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SIL – funktionale Sicherheit

Safety Integrity Level, kurz SIL, prägt zunehmend die Prozesstechnik. Mit dem Sicherheits-Integritätslevel werden Anforderungen definiert, die an ein Gerät bzw. System gestellt werden, um die Ausfallwahrscheinlichkeit zu beschreiben.

SIL in Ex-Bereichen – Normen

Das Ziel von SIL ist es, möglichst hohe Betriebssicherheit zu erreichen. Fällt das Gerät oder System aus, so wird ein definierter Zustand erreicht. Die Betrachtung anhand der Normen erfolgt nach statistischer Wahrscheinlichkeit. Maßgeblich sind die Normen Basis IEC 61508 und IEC 61511.

In vielen Industrien der Prozess- und Verfahrenstechnik wird SIL angewendet: einschließlich der Chemieindustrie, Raffinerien, Öl- und Gasförderung, Papierherstellung, konventionelle Stromversorgung.

Neben der funktionalen Sicherheit sind bei Anlagen im explosionsgefährdeten Bereich auch die Ex-Normen EN 60079-0 ff anzuwenden.

IEC 61508: Hersteller

IEC 61508 beschreibt die Anforderungen, die der Hersteller für seine Geräte bzw. Systeme zu berücksichtigen hat.

Der Titel lautet: „Funktionale Sicherheit für sicherheitsbezogene elektrische, elektronische oder programmierbare elektronische Systeme“

IEC 61511: Errichtung und Betrieb von Anlagen

IEC 61511 beschreibt die Anforderungen zu Errichtung und Betrieb von Anlagen mit funktionaler Sicherheit.

Der Titel lautet: „Funktionale Sicherheit – sicherheitstechnische Systeme für die Prozessindustrie“

Die Einhaltung der Norm wird durch den Betreiber, Eigentümer und Planer aufgrund von Sicherheitsplanungen und nationalen Vorschriften festgelegt. Daneben wird auch die Anforderung an ein Gerät beschrieben, um es durch die Betriebsbewahrtheit (proven-in-use) in einer Applikation einsetzen zu können.

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SIL-Betrachtung

Bei Betrachtung von SIL ist die Gesamtheit des Signalwegs zu beachten. In einer typischen sicherheitstechnischen Applikation ergibt sich die Berechnung des Sicherheits-Integritätslevels anhand von mittleren Ausfallwahrscheinlichkeiten der einzelnen Geräte.

Zur Erläuterung: In IEC 615078-1, Tabelle 2 ist der Zusammenhang zwischen der mittleren Ausfallwahrscheinlichkeit und dem erreichbaren SIL beschrieben. Anhand des geforderten Levels wird dabei das Gesamtbudget für die Summe aller PFD-Werte (Probability of Failure on Demand) abgelesen.

Als Beispiel wird eine Anlage mit einkanaliger Struktur und niedriger Anforderungsrate angenommen. In diesem Fall liegt bei einem SIL von 2 der mittlere PFD-Wert zwischen 10-3 und 10-2.

Der Tabelle entnehmen Sie die Ausfallgrenzwerte.

SILBetriebsart mit niedriger Anforderungsrate
(mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit der entworfenen Funktion bei Anforderung)
4≥ 10-5 bis < 10-4
3≥ 10-4 bis < 10-3
2≥ 10-3 bis < 10-2
1≥ 10-2 bis < 10-1
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Applikationsbeispiel

Beispiel: Verteilung der SIL-Werte  

Mögliche Verteilung der PFD-Werte in einem Sicherheitsregelkreis

Sensor und Aktor sind im Feld montiert und werden chemisch und physikalisch belastet – unter anderem durch das Prozessmedium, durch Druck, Temperatur und Vibration. Entsprechend hoch ist das Fehlerrisiko dieser Komponenten. Deshalb sind für den Sensor 25 Prozent und den Aktor 40 Prozent des gesamten PFD (Probility of Failure on Demand) vorgesehen.

Für die fehlersichere Steuerung bleiben 15 Prozent und für die Interface-Bausteine je 10 Prozent. Beide haben keinen Kontakt zum Prozessmedium und sind in der Regel in einem geschützten Schaltschrank untergebracht.

Der Berechnung liegen typische Werte zugrunde.

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Begriffe aus EN 61508 und EN 61511

Abkürzung BegriffBegriff/Definition
SILSafety Integrity Level (Sicherheits-Integritätslevel)
Eine von vier diskreten Stufen, um die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Sicherheitsfunktionen in E/E/PE-Systemen zu beurteilen. E/E/PE bezeichnet elektrische/ elektronische/programmierbar elektronische Systeme. SIL 4 bezeichnet die höchste und 1 die niedrigste Stufe der Sicherheitsintegrität.
EUCEquipment under control
Eine Einrichtung, Maschine, ein Apparat oder eine Anlage zur Fertigung, Stoffumformung oder zum Transport.
MTBFMean Time Between Failures
Erwartete mittlere Zeit zwischen Fehlern.
PFDProbability of Failure on Demand
Die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung. Beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass ein sicherheitstechnisches System seine Funktion im Bedarfsfall nicht ausführt.
PFDavgAverage Probability of Failure on Demand
Mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit der Funktion im Anforderungsfall.
E/E/PESElektrische/elektronische/programmierbare elektronische Systeme
Alle elektrischen Geräte und Systeme, mit denen eine sicherheitstechnische Funktion ausgeführt werden kann. Enthalten sind sowohl einfache elektrische Geräte als auch Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) jeder Art.
PFHProbability of dangerous Failure per Hour
Beschreibt die Wahrscheinlichkeit eines Gefahr bringenden Ausfalls pro Stunde.
SFFSafe Failure Fraction
Anteil der ungefährlichen Ausfälle. Er ergibt sich aus der Rate der ungefährlichen Fehler plus der diagnostizierten bzw. erkannten Fehler im Verhältnis zur gesamten Ausfallrate des Systems.
SIFSafety Instrumented Function
Sicherheitstechnische Funktion.
SISSafety Instrumented System
Sicherheitstechnisches System. Es besteht aus einer oder mehreren sicherheitstechnischen Funktionen. Für jede dieser sicherheitstechnischen Funktionen gilt eine SIL-Anforderung.
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