Sicherheitslichtgitter / Lichtschranke
Performance Level (PL) nach ISO 13849-1: Grundlagen, Parameter & Berechnung
Wichtige Punkte im Überblick
- Der Performance Level wird quantitativ durch den PFHd beschrieben. Der PL reicht von a bis e, wobei PL e der höchsten Anforderung entspricht.
- Der erforderliche PL (PLr) wird aus der Risikobeurteilung nach ISO 12100 mit dem Risikographen aus S, F und P bestimmt.
- Die Kategorien B bis 4 legen Redundanz- und Diagnoseanforderungen fest und begrenzen den maximal erreichbaren PL.
- Für die PL-Berechnung sind die Parameter MTTFd, DCavg und die Bewertung von CCF gemäß ISO 13849-1 entscheidend.
- Der PL-Nachweis kann rechnergestützt mit z. B. SISTEMA erfolgen. KEYENCE stellt dafür Produktbibliotheken zur Verfügung.
Der Performance Level (PL) ist das zentrale Maß für die Zuverlässigkeit sicherheitsbezogener Teile von Steuerungen (Safety-related Parts of Control Systems, SRP/CS). Er gibt an, wie wahrscheinlich es ist, dass eine Sicherheitsfunktion auf Anforderung korrekt ausgeführt wird. Die Norm EN ISO 13849-1 definiert für ein Performance Level fünf Stufen von PL a (niedrigste) bis PL e (höchste).
Was ist der Performance Level?
Der Performance Level beschreibt die Fähigkeit sicherheitsbezogener Steuerungsteile, eine Sicherheitsfunktion unter vorhersehbaren Bedingungen zu erfüllen. Quantitativ wird der PL durch die mittlere Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls pro Stunde (PFHd) ausgedrückt.
| Performance Level | PFHd (Ausfallwahrscheinlichkeit pro Stunde) |
|---|---|
| PL a | ≥ 10-5 bis < 10-4 |
| PL b | ≥ 3×10-6 bis < 10-5 |
| PL c | ≥ 10-6 bis < 3×10-6 |
| PL d | ≥ 10-7 bis < 10-6 |
| PL e | ≥ 10-8 bis < 10-7 |
Erforderlicher Performance Level (PLr)
In der Risikobeurteilung nach ISO 12100 wird festgehalten, dass eine Sicherheitsfunktion nötig ist, die einen gewissen PLr abbildet. Die Methode zur Bestimmung des PLr basiert auf dem Risikograph nach ISO 13849-1, der folgende Parameter berücksichtigt:
- S – Schwere der Verletzung: S1 (leicht, reversibel) oder S2 (schwer, irreversibel bis tödlich)
- F – Häufigkeit und Dauer der Exposition: F1 (selten bis gelegentlich) oder F2 (häufig bis dauernd)
- P – Möglichkeit zur Abwendung: P1 (möglich unter bestimmten Bedingungen) oder P2 (kaum möglich)
Beispiel für die Einstufung
Der im folgenden Fall ermittelte PLr lautet „c“.
Schwere der Verletzung: Ernst (S2)
Häufigkeit: Selten (F1)
Möglichkeit der Vermeidung: Möglich (P1)
Struktur-Kategorien nach ISO 13849-1
Die Norm definiert fünf Strukturkategorien (B, 1, 2, 3, 4) für sicherheitsbezogene Steuerungsteile, die unterschiedliche Anforderungen an Redundanz, Diagnosedeckung und Fehlerbeherrschung stellen:
| Kategorie | Prinzip & max. erreichbarer PL |
|---|---|
| Kategorie B | Grundanforderungen; kein spezieller Schutz gegen Common-Cause-Fehler. PL a/b erreichbar. |
| Kategorie 1 | Bewährte Bauteile und Sicherheitsprinzipien. PL b/c erreichbar. |
| Kategorie 2 | Regelmäßige Prüfung der Sicherheitsfunktion. PL b – d erreichbar. |
| Kategorie 3 | Einfacher Fehler führt nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion (Redundanz). PL c/d erreichbar. |
| Kategorie 4 | Einfacher Fehler wird erkannt; Anhäufung von Fehlern führt nicht zum Versagen. PL e erreichbar. |
Die drei PL-Parameter
MTTFd – Mean Time To dangerous Failure
Der MTTFd-Wert (mittlere Zeit bis zum gefährlichen Ausfall) ist ein Maß für die Zuverlässigkeit eines einzelnen Sicherheitsbauteils. Er wird vom Hersteller angegeben und in die PL-Berechnung eingesetzt. Einstufung: niedrig (3–10 Jahre), mittel (10–30 Jahre), hoch (30–100 Jahre).
DCavg – Diagnostic Coverage (Diagnosedeckungsgrad)
Der Diagnosedeckungsgrad DCavg gibt an, wie viele gefährliche Ausfälle durch die Diagnose erkannt werden. Einstufung: keine (DC < 60 %), niedrig (60–90 %), mittel (90–99 %), hoch (≥ 99 %).
CCF – Common Cause Failure
Fehler gemeinsamer Ursache (CCF) sind Ausfälle, die durch eine einzelne Ursache beide Kanäle einer redundanten Schaltung gleichzeitig betreffen. Der CCF-Faktor muss ≥ 65 Punkte gemäß ISO 13849-1 Anhang F erreichen, um Kategorie 3 oder 4 zu erlangen.
Ermittlung des PL
- (1) Kategorie (fünf Typen: B, 1, 2, 3, und 4)
- (2) DCavg (vier Typen: hoch, mittel, niedrig und nicht vorhanden)
- (3) MTTFd (drei Typen: hoch, mittel und niedrig)
- (4) CCF (zwei Typen: ≥65 Punkte und <65 Punkte)
Anhand der folgenden Tabelle kann der Performance Level aufgrund der oben genannten Parameter ermittelt werden.
Beispiel: Kategorie = 3, MTTFd = mittel, DCavg = niedrig und CCF = ≥65 Punkte
PL-Nachweis mit SISTEMA
Das kostenlose BGIA/IFA-Tool SISTEMA (Safety Integrity Software Tool for the Evaluation of Machine Applications) ermöglicht die rechnergestützte Bestimmung und den Nachweis des erreichten PL. KEYENCE stellt SISTEMA-Bibliotheksdateien für alle Sicherheitsprodukte zur Verfügung.
Nachdem das PLr ermittelt und das PL bestimmt wurde, können diese beiden Werte miteinander verglichen werden. Ziel ist es, dass das PL mindestens gleich oder höher im Vergleich zum PLr ist, um eine relativ sichere Maschine zu erhalten.
KEYENCE Sicherheitsprodukte & erreichbare PL
| Produkt | Erreichbarer PL / Kategorie |
|---|---|
| Sicherheitslichtvorhang - Modellreihe GL-V Sicherheitslichtvorhang - Modellreihe GL-R |
PL e, Kategorie 4 (EN ISO 13849-1) |
| Sicherheits-Laserscanner - Modellreihe SZ-V Sicherheits-Laserscanner - Modellreihe SZ |
PL d, Kategorie 3 (EN ISO 13849-1) |
| Sicherheitsschalter - Modellreihe GS | PL e, Kategorie 4 (je nach Modell) |
| Sicherheitssteuerung - Modellreihe GC | bis PL e / SIL 3 (je nach Konfiguration) |
Unser Vorgehen orientiert sich an der DIN EN ISO 12100:2010, sowie der DIN EN ISO 13849-1:2023. Wir verfolgen die laufende Revision dieser Norm im Kontext der neuen EU-Maschinenverordnung aufmerksam. Nach Veröffentlichung und Harmonisierung der aktualisierten Norm werden wir einen entsprechenden Abgleich vornehmen und unsere Dokumentation bei Bedarf aktualisieren.
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