ABGS GmbH

Aehnelt & Braune Gaswarn- & Systemtechnik

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[Fachartikel] Die „Digitalnorm“ DIN EN 50271

9. September 2014 | ABGS GmbH | Kategorie Wissen

Ab Juni 2013 ist verbindlich: DIN EN 50271 (VDE 0400-21) 04/2011
Elektrische Geräte für die Detektion und Messung von brennbaren Gasen, giftigen Gasen oder Sauerstoff – Anforderungen und Prüfungen für Warngeräte, die Software und/oder Digitaltechnik nutzen. Der Normenentwurf liegt bereits seit 12/2008 vor. Die Norm ist der Ersatz für DIN EN 50271 (VDE 0400-21) 05/2002.

Auch ältere EG-Baumusterprüfbescheinigungen umfassen bereits die Prüfung der im Gerät installierten Software und der benutzten digitalen Baueinheiten nach DIN 50271. Das Problem ist nun, dass die „neue“ Norm wesentliche Änderungen enthält, die eine neue oder ergänzende Prüfung erforderlich machen.

Einleitung
Diese Norm legt Mindestanforderungen an die funktionale Sicherheit von Gaswarngeräten fest, die Software und/oder Digitaltechnik nutzen, und definiert Kriterien für die Zuverlässigkeit und Vermeidung von Fehlern. Funktionale Sicherheit ist der Teil der Gesamtsicherheit, der sich auf die Maßnahmen innerhalb des Gaswarngeräts bezieht, um Ausfälle derart zu vermeiden oder zu behandeln, dass die Sicherheitsfunktion sichergestellt ist. Hinsichtlich der Anforderungen an den Software-Entwicklungsprozess beschreibt diese Norm einen praktischen Ansatz, die Anforderungen der EN 61508-3 für SIL 1 ohne Anwendung dieser Grundnorm zu erfüllen.

Verweis auf News Funktionale Sicherheit
Dort wurde bereits 04/2012 und 05/2012 ausgeführt:

Die Norm DIN EN 61508 Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme besteht aus

  • Teil 0: Funktionale Sicherheit und die IEC 61508
  • Teil 1: Allgemeine Anforderungen
  • Teil 2: Anforderungen an sicherheitsbezogene elektrische/elektronische/programmierbare elektronische Systeme
  • Teil 3: Anforderungen an Software
  • Teil 4: Begriffe und Abkürzungen
  • Teil 5: Beispiele zur Ermittlung der Stufe der Sicherheitsintegrität (safety integrety level)
  • Teil 6: Anwendungsrichtlinien für IEC 61508-2 und IEC 61508-3
  • Teil 7: Überblick über Verfahren und Maßnahmen

Die Norm ist maßgebend für Gerätehersteller und Gerätelieferanten.

Ein Sicherheits-Integritätslevel (SIL) ist eine von vier Stufen, wobei jede einem Bereich der Zielwahrscheinlichkeit des Ausfalls einer Sicherheitsfunktion entspricht. Es ist anzumerken, dass ein Sicherheits-Integritätslevel eher eine Eigenschaft einer Sicherheitsfunktion als eines Systems oder irgendeines Teils eines Systems ist. Die Sicherheits-Integritätslevel (SIL 1, 2, 3 oder 4) entsprechen einem Bereich von Sicherheits-Integritätswerten. Sie werden im Hinblick auf die mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit der Sicherheitsfunktion bei Anforderung oder im Hinblick auf die Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls pro Stunde berechnet. Ein Sicherheits-Integritätslevel ist nicht direkt auf einzelne Teilsysteme oder Bauteile anwendbar. Er ist auf eine Sicherheitsfunktion anwendbar, die durch das sicherheitsbezogene E/E/PE-System ausgeführt wird.

Für Praktiker, die eine Interpretationshilfe bei der Anwendung der „Digitalnorm“ DIN EN 50271 benötigen, wird an Hand des Inhaltsverzeichnisses ein Überblick zum Aufbau und zu den grundsätzlichen Anforderungen gegeben. Sie gilt als wichtiger Bewertungsmaßstab und Regel der Technik, von der abgewichen werden kann, wenn die gleiche Sicherheit auf andere Weise erreicht wird.

Inhalt

  • 1 Anwendungsbereich
  • 2 Normative Verweisungen
  • 3 Begriffe

  • 3.1 digitale Baueinheit
  • 3.2 Sonderzustand
  • 3.3 Software
  • 3.4 Ausfall
  • 3.5 Parameter
  • 3.6 spezifizierter Bereich von Eingangswerten
  • 3.7 definierter Bereich von Eingangswerten
  • 3.8 Ausgangsdaten
  • 3.9 Ausgangssignal
  • 3.10 Messwert
  • 3.11 kleinste Anzeigeabweichung
  • 3.12 Meldung
  • 3.13 Softwarekomponenten
  • 3.14 Softwaremodul

Außer diesen Begriffen gelten die Begriffe nach EN 60079-29-1/2007.

4 Grundsätze der Konstruktion

  • 4.1 Grundlegende Anforderungen
  • 4.2 Anzeigeeinrichtungen
  • 4.3 Software
  • 4.3.1 Allgemeines
  • 4.3.2 Wiederverwendete Betriebssysteme oder Betriebssysteme von Fremdherstellern
  • 4.3.3 Anforderungen an die Software
  • 4.3.4 Anforderungen an die Softwaredokumentation
  • 4.3.5 Anforderungen an den Software-Entwicklungsprozess

Ein Modell des Software-Entwicklungsprozesses ist vorgegeben.

  • 4.4 Hardware
  • 4.5 Digitale Datenübertragung zwischen Gerätebestandteilen
  • 4.6 Prüfroutinen
  • 4.7 Betriebsanleitung
  • 4.8 Zusätzliche Anforderungen für die Übereinstimmung mit SIL 1

Wenn ein Gaswarngerät mit den messtechnischen Normen und den Anforderungen der Unterabschnitte 4.1 bis 4.6 übereinstimmt, wird angenommen, dass ein Anteil ungefährlicher Ausfälle von 60% bis 90% erreicht ist. Dieser Anteil ungefährlicher Ausfälle reicht für komplexe Geräte mit einer Hardware-Fehlertoleranz von 0 für eine Übereinstimmung mit SIL 1 aus. Folgende Größen müssen für das Gesamtgerät berechnet werden:

  • – die Rate unerkannter gefahrbringender Ausfälle
  • – die Rate erkannter gefahrbringender Ausfälle
  • – die mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalles

5 Prüfung der Digitalen Baueinheit

  • 5.1 Allgemeines
  • 5.2 Prüfung des Funktionskonzeptes
  • 5.3 Funktionsprüfung

Anhang A (normativ) Integrationstest Hardware/Software

A.1 Funktionstest/Black-Box-Test
Ziel: Aufdeckung von Fehlern, die während des Softwareentwicklungsprozesses bis zu Phase der Kodierung eingebracht wurden, durch Test des dynamischen Verhaltens unter realen funktionalen Bedingungen. Aufdeckung von Nichteinhalten oder Unvollständigkeit der Spezifikation und Beurteilung der Brauchbarkeit und Robustheit.

A.2 Äquivalenzklassentest mit Grenzwertanalyse
Ziel: Angemessener Test der Software unter Benutzung einer handhabbaren Anzahl von Testdaten. Den Testdatensatz erhält man durch geeignete Unterteilung des Eingaberaumes in eine endliche Zahl von Äquivalenzklassen. Erkennung von Softwarefehlern an den Eingabegrenzen.

Gastautor: Dipl.-Ing. Dieter Seyfert

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© 2014 ABGS GmbH – Dipl.-Ing. Dieter Seyfert

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