Comparison of IEC 62061 und ISO 13849 standards

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IEC 62061, ISO 13849 …
Thomas.Boemer@dguv.de
FB Unfallverhütung/Produktsicherheit
… und wie geht es weiter?

2
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DKE Tagung zur IEC 61508
Maschinen-
industrie
Prozess-
industrie
EN ISO 13849 IEC 61508
Elektrik
Hydraulik
Pneumatik
Mechanik
IEC 61511
IEC 62061
Elektrik
Elektronik
programm. Elek.
(E/E/PE)
Normensituation: Funktionale Sicherheit

3
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n Grundkonzepte
IEC 62061 und EN ISO 13849
o Zur Anwendung
der Normen
p Beispiele aktueller
Entwicklungen und Ausblick

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IEC 62061
Safety Integrity Level
EN ISO 13849
Performance Level

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Sicherheits-Integritätslevel nach IEC 62061
Sicherheits-
Integritätslevel
niedrige
Anforderungsrate
mittlere Wahrscheinlichkeit die
entworfene Funktion auf Anforderung
nicht auszuführen
PFD
hohe Anforderungsrate
bzw. kontinuierliche
Anforderung
mittlere Wahrscheinlichkeit eines
gefahrbringenden Ausfalls pro Stunde
PFH
4 >= 10
-5
bis < 10
-4
>= 10
-9
bis < 10
-8
3 >= 10
-4
bis < 10
-3
>= 10
-8
bis < 10
-7
2 >= 10
-3
bis < 10
-2
>= 10
-7
bis < 10
-6
1 >= 10
-2
bis < 10
-1
>= 10
-6
bis < 10
-5
X XXXXXX
Im Maschinenschutz nur SIL 1 bis SIL 3
SIL

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Wahrscheinlichkeit (Häufigkeit) eines gefahr-
bringenden Ausfalls pro Stunde (PFH)
10-4 10-5
3×10-6
10-6 10-7 10-8
EN ISO
13849-1
PL a b c d e
Definition SIL (hohe/kont. Anforderung) & Beziehung zum PL
Absicherung
niedriger Risiken
Absicherung
hoher Risiken
SIL
EN 62061
IEC 61508
1 2 3
keine
besonderen
Sicherheits-
anforderungen
(4)

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IEC 62061
Sicherheits-Lebenszkylus
EN ISO 13849
Performance Level
iterat. Gestaltungsprozess

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SRECS-Entwurf (Hard-
ware und Software) im
Sinne des erreichten S IL
Management der
funktionalen
Sicherheit:
Abschnitt 4
Spezifikation der
Anforderungen für die
sicherheitsbezogenen
Steuerungsfunktionen:
Abschnitt 5
Leitfaden im Anhang A:
Methodologie zur
Bestimmung des S IL
sicherheitsbezogene
SRECS-Steuerungs-
funktion ausdrückt in Form
des zu ereichenden S IL
SRECS-Integration und
Test: Unterabschnitt 6.12
Validierung des SRECS:
Abschnitt 8
Anforderungen zur
nachfolgenden S RECS-
Modifikation: Abschnitt 9
SRECS-Entwurf und
Entwicklung (einschließlich
der Realisierung von S RECS-
Teilsystemen): Abschnitt 6
Benutzer- und Instand-
haltungsinformationen des
SRECS: Abschnitt 7
Validierung
Instandhaltung
Spezifikation
Entwurf & Entwicklung
Management
der funktionalen
Sicherheit
Benutzung
Modifikation
Gefährdungs- & Risikoanalyse
Integration
Test
Sicherheits-Lebenszyklus 62061

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Auswahl der SF
Festlegung: Anforderungen an SF
Bestimmung PLr
PL ≥ PLr
Validierung
Alle SF?
nein
ja
ja
ja
nein
nein
Design, Identifikation SRP/CS
Bestimmung PL
Kategorie MTTFd DCavg CCF
Software und systematische Fehler
von
Risiko-
analyse
(EN ISO
12100-1)
zur
Risiko-
analyse
Iterativer Prozess zur Gestaltung von SRP/CS nach 13849-1

10
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IEC 62061
SIL-Risikomatrix
EN ISO 13849
Performance Level
Risikograph

11
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Risikoeinschätzung über Risikoelemente
bezogen auf
die
betrachtete
Gefährdung
ist
eine
Funktion
von
und
Risiko
des möglichen
Schadens
durch
die betrachtete
Gefährdung
Ausmaß
- Häufigkeit/Dauer der Exposition
- Eintrittswahrscheinlichkeit
- Möglichkeit der Vermeidung/
Begrenzung des Schadens
Wahrscheinlichkeit
des Eintritts
dieses Schadens
EN ISO 14121-1, Bild 2

12
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Risikoabschätzung und SIL-Bestimmung
Klasse der Schwere
q sehr schwer (Tod, …)
p schwer reversibel oder
leicht irreversibel
o reversibel (Mediziner)
n reversibel (Erste Hilfe)
Klasse der
Wahrscheinlichkeit
o bis r Häufigkeit/Dauer (F)
n bis r Wahrscheinlichk. (W)
n bis r Vermeidung (P)
Σ q bis nr Punkte

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Risikoabschätzung und SIL-Bestimmung
Klasse der Schwere Klasse der
Wahrscheinlichkeit
SIL 1
(AM)
1
SIL 2
SIL 1
(AM)
2
SIL 3
SIL 2
SIL 1
(AM)
3
SIL 3
SIL 3
SIL 2
SIL 2
SIL 2
4
14-15
11-13
8-10
5-7
4
Klasse (K)
Schwere
(S)

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S1: Leichte, reversible Verletzung
S2: Schwere Verletzung, Tod
F1: Seltene bis weniger häufig und/oder kurze Exposition
F2: Häufige bis dauernde und/oder lange Exposition
P1: Gefahrabwendung möglich unter bestimmten Bedingungen
P2: Gefahrabwendung kaum möglich
Risikograph nach EN ISO 13849-1

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IEC 62061
SIL-Risikomatrix
Entwurfs- und
Entwicklungsprozess
EN ISO 13849
Performance Level
Risikograph
Entwurfs- und
Entwicklungsprozess

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Zerlegung in
Funktionsblöcke Architektur
Verifikation
1. Identifikation SRECS für jede SRCF
2. Zerlegung der SRCF in
Funktionsblöcke und Erstellung
Konzept für Architektur des SRECS
3. Detaillierung der Sicherheits-
anforderungen jedes Funktionsblocks
4. Zuordnung der Funktionsblöcke zu
SRECS-Teilsystemen
5. Verifikation
SRECS Entwurfs- und Entwicklungsprozess

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SRECS Entwurfs- und Entwicklungsprozess: Realisierung
7. Entwurf der Diagnosefunktion(en)
6B. Entwurf und
Entwicklung Teilsystem
6A. Auswahl vorhandenes
Teilsystem
Entwurf &
Entwicklung
Auswahl
komplexe
Bauteile &
Teilsysteme IEC 61508

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Auswahl der SF
Festlegung: Anforderungen an SF
Bestimmung PLr
PL ≥ PLr
Validierung
Alle SF?
nein
ja
ja
ja
nein
nein
Design, Identifikation SRP/CS
Bestimmung PL
Kategorie MTTFd DCavg CCF
Software und systematische Fehler
von
Risiko-
analyse
(EN ISO
12100-1)
zur
Risiko-
analyse
Iterativer Prozess zur Gestaltung von SRP/CS nach 13849-1

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IEC 62061
SIL-Risikomatrix
Entwurfs- und
Entwicklungsprozess
strukturelle
Einschränkungen
EN ISO 13849
Performance Level
Risikograph
Entwurfs- und
Entwicklungsprozess
vorgesehene Architek-
turen (Kategorien)

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Strukturelle Einschränkungen nach IEC 62061
Anteil sicherer Ausfälle
(SFF) in Abhängigkeit von
der Fehlertoleranz der
Hardware erforderlich
SIL 3
SIL 3
SIL 3
≥ 99 %
SIL 3
SIL 3
SIL 2
90 % - < 99 %
SIL 3
SIL 2
SIL 1
60 % - < 90 %
SIL 2
SIL 1
nicht erlaubt
< 60 %
2
1
0
Fehlertoleranz der Hardware
Anteil sicherer
Ausfälle
(SFF)

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Vorgesehene Architekturen nach EN ISO 13849-1
Kategorie B und 1:
Kategorie 2:
Kategorie 3 und 4:
DC ≥ 60 % ab Kategorie 2

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IEC 62061
SIL-Risikomatrix
Entwurfs- und
Entwicklungsprozess
strukturelle
Einschränkungen
Strukturmodelle
EN ISO 13849
Performance Level
Risikograph
Entwurfs- und
Entwicklungsprozess
turen (Kategorien)
Säulendiagramm

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Strukturmodelle – vereinfachter Rechenansatz der IEC 62061
einkanalig zweikanalig
ohne
Diagnose
mit
Diagnose

24
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Vereinfachte Bestimmung des Performance-Levels (13849)

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IEC 62061
SIL-Risikomatrix
Entwurfs- und
Entwicklungsprozess
strukturelle
Einschränkungen
Strukturmodelle
Software
EN ISO 13849
Performance Level
Risikograph
Entwurfs- und
Entwicklungsprozess
turen (Kategorien)
Säulendiagramm
Software

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Parametrierung
Anwendungs-
software
(LVL)
Entwurf und Entwicklung von Software
bei PL e
wenn nicht
diversitär
IEC 61508-3
6
2
0
6
1
1
3
8
4
9
IEC 61508-3 (7)
Embedded
Software
(FVL)

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n Grundkonzepte
o Zur Anwendung
der Normen

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Abgrenzung von IEC 62061 & EN ISO 13849-1 gemäß Vorwort
Nichtelektrik, z. B. Hydraulik
Elektromechanik, z. B. Relais
und/oder einfache Elektronik
komplexe Elektronik,
z. B. programmierbar
Kombination verschiedener
Technologien
X
beschränkt auf vorgesehene
Architekturen und bis zu PL = e
beschränkt auf vorgesehene
Architekturen und bis zu PL = d
Beschränkungen wie oben
EN ISO 13849-1
TECHNOLOGIE
Entspricht in Bezug auf EN ISO 13849-1 eher dem Stand
des Entwurfs prEN ISO 13849-1 (Juni 2004).
nicht betrachtet
alle Architekturen und bis zu
SIL 3
alle Architekturen und bis zu
SIL 3
Beschränkungen wie oben,
nichtelektrische Teile nach
EN ISO 13849-1
IEC 62061

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enthalten
alle Architekturen und
bis zu PL = e
bis zu PL = e
bis zu PL = e
(PL = e ohne Diversität:
Entwicklung nach IEC
61508-3, Abschnitt 7)
bis zu PL = e
Beschränkungen
wie oben
EN ISO 13849-1
nicht enthalten
bis zu SIL 3
bis zu SIL 3 bei Entwicklung
nach IEC 61508
Entwicklung nach
IEC 61508-3
bis zu SIL 3
Beschränkungen wie oben,
nichtelektrische Teile
nach EN ISO 13849-1
IEC 62061
Nichtelektrik,
z.B. Hydraulik
Elektromechanik, z.B.
Relais und/oder
einfache Elektronik
komplexe Elektronik,
z.B. programmierbar
Embedded Software
(SRESW)
Anwendungssoftware
(SRASW)
Kombination
verschiedener
Technologien

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Neu: Technischer Report zu IEC 62061 und EN ISO 13849-1
Guidance on the application of ISO 13849-1 & IEC 62061 in the
design of safety-related control systems for machinery
„ Erarbeitet von einer Liaison-Gruppe aus Mitgliedern beider Normenkreise.
„ Erscheint als IEC/TR 62061-1 bzw. ISO/TR 23849.
„ Enthält allgemeine Aussagen zur Anwendung der beiden Normen
und ein nach beiden Normen berechnetes Beispiel.

32
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IEC/TR 62061-1: Details aus dem Inhalt (1)
„ Corrigenda in beiden Normen werden auf den Report hinweisen.
„ Tabelle 1 im Vorwort wird ersatzlos gestrichen.
„ Methoden der beiden Normen sind unterschiedlich, können aber
eine vergleichbare Risikominderung erreichen.
„ Es kann IEC 62061 und/oder ISO 13849-1 zur Anwendung kommen.
„ Für sicherheitsbezogene Steuerungssysteme mit Nichtelektrik kann die
Anwendung der ISO 13849-1 passender sein.
„ Möchte der Kunde Sicherheitsintegrität als SIL, kann die Anwendung der
IEC 62061 passender sein.

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IEC/TR 62061-1: Details aus dem Inhalt (2)
„ Aktivitäten beide Normen zusammenzuführen, bedingen eine
ausreichende Erfahrung mit der praktischen Anwendung.
„ Jedes komplexe Teilsystem in Übereinstimmung mit IEC 61508 kann in
SRECS oder SRP/CS integriert werden.
„ Eine Mischung der Anforderungen aus beiden Normen ist nicht zulässig.
„ Die Unterschiede der Ergebnisse des berechneten Steuerungsbeispiels
liegen innerhalb der erwarteten Fehlergrenzen.
„ Die beiden Normen handhaben den ß-Faktor (CCF) leicht
unterschiedlich.

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Hilfsmittel zur Anwendung
der DIN EN ISO 13849-1
„ BGIA-Report 2/2008 (auch in englisch)
„ Einführung und Hinweise zur Norm
„ als Lehrbuch und Nachschlagewerk gedacht
„ 38 mit SISTEMA berechnete Schaltungsbeispiele
„ Softwaretool SISTEMA
„ dynamische Bestimmung des PL
„ Option DC-Zwischenstufen
„ erste Hersteller-Datenbanken (12)
„ Download www.dguv.de/bgia/13849

36
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Die Teile des Steuer- und Regelsystems, die sich auf die
Verriegelungseinrichtung und andere Sicherheitsvorschriften
aller in diesem Abschnitt beschriebenen
Wicklerarten beziehen, müssen
einen Performance Level
von mindestens PL = d
nach ISO 13849-1:2006
oder einen Sicherheits-
Integritätslevel von
SIL = 2 nach IEC
62061:2005 aufweisen.
Beispiel einer "Koexistenz":
DIN EN ISO 11111-1/A1 (Entwurf): Textilmaschinen
n

37
BGIA © 11.2009
Verderben (gute) Zahlen bisherige gute Praxis?
10-8 10-9
10-7
10-8
10-6 10-8
„ Die Produktnorm IEC 61496-1 definiert Typen
zur Klassifikation von BWS.
„ Ein Typ beschreibt neben dem erforderlichen Verhalten im
Fehlerfall auch produktspezifische Anforderungen
(Detektionsvermögen, EMV, Abstrahlwinkel usw.).
„ Im Rahmen der Produktnorm wird somit auch die erforderliche
systematische Eignung risikoabhängig beschrieben.
„ Die gängigsten Typen sind:
„ Typ 2 Lichtschranken, Lichtgitter
„ Typ 3 Laserscanner
„ Typ 4 Lichtschranken, Lichtgitter
o

38
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„ Eine erforderliche Risikominderung wurde in der
Vergangenheit beim Einsatz von BWS in der Regel analog zu
den Kategorien nach EN 954-1 bestimmt.
„ Produkte des Typs 2 oder des Typs 3 erreichen von der Aus-
fallwahrscheinlichkeit her (jedoch) oft einen "besseren" SIL.
Die Konsequenzen?
10-8 10-9
10-7
10-8
10-6 10-8
o

39
BGIA © 11.2009
10-8 10-9
10-7
10-8
10-6 10-8
Typ 2 BWS mit
unzureichender
systematischer
Eignung zur
Absicherung
höchster Risiken
im Maschinen-
schutz! ??
„ Nach EN 62061: … können Intervalle für den Proof-Test, die kürzer als
10 Jahre sind, für viele Maschinenanwendungen unvernünftig kurz sein.
„ Proof-Tests bedingen ausführliche und umfassende Überprüfungen, …
und ... z. B. Anweisungen für den Proof-Test.
o

40
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„ Erste Diskussionen im MT zur IEC 61496-1 und IEC 62046
„ Mögliche Lösung: Anforderungen zur minimalen Safety Per-
mance und gleichzeitig Beschränkung des maximalen SIL/PL
SIL 3
and/or
PL e
SIL 2
and/or
PL d
SIL 1
and/or
PL c
PL b
Safety performance
according to IEC 62061
and/or ISO 13849-1
4
3
2
1
Type
Anmerkung: In Diskussion
10-8 10-9
10-7
10-8
10-6 10-8
o

41
BGIA © 11.2009
Auswirkungen der zweiten Edition der IEC 61508
auf IEC 62061
„ Zur Diskussion: Beschränkung auf Route 1H nach IEC 61508-2
„ …
„ Zur Diskussion: Rasches Amendment
p

42
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Vermutungswirkung der Vorgängernorm EN 954-1
„ Vorschlag durch CEN/SMS:
Verlängerung bis 31.12.2012
(anstatt 28.12.2009)
Begründung: Fehlende
Bauteilwerte
„ Entscheidung durch
Europäische Kommission nach:
Beratung mit Experten
Diskussion in der Machinery
Working Group am 7./8.12.2009
q

43
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Beschlüsse von IEC/TC44 in Peking 09.09
„ Die Liaison Gruppe soll Empfehlungen für eine zukünftige
Norm aus der Zusammenlegung von IEC 62061 and ISO
13849-1 unter einem
ISO- und IEC-Doppellogo geben.
„ Die Empfehlungen sollen einer neuen Arbeitsgruppe
(JWG) als Basis für eine Zusammenlegung von IEC 62061
und ISO 13849-1 dienen.
r

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