VDI/VDE-RICHTLINIEN ICS 25.040.40 April 2009

VDI/VDE 2180VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE

Sicherung von Anlagen der Verfahrenstechnik mit Mitteln der Prozessleittechnik (PLT) Blatt 4

VERBAND DER ELEKTROTECHNIK

ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK

Nachweis der Hardware-Sicherheitsintegrität einer PLT-Schutzeinrichtung

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Safeguarding of industrial process plants by means of process control engineering – Calculating methods of reliability characteristics of safety instrumented functions

Einsprüche bis 2009-09-30

• vorzugsweise in Tabellenform als Datei per E-Mail an gma@vdi.de Die Vorlage dieser Tabelle kann abgerufen werden unter http://www.vdi-richtlinien.de/einsprueche

• in Papierform an VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und AutomatisierungstechnikPostfach 10 11 39 40002 Düsseldorf

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Vorbemerkung .................................................................................................2

Einleitung.........................................................................................................2

1 Anwendungsbereich ................................................................................2

2 Abkürzungen und Formelzeichen ...........................................................2

3 Begriffe ......................................................................................................3

4 Strukturen..................................................................................................3 5 Strukturelle Eignung – Anforderungen an die Hardware-

Fehlertoleranz ...........................................................................................3 6 Sicherheitsbezogene Ausfallwahrscheinlichkeit im

Anforderungsfall PFD................................................................................4 6.1 Voraussetzungen und Grundlagen .....................................................4 6.2 Allgemeine Vorgehensweise zur PFD-Berechnung ..........................5 6.3 Näherungsformeln zur PFD-Berechnung bei homogenen Systemen 6

7 Beschaffung von Zuverlässigkeitskenndaten für Geräte......................7 7.1 Herstellerangaben ..............................................................................7 7.2 Datenbanken aus Feldeinsatz.............................................................8

8 Typische Strukturen für PLT-Schutzeinrichtungen ...............................8

9 Hardware-Sicherheitsintegrität für Beispielstrukturen..........................9 9.1 Nachweis für eine Struktur mit 2oo3-Sensor- und 1oo2-

Aktorgruppe unter Verwendung betriebsbewährter Feldgeräte .........9 9.2 Nachweis für eine Struktur mit 1oo3-Sensor- und zwei 1oo2-

Aktorgruppen unter Verwendung betriebsbewährter Feldgeräte .....10 9.3 Nachweis für eine Struktur mit 1oo2-Sensor- und 1oo2-

Aktorgruppe unter Verwendung betriebsbewährter und SIL-bescheinigter/-zertifizierter Feldgeräte .....................................11

Schrifttum ......................................................................................................12

VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik Fachausschuss Engineering von sicherheitsgerichteten Systemen

VDI-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 3: Automatisierungstechnik VDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 4: Betriebsüberwachung/Instandhaltung

VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 3: Verfügbarkeit/SchadensanalyseVDI-Handbuch Zuverlässigkeit

– 2 – VDI/VDE 2180 Blatt 4 Entwurf Alle Rechte vorbehalten © Verein Deutscher Ingenieure e.V., Düsseldorf 2009

Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der Übersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstän-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblättern geregelt sind, möglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.

Einleitung Die Richtlinienreihe VDI/VDE 2180 besteht aus folgenden Blättern: Blatt 1 Einführung, Begriffe, Konzeption Blatt 2 Managementsystem Blatt 3 Anlagenplanung, -errichtung und -betrieb Blatt 4 Nachweis der Hardware-Sicherheits-

integrität einer PLT-Schutzeinrichtung Blatt 5 Empfehlungen zur Umsetzung in die

Praxis

1 Anwendungsbereich Die vorliegende Richtlinie gilt nur in Verbindung mit der gesamten Richtlinienreihe VDI/VDE 2180. Die beschriebenen Methoden dienen dazu, den für eine PLT-Schutzeinrichtung geforderten Sicher-heitsintegritätslevel (SIL) für die Hardware nach-zuweisen. Dieser Nachweis besteht aus zwei Teilen. Einer-seits ist eine Bewertung der strukturellen Eignung erforderlich. Andererseits hängt die SIL-Qualifika-tion für eine PLT-Schutzeinrichtung von ihrer si-cherheitstechnischen Ausfallwahrscheinlichkeit (PFD) ab. Folgende Faktoren beeinflussen dabei das Ergebnis: • Geräteauswahl und -zuverlässigkeit, • struktureller Aufbau und • Prüfabstand der PLT-Schutzeinrichtung. Anmerkung: Die Prozesse der Betriebsbewährung und der Baumusterprüfung haben beide das Ziel, systematische Fehler bei Geräten auszuschließen. Beide Geräteklassen werden zudem im Rahmen der NE-93-Statistik berücksichtigt. Daraus ergibt sich, dass betriebsbewährte und baumustergeprüfte Geräte in dieser Richtlinie hinsichtlich systematischer und zufälliger Fehler gleich zu behandeln sind.

2 Abkürzungen und Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-führten Abkürzungen und Formelzeichen verwendet: HFT Hardware-Fehlertoleranz FMEDA Ausfallarten- und Auswirkungsanalyse

(englisch: Failure Mode Effect and Diagnostics Analysis)

MDT mittlere Ausfallzeit (englisch: Mean Down Time)

MooN (M-aus-N)-Bewertung mit M ≤ N, vgl. VDI/VDE 2180 Blatt 1, Abschnitt 2.3.7 (englisch: M out of N)

MTBF mittlerer Ausfallabstand (englisch: Mean Time Between Failures)

MTTD mittlere Fehlererkennungszeit (eng-lisch: Mean Time To Detection)

MTTF mittlere Betriebszeit bis zum Auftreten eines Fehlers (englisch: Mean Time To Failure)

MTTR mittlere Wiederherstellungszeit (eng-lisch: Mean Time To Restoration)

SSPS sicherheitsgerichtete speicherprogram-mierbare Steuerung

VPS verdrahtungsprogrammierbare Steue-rung

PFD durchschnittliche Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung (eng-lisch: Probability of Failure on De-mand)

PFDFE PFD des Aktorteils der PLT-Schutz-einrichtung (englisch: Final Element)

PFDL PFD des Logiksystems der PLT-Schutzeinrichtung (englisch: Logic Solver)

PFDMooN PFD einer MooN-Gruppe in einem Teilsystem einer PLT-Schutzeinrich-tung

PFDS PFD des Sensorteils der PLT-Schutz-einrichtung (englisch: Sensor)

PFDTotal PFD der gesamten PLT-Schutzeinrich-tung

SFF Anteil sicherer Fehler SIF Schutzfunktion (englisch: Safety Instru-

mented Function) SIL Sicherheitsintegritätslevel (vgl. VDI/

VDE 2180 Blatt 1, Abschnitt 2.1.19) T1 Prüfintervall