Was ist funktionale Sicherheit?
Funktionale Sicherheit ist einer der wichtigsten Teile der industriellen Automatisierung. Es geht darum, Sicherheitsrisiken zu erkennen und Risiken zu mindern, um die Sicherheit in einer Anlage zu gewährleisten. Dazu gehören Risikoanalysen, die Umsetzung von Sicherheitsmaßnahmen und die Auslegung von Systemen, die gefährliche Prozesse bei Bedarf automatisch abschalten. Dies hilft, Risiken für Personal, Ausrüstung und Umwelt auf ein Minimum zu reduzieren und einen reibungslosen und sicheren Anlagenbetrieb sicherzustellen.
In der Praxis umfasst funktionale Sicherheit einen systematischen Sicherheitsansatz, beginnend mit einer Risikoanalyse. Sobald Gefahren identifiziert sind, folgt die Bewertung ihrer Schwere und schließlich die Festlegung der notwendigen Sicherheitsmaßnahmen. Diese Maßnahmen beinhalten die Schaffung von Systemen, die Sicherheitsprobleme erkennen und lösen können, bevor sie zu Unfällen führen.
Safety Instrumented System (SIS)
Ein Safety Instrumented System ist ein wichtiger Bestandteil der industriellen Automatisierung zur Gewährleistung der Sicherheit im Betrieb. Es bietet eine zusätzliche Schutzschicht für Steuerungssysteme in Umgebungen mit hohem Risiko. In einem normalen Steuerungssystem mit zwei Sensoren kann die Einführung eines dritten Sensors als Master-Controller die ersten beiden übersteuern, falls eine Ausfallsituation erkannt wird.
Das SIS umfasst in der Regel die Implementierung sicherheitsspezifischer SPS, Sensoren und Aktoren zum Schutz von Prozessen. Diese Systeme fahren einen Prozess automatisch herunter, wenn eine unsichere Bedingung erkannt wird, um einen Unfall zu verhindern und die Betriebssicherheit zu gewährleisten.
Safety Integrity Level (SIL)
Safety Integrity Level, oder SIL, ist ein wichtiges Maß zur Kennzeichnung der Zuverlässigkeit und Robustheit von Sicherheitssystemen in einem industriellen Umfeld. Die SIL-Stufen reichen von 1 bis 5, wobei höhere Zahlen einen erhöhten Sicherheitsbedarf anzeigen. SIL-1 definiert die grundlegenden Sicherheitsanforderungen; SIL-5 stellt das höchste Sicherheitsniveau dar, das in wenigen kritischen Branchen wie Öl und Gas angewendet wird, wo im Falle eines Ausfalls ein hohes Katastrophenrisiko besteht.
Sie hat direkten Einfluss auf die Auslegung von Sicherheitssystemen in Redundanz; je höher der SIL, desto mehr Schleifen und Backup-Instrumente sind erforderlich, zusammen mit verbesserter Komponentenqualität, um jegliches Sicherheitsrisiko zu minimieren.
Risikobewertung in der funktionalen Sicherheit
Risikobewertung ist der Prozess der Analyse der potenziellen Risiken bei Anlagenbetrieb und der Bestimmung der Ausfallbedingungen, die auftreten können. Dabei wird die Wahrscheinlichkeit dieser Ausfälle quantifiziert und deren mögliche Folgen verstanden. Sobald diese identifiziert sind, können die notwendigen Sicherheitsmaßnahmen entworfen und umgesetzt werden, um diese Risiken zu mindern.
Der wesentliche Zweck der Risikobewertung besteht darin, das Gleichgewicht zwischen Risiko und den Sicherheitsmaßnahmen zu betrachten, die zu dessen Kontrolle eingesetzt werden. Höhere potenzielle Risiken bedeuten, dass Sicherheitsstandards strenger sein sollten, beispielsweise mit verstärktem Einsatz von Fehlersicherungen.
IEC 61508: Internationaler Sicherheitsstandard
Die IEC 61508 ist der internationale Standard für funktionale Sicherheit in der industriellen Automatisierung. Sie bietet einen Rahmen, der hilft, Systeme, die in gefährlichen Umgebungen arbeiten, sicher zu gestalten, indem sicherheitsrelevante Vorgänge adressiert, Gefahren erkannt und beseitigt werden, bevor sie Schaden anrichten. Dieser Standard liefert umfassende Richtlinien für Ingenieure zur Entwicklung fehlersicherer Systeme, die den Branchenanforderungen entsprechen.
Durch die Einhaltung der IEC 61508 können Automatisierungsingenieure sicherstellen, dass ihre Sicherheitssysteme den globalen Standards entsprechen, das Risiko reduzieren und die Sicherheit in industriellen Betrieben erhöhen.
Sicherheitsfunktionen in der industriellen Automatisierung
Sicherheitsfunktionen sind integrale Bestandteile eines Sicherheitssystems und umfassen Prozesse wie den Einsatz von Sicherheitsantrieben, sicherer Fern-E/A und Sicherheitsnetzwerken. Diese Funktionen können je nach Art des Betriebs an spezifische Anforderungen angepasst werden.
Zu den beliebten Sicherheitsfunktionen gehören STO - Safe Torque Off, SS1 - Safe Stop -1 und SOS - Safe Operating Stop, die eine sichere Steuerung von Maschinen ermöglichen; während spezielle Sicherheitsgeräte wie Sicherheitsmatten, Schalter sowie Leistungsschaltgeräte die Bewegung ergänzen, um sicherzustellen, dass in gefährlichen Situationen angemessen reagiert wird.
Struktur des Sicherheitskreises
Eine gut gestaltete Sicherheitskreisstruktur ist unverzichtbar, um Redundanz und Zuverlässigkeit in industriellen Automatisierung-Systemen zu gewährleisten. Im Gegensatz zu Standardkreisen können Sicherheitskreise zwei parallel geschaltete Sensoren für einen einzelnen SPS-Eingang oder eine verteilte Sensoranordnung über mehrere SPS-Eingänge haben.
Architekturen wie "1oo2", bei denen ein einzelner Sensor eine Sicherheitsabschaltung auslösen kann, führen Redundanz ein. Das dahinterstehende Konzept ist, dass auch wenn ein ausgefallener Sensor ein gefährliches Ereignis nicht erkennen kann, das System aufgrund des Vorhandenseins seines redundanten Gegenstücks den Prozess dennoch sicher herunterfahren muss.
Diagnoseabdeckung und Sicherheit
Diagnoseabdeckung ist der Prozess der Überwachung und Analyse von Systemsignalen, um Fehler oder Ausfälle zu finden, bevor sie kritisch werden. Gute Diagnoseabdeckung bedeutet, Systeme so zu gestalten, dass sie genaue und umsetzbare Diagnosen über SCADA-Bildschirme, Alarmzustände oder spezifische Steuerungszustände liefern.
Eine gute Diagnoseabdeckung stellt sicher, dass Betreiber Probleme umgehend erkennen und effektiv darauf reagieren, um Zwischenfälle zu verhindern. Durch die Begrenzung überflüssiger Signale und die Fokussierung der Ressourcen auf relevante Signale wird die Gesamtsicherheit des Systems verbessert.
