestände und Berechnungen weiter nutzen können, bietet PAScal als erste Berechnungssoftware einen Konverter an. Mit ihm können Daten aus anderen oder bestehenden Formaten (wie z.B. Sistema) in das neue VDMA-66413-Bibliotheksformat übertragen werden. Das ist Voraussetzung für eine möglichst unkomplizierte Berechnung der notwendigen Kennwerte. Dazu ermöglicht er einen durchgängigen Datenfluss bei der Konstruktion von Maschinen und Anlagen.

Der Safety Calculator PAScal unterstützt den Anwender Schritt für Schritt. Im ersten Schritt werden die allgemeinen Daten des Projekts oder der Maschine erfasst. Das ist wahlweise anhand eines vorgegebenen Arbeitsablaufs möglich oder direkt in einer Projektverwaltung. Die Versionsverfolgung geschieht hierbei sowohl über eine automatische Änderungsverfolgung mit aktuellem Datum als auch über eine frei zu vergebende Versionsnummer.

Anschließend werden die zugehörigen Sicherheitsfunktionen für alle Risiken sukzessive angelegt. Basis für die Berechnung sind dabei die harmonisierten Sicherheitsnormen EN ISO 13849-1 und EN/IEC 62061. Am Beispiel der EN ISO 13849-1 werden hier die Sicherheitsfunktionen benannt, deren Funktion beschrieben und die erforderlichen PL direkt eingegeben oder über den Risikographen ermittelt. Wahlweise ist dies auch mit der EN/IEC 62061 (SIL) möglich.

Als nächstes folgt die Modellierung der einzelnen Sicherheitsfunktionen aus den vorhandenen Schaltplänen. Dank umfangreicher Bibliotheken können Komponenten mittels „Drag and Drop“ aus den Bibliotheken in das Fenster des Editors gezogen werden. Eine Suchfunktion hilft bei der Identifikation der korrekten Komponenten. Die Auswahl zwischen den unterschiedlichen Versionen oder Verwendungsarten eines Gerätes wird dabei erst nach der grundsätzlichen Geräteauswahl erforderlich. Falls notwendig, können Dokumente, Bilder, Schaltpläne oder andere Dokumente hinzugefügt werden, um die Beurteilung aussagekräftiger zu machen.

Bei Komponenten, deren Verschleiß von der Zahl der Schaltzyklen abhängt, hilft ein integriertes Umrechnungstool diese Werte zu ermitteln. Welche Daten für das jeweilige Gerät oder die jeweilige Struktur erforderlich sind, zeigt PAScal an. Entsprechend erfolgt auch die Bewertung der Fehler gemeinsamer Ursache (CCF, Common Cause Failure) mittels Programmunterstützung. Hierbei ist der Fragenkatalog der EN ISO 13849-1 als Checkliste umgesetzt – mit der Option, die Einträge zu kommentieren.

Solange der erforderliche Sicherheitslevel PLr noch nicht erreicht ist, geben Warnhinweise und Markierungen der kritischen Elemente Hilfe für die weitere Betrachtung. Im SRP/CS-Ergebnis-Tab kann hierzu während der kompletten Modellierung der aktuelle Stand der Bewertung für alle Sicherheitsfunktionen eingesehen werden. Der abschließende Report enthält alle erforderlichen Informationen zur Archivierung und kann in Umfang, Design und Sprache an die eigenen Erfordernisse angepasst werden. Weil sich Projekte häufig ähneln, kann der Anwender in PAScal zudem auf vorliegende Daten zugreifen und so beim nächsten Projekt Zeit sparen. co

Unterstützung bei der Risikobeurteilung: Mit dem Safety Calculator PAScal unterstützt Pilz bei der im Rahmen der Risikobeurteilung vorgeschriebenen Bewertung und Berechnung von Sicherheitsfunktionen. Ergebnis dieser Berechnungen sind der Performance Level (PL) bzw. der Safety Integrity Level (SIL), welche die Ausfallwahrscheinlichkeit einer Steuerung ausdrücken. Die Software kann mittels eines grafischen Editors Sicherheitsfunktionen modellieren und deren Struktur sowie das Nutzungsverhalten der einzelnen Komponenten komfortabel bestimmen. Durch umfangreiche Bibliotheksfunktionen ist es möglich Gerätekenndaten in den gängigen Bibliotheksformaten zu importieren oder eigene Bibliotheken zu erstellen und zu verwalten. Das Ergebnis wird mit den erforderlichen Sicherheitskenngrößen der Sicherheitsfunktionen verglichen und grafisch dargestellt.