Einführung in die funktionale Sicherheit: SIL-Bestimmung, PFD-Berechnung und Architektur-Constraints nach IEC 61508 und IEC 62061.
PFD_avg = λ_DU × T₁ / 2Ausfallwahrscheinlichkeit bei Anforderung
SFF = (λ_S + λ_DD) / (λ_S + λ_D)Anteil sicherer und erkannter Ausfälle
Funktionale Sicherheit beschreibt die Fähigkeit eines Systems, bei Fehlern einen sicheren Zustand zu erreichen oder aufrechtzuerhalten. Die internationalen Normen IEC 61508 (allgemein) und IEC 62061 (Maschinen) definieren Anforderungen an sicherheitsrelevante Steuerungen.
Das Kernkonzept ist die Risikoreduktion durch sicherheitsgerichtete Funktionen, deren Zuverlässigkeit durch den Safety Integrity Level (SIL) quantifiziert wird.
| Norm | Anwendungsbereich | Typ |
|---|---|---|
| IEC 61508 | Alle Branchen (Grundnorm) | Sektorübergreifend |
| IEC 62061 | Maschinensteuerungen | Maschinen |
| ISO 13849 | Steuerungen an Maschinen | Maschinen (PL statt SIL) |
| IEC 61511 | Prozessindustrie | Sektor |
| IEC 61513 | Kernkraftwerke | Sektor |
| SIL | PFD (Ausfallwahrscheinlichkeit) | Risikoreduktionsfaktor |
|---|---|---|
| 4 | 10⁻⁵ bis < 10⁻⁴ | 10.000 - 100.000 |
| 3 | 10⁻⁴ bis < 10⁻³ | 1.000 - 10.000 |
| 2 | 10⁻³ bis < 10⁻² | 100 - 1.000 |
| 1 | 10⁻² bis < 10⁻¹ | 10 - 100 |
| SIL | PFH (Ausfälle pro Stunde) |
|---|---|
| 4 | 10⁻⁹ bis < 10⁻⁸ |
| 3 | 10⁻⁸ bis < 10⁻⁷ |
| 2 | 10⁻⁷ bis < 10⁻⁶ |
| 1 | 10⁻⁶ bis < 10⁻⁵ |
| SFF | Typ A (einfach) | Typ B (komplex) |
|---|---|---|
| < 60% | SIL 1 / HFT 0 | nicht erlaubt |
| 60-90% | SIL 2 / HFT 0 | SIL 1 / HFT 1 |
| 90-99% | SIL 3 / HFT 0 | SIL 2 / HFT 1 |
| ≥ 99% | SIL 3 / HFT 0 | SIL 3 / HFT 1 |
| Architektur | Beschreibung | Typischer Einsatz |
|---|---|---|
| 1oo1 | Single Channel | SIL 1, einfache Anwendungen |
| 1oo2 | Beide Kanäle müssen ausfallen | SIL 2-3, hohe Verfügbarkeit |
| 2oo2 | Ein Kanal reicht für Sicherheit | SIL 2, hohe Sicherheit |
| 2oo3 | Voting (2 von 3) | SIL 3-4, höchste Anforderungen |
Aufgabe
SIL 2 mit 1oo2-Architektur, λ_D = 5×10⁻⁶/h, DC = 90%
Lösung
PFD < 10⁻³ → SIL 3 erreichbar (übertrifft SIL 2)
Funktionale Sicherheit – Kurzübersicht:
| Aspekt | IEC 61508 / IEC 62061 |
|---|---|
| Kennzahl | SIL 1-4 |
| Low Demand | PFD (Ausfallwahrscheinlichkeit) |
| High Demand | PFH (Ausfälle/Stunde) |
| Architektur | 1oo1, 1oo2, 2oo2, 2oo3 |
| Nachweis | FMEDA + Berechnung + FSA |
Wichtig: Für Maschinensteuerungen wird oft ISO 13849 mit Performance Level (PL a-e) anstelle von SIL verwendet. Die Normen sind vergleichbar, aber nicht identisch (PL d ≈ SIL 2).
SIL (Safety Integrity Level) stammt aus IEC 61508/62061, PL (Performance Level) aus ISO 13849. Beide beschreiben die Zuverlässigkeit von Sicherheitsfunktionen, aber mit unterschiedlichen Berechnungsmethoden. Etwa: PL d ≈ SIL 2, PL e ≈ SIL 3.
Ein unabhängiges FSA ist ab SIL 3 vorgeschrieben. Für SIL 1-2 kann es firmenintern durchgeführt werden, aber eine unabhängige Prüfung ist empfohlen.
Typ A sind "simple" Komponenten mit bekanntem Ausfallverhalten (z.B. Relais). Typ B sind "complex" Komponenten wie SPS oder Mikrocontroller. Typ B erfordert strengere Architektur-Constraints.