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SIL in der Praxis
Nachweis der SIL-Erreichung
Dr. Andreas Hildebrandt
Andreas Hildebrandt Folie 2
Restrisiko
Andreas Hildebrandt Folie 3
Quelle: DIN EN 61511-1 - Bild 8
Gefährdungs- und Risiko-Beurteilung1
Zuordnung der Sicherheitsfunktionen
zu den Schutzebenen2
Spezifikation der Sicherheits-
anforderungen an das SIS3
Entwurf u.Planung anderer Maß-
nahmen zur Risikoreduzierung
Entwurf und Planung des SIS
4
Außerbetriebsetzung8
Änderung
7
Betrieb und Instandhaltung6
Montage, Inbetriebnahme und Validierung5
Stufe 5
Stufe 4
Stufe 3
Stufe 2
Stufe 1
Aufbau
und
Planung
des
Sicher-
heits-
lebens-
zyklus
11
Manage-
ment und
Beurtei-
lung der
funktio-
nalen
Sicherheit
und Audits
10
Verifika-
tion
9
Sicherheitslebenszyklus
EN 61511 Teil 1
Andreas Hildebrandt Folie 4
Erforderliche Risikoreduzierung
EN 61511 Teil 3
SIL 1SIL 2SIL 3
Andreas Hildebrandt Folie 5
Risikoreduzierende Einrichtung
Betriebstechnische
Einrichtung
(keine SIL-Bewertung)
Schutzeinrichtung
bzw. Z-Funktion
(SIL-bewertet)
Andreas Hildebrandt Folie 6
Erreichbare Risikoreduzierung
Die mit einer Schutzeinrichtung
erreichbare Risikoreduzierung steht
und fällt mit deren Zuverlässigkeit !
Andreas Hildebrandt Folie 7
Versagensursache
Fehler
prinzipiell vermeidbar prinzipiell unvermeidbar
zufällige Fehlersystematische Fehler
FSM-System
nicht vermieden
Diagnose
Fail Safe
Redundanz
Probabilistik
Diagnose
Fail Safe
diversitäre Redundanz
✔✔
Maßnahmen ausreichend?
2. HFT 3. PFD
1. FSM
Andreas Hildebrandt Folie 8
Drei Komponenten der Sicherheitsintegrität
Dirk Hablawetz, Norbert Matalla, Gerhard Adam: IEC 61511 in der Praxis, atp 10/2007
Andreas Hildebrandt Folie 9
Systematische Fehler vermeiden
EN 61511 Teil 1
Andreas Hildebrandt Folie 10
Systematische und zufällige Fehler beherrschen
EN 61511 Teil 1
Wenn „betriebsbewährt“:!
0!
0!
1!
Andreas Hildebrandt Folie 11
Systematische SIL-Eignung für SIL 3
min. SIL 2 und
betriebsbewährt
min. SIL 2 und
betriebsbewährt
SIL 3
min. SIL 2
min. SIL 2
min. SIL 2 und
betriebsbewährt
min. SIL 2 und
betriebsbewährt
min. SIL 2
min. SIL 2
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Maximal erlaubte Versagenswahrscheinlichkeit
EN 61511 Teil 1
Andreas Hildebrandt Folie 13
Berechnung der PFD des Demonstrationsmodells
„Kochrezept“:
1.  Zuverlässigkeits-Blockschaltbild (RBD) zeichnen
2.  Gerätedaten ermitteln und in das RBD eintragen
3.  RBD iterativ vereinfachen durch
–  Addition der Ausfallraten oder der PFD-Werte

(bei serieller Struktur)
–  Anwendung entsprechender Formeln

(bei redundanter Struktur)
Andreas Hildebrandt Folie 14
PFD-Berechnung des Demonstrationsmodells
Andreas Hildebrandt Folie 15
Zuverlässigkeitsblockschaltbild (RBD)
Sensor 1 / Interface 1 Trenn. 1
Sensor 2 Interface 2
Inp. 1
Inp. 2
1oo2 CPU
MV 1
SSPS
Outp. 1
Outp. 2
Antrieb 1 Ventil 1
Trenn. 2 MV 2 Antrieb 2 Ventil 2
1oo2
λDU = 1,3E-7 1/h 9,7E-9
8,0E-8 4,4E-8
2,1E-10
9,6E-10
1oo2 CPU
3,1E-10
SSPS
6,6E-10
7,2E-10
1,3E-8 5,5E-8
6,6E-8 1,9E-8 8,5E-9 1,2E-7
1oo2
Andreas Hildebrandt Folie 16
Vereinfachung bei „Reihenschaltung“
Verfahren zur Berechnung einkanaliger (Teil)Systeme
PFD)diefürauch(Gilt
321 λλλλ ++=Teilsystem
Modul 1
λ1
Modul 2
λ2
Modul 3
λ3
Teilsystem
λTeilsystem
Andreas Hildebrandt Folie 17
Vereinfachung bei Redundanz
Verfahren zur Berechnung eines 1oo2 - (Teil)Systems
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TT
PFD DUDU
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⋅+
⋅
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λ
β
λ
Modul 1
λ1
1oo2
Modul 2
λ2
redundantes
Teilsystem
PFD1oo2
VDI/VDE 2180 Blatt 4
Andreas Hildebrandt Folie 18
Annahmen für die Berechnung der PFD
Wiederholungsprüfungsintervall T1 = 1 Jahr = 8760 h
Fehleranteil mit gemeinsamer Ursache β = 0,1 (10%)
Die Reparaturzeit (MTTR) ist vernachlässigbar kurz
Andreas Hildebrandt Folie 19
1. Iterationsschritt zur Vereinfachung des RBD
Sensor 1 / Interface 1 Trenn. 1
Sensor 2 Interface 2
Inp. 1
Inp. 2
1oo2 CPU
MV 1
SSPS
Outp. 1
Outp. 2
Antrieb 1 Ventil 1
Trenn. 2 MV 2 Antrieb 2 Ventil 2
1oo2
λDU = 1,3E-7 1/h 9,7E-9
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1oo2 CPU
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1,3E-8 5,5E-8
6,6E-8 1,9E-8 8,5E-9 1,2E-7
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Andreas Hildebrandt Folie 20
2. Iterationsschritt zur Vereinfachung des RBD
Eingangsteilsystem 1
1oo2 CPU 1oo2
Ausgangsteilsystem 2
Ausgangsteilsystem 1
Eingangsteilsystem 2
1oo2 PFDCPU = 3,5E-8 1oo2
λEingangsteilsytem 1 = 1,3E-7 1/h
λEingangsteilsytem 2 = 1,2E-7 1/h
λAusgangsteilsytem 1 = 7,9E-8 1/h
λAusgangsteilsytem 2 = 2,1E-7 1/h
Andreas Hildebrandt Folie 21
3. Iterationsschritt zur Vereinfachung des RBD
PFDCPU = 3,5E-8
( )
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1
1
2
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≈
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stemEingangssy
stemEingangssy
ilsystemEingangste
ilsystemEingangste
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PFD
PFD
TT
PFD λβ
λ
PFDEingangssystem = 5,7E-5 PFDAusgangssystem = 9,3E-5
PFDGesamt = 1,5E-4
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2
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103,9
2
8760
101,21,0
3
8760101,2
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−
−
−
⋅≈
⋅⋅⋅+
⋅⋅
≈
⋅⋅+
⋅
≈
stemAusgangssy
stemAusgangssy
ilsystemAusgangste
ilsystemAusgangste
stemAusgangssy
PFD
PFD
TT
PFD λβ
λ
worst case worst case
1oo2 PFDCPU = 3,5E-8 1oo2
λEingangsteilsytem 1 = 1,3E-7 1/h
λEingangsteilsytem 2 = 1,2E-7 1/h
λAusgangsteilsytem 1 = 7,9E-8 1/h
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Andreas Hildebrandt Folie 22
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SIL in der Praxis (GER)

  • 1. SIL in der Praxis Nachweis der SIL-Erreichung Dr. Andreas Hildebrandt
  • 3. Andreas Hildebrandt Folie 3 Quelle: DIN EN 61511-1 - Bild 8 Gefährdungs- und Risiko-Beurteilung1 Zuordnung der Sicherheitsfunktionen zu den Schutzebenen2 Spezifikation der Sicherheits- anforderungen an das SIS3 Entwurf u.Planung anderer Maß- nahmen zur Risikoreduzierung Entwurf und Planung des SIS 4 Außerbetriebsetzung8 Änderung 7 Betrieb und Instandhaltung6 Montage, Inbetriebnahme und Validierung5 Stufe 5 Stufe 4 Stufe 3 Stufe 2 Stufe 1 Aufbau und Planung des Sicher- heits- lebens- zyklus 11 Manage- ment und Beurtei- lung der funktio- nalen Sicherheit und Audits 10 Verifika- tion 9 Sicherheitslebenszyklus EN 61511 Teil 1
  • 4. Andreas Hildebrandt Folie 4 Erforderliche Risikoreduzierung EN 61511 Teil 3 SIL 1SIL 2SIL 3
  • 5. Andreas Hildebrandt Folie 5 Risikoreduzierende Einrichtung Betriebstechnische Einrichtung (keine SIL-Bewertung) Schutzeinrichtung bzw. Z-Funktion (SIL-bewertet)
  • 6. Andreas Hildebrandt Folie 6 Erreichbare Risikoreduzierung Die mit einer Schutzeinrichtung erreichbare Risikoreduzierung steht und fällt mit deren Zuverlässigkeit !
  • 7. Andreas Hildebrandt Folie 7 Versagensursache Fehler prinzipiell vermeidbar prinzipiell unvermeidbar zufällige Fehlersystematische Fehler FSM-System nicht vermieden Diagnose Fail Safe Redundanz Probabilistik Diagnose Fail Safe diversitäre Redundanz ✔✔ Maßnahmen ausreichend? 2. HFT 3. PFD 1. FSM
  • 8. Andreas Hildebrandt Folie 8 Drei Komponenten der Sicherheitsintegrität Dirk Hablawetz, Norbert Matalla, Gerhard Adam: IEC 61511 in der Praxis, atp 10/2007
  • 9. Andreas Hildebrandt Folie 9 Systematische Fehler vermeiden EN 61511 Teil 1
  • 10. Andreas Hildebrandt Folie 10 Systematische und zufällige Fehler beherrschen EN 61511 Teil 1 Wenn „betriebsbewährt“:! 0! 0! 1!
  • 11. Andreas Hildebrandt Folie 11 Systematische SIL-Eignung für SIL 3 min. SIL 2 und betriebsbewährt min. SIL 2 und betriebsbewährt SIL 3 min. SIL 2 min. SIL 2 min. SIL 2 und betriebsbewährt min. SIL 2 und betriebsbewährt min. SIL 2 min. SIL 2
  • 12. Andreas Hildebrandt Folie 12 Maximal erlaubte Versagenswahrscheinlichkeit EN 61511 Teil 1
  • 13. Andreas Hildebrandt Folie 13 Berechnung der PFD des Demonstrationsmodells „Kochrezept“: 1.  Zuverlässigkeits-Blockschaltbild (RBD) zeichnen 2.  Gerätedaten ermitteln und in das RBD eintragen 3.  RBD iterativ vereinfachen durch –  Addition der Ausfallraten oder der PFD-Werte
 (bei serieller Struktur) –  Anwendung entsprechender Formeln
 (bei redundanter Struktur)
  • 14. Andreas Hildebrandt Folie 14 PFD-Berechnung des Demonstrationsmodells
  • 15. Andreas Hildebrandt Folie 15 Zuverlässigkeitsblockschaltbild (RBD) Sensor 1 / Interface 1 Trenn. 1 Sensor 2 Interface 2 Inp. 1 Inp. 2 1oo2 CPU MV 1 SSPS Outp. 1 Outp. 2 Antrieb 1 Ventil 1 Trenn. 2 MV 2 Antrieb 2 Ventil 2 1oo2 λDU = 1,3E-7 1/h 9,7E-9 8,0E-8 4,4E-8 2,1E-10 9,6E-10 1oo2 CPU 3,1E-10 SSPS 6,6E-10 7,2E-10 1,3E-8 5,5E-8 6,6E-8 1,9E-8 8,5E-9 1,2E-7 1oo2
  • 16. Andreas Hildebrandt Folie 16 Vereinfachung bei „Reihenschaltung“ Verfahren zur Berechnung einkanaliger (Teil)Systeme PFD)diefürauch(Gilt 321 λλλλ ++=Teilsystem Modul 1 λ1 Modul 2 λ2 Modul 3 λ3 Teilsystem λTeilsystem
  • 17. Andreas Hildebrandt Folie 17 Vereinfachung bei Redundanz Verfahren zur Berechnung eines 1oo2 - (Teil)Systems 23 1 2 1 2 21 TT PFD DUDU oo ⋅ ⋅+ ⋅ = λ β λ Modul 1 λ1 1oo2 Modul 2 λ2 redundantes Teilsystem PFD1oo2 VDI/VDE 2180 Blatt 4
  • 18. Andreas Hildebrandt Folie 18 Annahmen für die Berechnung der PFD Wiederholungsprüfungsintervall T1 = 1 Jahr = 8760 h Fehleranteil mit gemeinsamer Ursache β = 0,1 (10%) Die Reparaturzeit (MTTR) ist vernachlässigbar kurz
  • 19. Andreas Hildebrandt Folie 19 1. Iterationsschritt zur Vereinfachung des RBD Sensor 1 / Interface 1 Trenn. 1 Sensor 2 Interface 2 Inp. 1 Inp. 2 1oo2 CPU MV 1 SSPS Outp. 1 Outp. 2 Antrieb 1 Ventil 1 Trenn. 2 MV 2 Antrieb 2 Ventil 2 1oo2 λDU = 1,3E-7 1/h 9,7E-9 8,0E-8 4,4E-8 2,1E-10 9,6E-10 1oo2 CPU 3,1E-10 SSPS 6,6E-10 7,2E-10 1,3E-8 5,5E-8 6,6E-8 1,9E-8 8,5E-9 1,2E-7 1oo2
  • 20. Andreas Hildebrandt Folie 20 2. Iterationsschritt zur Vereinfachung des RBD Eingangsteilsystem 1 1oo2 CPU 1oo2 Ausgangsteilsystem 2 Ausgangsteilsystem 1 Eingangsteilsystem 2 1oo2 PFDCPU = 3,5E-8 1oo2 λEingangsteilsytem 1 = 1,3E-7 1/h λEingangsteilsytem 2 = 1,2E-7 1/h λAusgangsteilsytem 1 = 7,9E-8 1/h λAusgangsteilsytem 2 = 2,1E-7 1/h
  • 21. Andreas Hildebrandt Folie 21 3. Iterationsschritt zur Vereinfachung des RBD PFDCPU = 3,5E-8 ( ) 5 7 227 1 1 2 1 2 1 107,5 2 8760 103,11,0 3 8760103,1 23 − − − ⋅≈ ⋅⋅⋅+ ⋅⋅ ≈ ⋅⋅+ ⋅ ≈ stemEingangssy stemEingangssy ilsystemEingangste ilsystemEingangste stemEingangssy PFD PFD TT PFD λβ λ PFDEingangssystem = 5,7E-5 PFDAusgangssystem = 9,3E-5 PFDGesamt = 1,5E-4 ( ) 5 7 227 1 2 2 1 2 2 103,9 2 8760 101,21,0 3 8760101,2 23 − − − ⋅≈ ⋅⋅⋅+ ⋅⋅ ≈ ⋅⋅+ ⋅ ≈ stemAusgangssy stemAusgangssy ilsystemAusgangste ilsystemAusgangste stemAusgangssy PFD PFD TT PFD λβ λ worst case worst case 1oo2 PFDCPU = 3,5E-8 1oo2 λEingangsteilsytem 1 = 1,3E-7 1/h λEingangsteilsytem 2 = 1,2E-7 1/h λAusgangsteilsytem 1 = 7,9E-8 1/h λAusgangsteilsytem 2 = 2,1E-7 1/h
  • 22. Andreas Hildebrandt Folie 22 Noch Fragen? Erst denken, dann rechnen! Dirk Hablawetz